Anerkjennelse av den omliggende verden er umulig uten å forstå historien om historiske antikviteter og hvor lenge verden selv - vårt univers - har eksistert. Forskere har laget mange metoder for å bestemme alderen på arkeologiske funn og etablere datoene for historiske hendelser. I dag markerer den kronologiske tidslinjen både datoene for utbruddene av eldgamle vulkaner og fødselstiden til stjernene som vi ser på nattehimmelen. I dag vil vi fortelle deg om de viktigste dateringsmetodene.
Arkeologiske funn
Når det gjelder arkeologiske funns alder, så er det naturligvis alle som husker radiokarbonmetoden. Dette er kanskje den mest berømte, men ikke den eneste, metoden for å datere antikviteter. Også kjent for den konstante kritikken han blir utsatt for. Så hva er denne metoden, hva og hvordan brukes den?
Til å begynne med må det sies at denne metoden brukes, med svært sjeldne unntak, bare for dateringsobjekter og materialer av biologisk opprinnelse. Det vil si alderen på alt som en gang var i live. Videre snakker vi om å datere nøyaktig dødsøyeblikket til en biologisk gjenstand. For eksempel ble en person funnet under steinsprut i et hus ødelagt av et jordskjelv, eller et tre falt for å bygge et skip. I det første tilfellet lar dette deg bestemme omtrentlig tid for jordskjelvet (hvis det ikke var kjent fra andre kilder), i det andre - omtrentlig dato for skipets konstruksjon. Så for eksempel datert de et vulkanutbrudd på Santorini-øya, en av de viktigste begivenhetene i eldgamle historie, en mulig årsak til apokalypsen i bronsealderen. For analysen tok forskerne en gren av oliventrær som ble funnet under utgravninger av vulkansk jord.
Hvorfor betyr et organismes død øyeblikk? Karbonforbindelser er kjent for å danne grunnlaget for livet på planeten vår. Levende organismer henter det først og fremst fra atmosfæren. Med døden stopper karbonutvekslingen med atmosfæren. Men karbon på planeten vår, selv om den opptar en celle i det periodiske systemet, er annerledes. Det er tre karbonisotoper på jorden, to stabile - 12C og 13C og en radioaktiv, råtnende - 14C. Så lenge en organisme er i live, er forholdet mellom stabile og radioaktive isotoper i det samme som i atmosfæren. Så snart karbonutvekslingen stopper, begynner mengden av den ustabile isotop 14C (radiokarbon) å avta på grunn av forfall og forholdet endres. Etter omtrent 5700 år blir mengden radiokarbon halvert, en prosess som kalles halveringstid.
Radiokarbon blir født i den øvre atmosfæren fra nitrogen, og deretter blir det til nitrogen i prosessen med radioaktivt forfall
Salgsfremmende video:
wikimedia.org
Radiokarbon-dateringsmetoden ble utviklet av Willard Libby. Til å begynne med antok han at forholdet mellom karbonisotoper i atmosfæren i tid og rom ikke endres, og forholdet mellom isotoper i levende organismer tilsvarer forholdet i atmosfæren. I så fall kan vi ved å måle dette forholdet i den tilgjengelige arkeologiske prøven bestemme når det tilsvarer atmosfæren. Eller få den såkalte "uendelig alder" hvis det ikke er noe radiokarbon i prøven.
Metoden tillater ikke å se langt inn i fortiden. Den teoretiske dybden er 70 000 år (13 halveringstider). Omtrent denne tiden vil det ustabile karbonet forfalle. Men den praktiske grensen er 50 000-60 000 år. Det er ikke lenger mulig, nøyaktigheten til utstyret tillater det ikke. De kan måle "Ice Man" -alderen, men det er ikke lenger mulig å se på planetens historie før menneskets utseende og bestemme for eksempel alderen på restene av dinosaurer. I tillegg er radiokarbonmetoden en av de mest kritiserte. Kontroversen rundt lerretet i Torino og analysen av metoden for å bestemme relikviens alder er bare en av illustrasjonene av ufullkommenheten til denne metoden. Hva er argumentet om forurensning av prøver med en karbonisotop etter avslutningen av karbonutveksling med atmosfæren. Det er ikke alltid sikkert at objektet som er tatt for analyse er helt fritt for karbon,introdusert etter for eksempel bakterier og mikroorganismer som har bosatt seg i emnet.
Det er verdt å merke seg at etter starten av metoden, viste det seg at forholdet mellom isotoper i atmosfæren endret seg over tid. Derfor trengte forskere å lage en såkalt kalibreringsskala, der endringer i innholdet av radiokarbon i atmosfæren noteres gjennom årene. For dette ble gjenstander tatt, hvis datering er kjent. Dendrochronology, en vitenskap basert på studier av treringer i tre, kom til hjelp fra forskere.
I begynnelsen nevnte vi at det er sjeldne tilfeller når denne metoden gjelder objekter av ikke-biologisk opprinnelse. Et typisk eksempel er gamle bygninger, i mørtelen som quicklime CaO ble brukt. Når det ble kombinert med vann og karbondioksid i atmosfæren, ble kalk omdannet til kalsiumkarbonat CaCO3. I dette tilfellet stoppet karbonutveksling med atmosfæren fra det øyeblikket mørtelen herdet. På denne måten kan du bestemme alderen på mange gamle bygninger.
