يستخدم النشاط الإشعاعي في إعطاء أعمار محددة للمعادن والصخور، وهو ما يشار إليه بالآعمار المطلقة (Absolute Ages) فقد لاحظ العالم هنري بكرل في العام 1896، أن بعض المعادن في الصخور تحتوي على عناصر ذات نشاط إشعاع (Radioactivity) .
 |
| التاريخ المطلق للصخور بواسطة النشاط الإشعاعي |
النشاط الإشعاعي وكيفية حساب أعمار الصخور
النشاط الإشعاعي هو انحلال تلقائي لنواة العنصر الكيميائي عن طريق انبعاث الطاقة وجسيما ت (الفا، بيتا، جاما)، الامر الذي يؤدي إلى نقص فىي الكتلة، فتتحول النواة إلى نواة عنصر اخر أكثر استقرارا، ويكون معدل هذا الانحلال ثابتا لا يتغير، ولا يتأثر بالظروف الفيزياية والكيميائية للبيئة المحيطة بنواة العنصر المشع، وهذا ما يجعل هذه الظاهرة على قدر من الاهمية لاستعمالها في تطبيقات تحديد أعمار المعادن والصخور.
وقد وجد أن الزمن الذي يستغرقه انحلال نصف ذرات العنصر المشع ثابت، ويسمى عمر النصف (Half - Life) (أو نصف الحياة) .
فمثلا عمر النصف للراديوم 224 هو(1620) سنة تقريبا. فإذا وجد جرام واحد من الراديوم في عينة صخر، يبقى منه نصف جرام بعد سنة، وربع جرام بعد 1620 سنة أخرى، وثمن جرام بعد 1620 سنة. . . إلخ.
 |
| معدل الانحلال الإشعاعى بيانيا |
لاحظ الصورة أعلاه التي توضح طبيعة معدل الانحلال الإشعاعى بيانيا ، تلاحظ أن الانحلال لا يكون خطيا بل رأسيا، ويلاحظ تناقص كمية العنصر المشع في كل فترة عمر النصف إلى نصف كميته السابقة.1 (1،1/2،1/4،1/8،1/16،1/32،....) فإذا كانت(م ) عدد ذرات العنصر المشع الاصلية و (م) عدد ذرات العنصر المشع المتبقية بعد (ن) من فترات عمر النصف، فإن عملية الانحلال الإشعاعي يعبر عنها رياضيا على النحو الآتي:
م =
م × (1/2)ن
بمعنى أنه بعد انقضاء عمر النصف الاول يتحلل نصف النظير المشع، وبعد فترة عمر النصف الثاني يكون نصف الباقي، أي ربع النظير المشع قد بقى، أما بعد أربع فترات عمر النصف يكون قد تبقى ( 1/2)^4 = (1/16) من النظير المشع أي (15/16)منه قد تحول إلى النظير المستقر.
الساعات النووية
يطلق على العناصر المشعة التي تستعمل لقياس أعمار الصخور اسم "الساعات النووية" ، وقد أمكن استخدامها في تحديد العمر المطلق للصخور بجميع أنواعها بشكل دقيق للغاية، وذلك في حالة تحقيق شرطين هامين هما:
- أن يتم الانحلال بمعدل ثابت .
- أن لا تفقد ولا تكسب العناصر ذات النشاط الإشعاعي نواتج الانحلال مرة أخرى.
ويمكن قياس زمن معدن للتعرف على عمره بإجراء الاتي:
- تحليل كيميائي لعينة من المعدن لتعيين كمية كل من النظير المشع والعنصر الناتج من الانحلال، مثل تعيين كميتي اليورانيوم والرصاص.
- تعيين الكمية النسبية لكل من النظائر الثابتة، اذا كان هناك أكثر من نظير واحد.
ويبين الجدول التالي عمر النصف لبعض النظائر المشعة التي يعتمد عليها في تحديد العمر المطلق للصخور وبعض المواد الجيولوجية.
العنصر المشع الأصلي
|
العنصر الثابت الناتج عن الإنحلال الإشعاعي
|
عمر النصف
|
اليورانيوم 92U238
|
رصاص 82Pb206
|
4467 مليون سنة
|
اليورانيوم 92U235
|
رصاص 82Pb207
|
704 مليون سنة
|
البوتاسيوم 19K40
|
آرجون 18Ar40
|
1193 مليون سنة
|
الروبيديوم 37Rb87
|
سترونشيوم38Sr87
|
48800 مليون سنة
|
الكربون 6C14
|
نيتروجين 7N14
|
5730 مليون سنة
|
مثال محلول:
عند فحص عينة صخرية وجد أن كمية اليورانيوم 235 تعادل (3.125 ) جم وكمية الرصاص 207 تعادل 96.875 جم ، مع العلم بأن نصف العمر لليورانيوم 235 يساوي 704 مليون سنة احسب كم عمر الصخر ؟
الحل :
بجمع كمية العنصر المشع (اليورانيوم ) والعنصر المستقر الرصاص نحصل على كمية تعادل 100 جم بمرور الزمن وبعد نصف العمر الآول تتحلل نصف عدد ذرات العنصر المشع وبعد نصف العمر الثاني يكون نصف الباقي أي يتبقى ربع النظير المشع وهكذا وبعد نصف العمر الخامس يتبقى (3,125 جم) من العنصر المشع وبحساب الكمية نجد أن دورات نصف العمر عددها خمس دورات فيكون عمر الصخر= (407) (5) = 3520 مليون سنة .
بجمع كمية العنصر المشع (اليورانيوم ) والعنصر المستقر الرصاص نحصل على كمية تعادل 100 جم بمرور الزمن وبعد نصف العمر الآول تتحلل نصف عدد ذرات العنصر المشع وبعد نصف العمر الثاني يكون نصف الباقي أي يتبقى ربع النظير المشع وهكذا وبعد نصف العمر الخامس يتبقى (3,125 جم) من العنصر المشع وبحساب الكمية نجد أن دورات نصف العمر عددها خمس دورات فيكون عمر الصخر= (407) (5) = 3520 مليون سنة .