Rester av dinosaurer og gamle planter
La oss snakke om dinosaurer. Som du vet, dinosaurenes tid var en relativt liten (selvfølgelig, etter standardene for jordens geologiske historie), som varte 186 millioner år. Den mesozoiske epoken, som den er utpekt på den geokronologiske skalaen av planeten vår, begynte for rundt 252 millioner år siden og ble avsluttet for 66 millioner år siden. Samtidig delte forskere det trygt inn i tre perioder: trias, jura og kritt. Og for hver har de identifisert sine egne dinosaurer. Men hvordan? Tross alt er ikke radiokarbonmetoden anvendbar i slike perioder. I de fleste tilfeller bestemmes alderen for restene av dinosaurer, andre eldgamle skapninger, så vel som gamle planter av tiden da bergarter de ble funnet. Hvis restene av en dinosaur ble funnet i bergene i Øvre Triassic, og dette er for 237-201 millioner år siden, levde dinosauren den gang. Nå er spørsmålet,hvordan bestemme alderen på disse bergartene?
Dinosaur forblir i eldgammel stein
terrain.org
Vi har allerede sagt at radiokarbonmetoden ikke bare kan brukes til å bestemme alderen på gjenstander med biologisk opprinnelse. Men karbonisotopen har for kort halveringstid, og når du bestemmer alderen til de samme geologiske bergartene, er det ikke aktuelt. Denne metoden, selv om den er den mest berømte, er bare en av metodene for radioisotopdating. Det er andre isotoper i naturen hvis halveringstid er lengre og kjent. Og mineraler som kan brukes til å eldes, for eksempel zirkon.
Det er et veldig nyttig mineral for aldersbestemmelse ved bruk av uran-bly datering. Utgangspunktet for å bestemme alderen vil være øyeblikket av krystallisering av zirkon, lik dødsøyeblikket for en biologisk gjenstand med radiokarbonmetoden. Zirkonkrystaller er vanligvis radioaktive, da de inneholder urenheter av radioaktive elementer og fremfor alt uranisotoper. Forresten, radiokarbonmetoden kan også kalles karbon-nitrogen-metoden, siden forfallsproduktet til karbonisotopen er nitrogen. Men hvilke av nitrogenatomer i prøven som ble dannet som et resultat av forfall, og hvilke som var der i utgangspunktet, kan ikke forskere bestemme. Derfor, i motsetning til andre radioisotopmetoder, er det så viktig å vite endringen i konsentrasjonen av radiokarbon i planetens atmosfære.
Zirkonkrystall
wikimedia.org
Når det gjelder uran-bly-metoden, er forfallsproduktet en isotop, noe som er interessant fordi det ikke kunne ha vært i prøven tidligere, eller dens opprinnelige konsentrasjon ble opprinnelig kjent. Forskere estimerer forfallstiden for to isotoper av uran, hvis forfall ender med dannelsen av to forskjellige isotoper av bly. Det vil si at forholdet mellom konsentrasjonen av de første isotoper og datterprodukter bestemmes. Radioisotopmetoder brukes av forskere på stollende bergarter og viser tiden som har gått siden størkningen.
Jorden og andre himmellegemer
Andre metoder brukes for å bestemme alder på geologiske bergarter: kalium-argon, argon-argon, bly-bly. Takket være sistnevnte var det mulig å bestemme tidspunktet for dannelse av planetene i solsystemet og følgelig alderen på planeten vår, siden det antas at alle planetene i systemet ble dannet nesten samtidig. I 1953 målte den amerikanske geokjemisten Claire Patterson forholdet mellom blyisotoper i prøver av en meteoritt som falt rundt 20-40 tusen år i det territoriet som nå er okkupert av staten Arizona. Resultatet var en avgrensning av estimatet for jordas alder til 4.550 milliarder år. Analyse av terrestriske bergarter gir også figurer av en lignende rekkefølge. Så steiner som ble oppdaget ved bredden av Hudson Bay i Canada er 4,28 milliarder år gamle. Og ligger også i Canada grå gneiser (bergarter,kjemisk lik granitter og leirskifer), som i lang tid hadde ledelsen i alder, hadde et anslag på 3,92 til 4,03 milliarder år. Denne metoden kan brukes på alt vi kan "nå" i solsystemet. Analyse av prøvene av måneberg som ble brakt til jorden, viste at deres alder er 4,47 milliarder år.
Men med stjernene er alt helt annerledes. De er langt fra oss. Å få et stykke stjerne for å måle alderen er urealistisk. Men forskere vet (eller er sikker) på at for eksempel den nærmeste stjernen til oss, Proxima Centauri, bare er litt eldre enn solen vår: den er 4,85 milliarder år gammel, solen er 4,57 milliarder år gammel. Men nattehimmelen på diamanten, Sirius, er en tenåring: han er rundt 230 millioner år gammel. North Star er enda mindre: 70-80 millioner år gammel. Relativt sett tente Sirius opp på himmelen i begynnelsen av dinosaurenes æra, og Nordstjernen allerede på slutten. Så hvordan vet forskere alderen på stjernene?
Vi kan ikke motta noe fra fjerne stjerner bortsett fra deres lys. Men dette er allerede mye. Faktisk er dette stjerne av stjernen som lar deg bestemme dens kjemiske sammensetning. Å vite hva en stjerne er laget av, er nødvendig for å bestemme alderen. I løpet av deres levetid utvikler stjerner seg og går gjennom alle stadier fra protostjerner til hvite dverger. Som et resultat av termonukleære reaksjoner som oppstår i stjernen, endres sammensetningen av elementene i den hele tiden.
Umiddelbart etter fødselen faller stjernen i den såkalte hovedsekvensen. Hovedsekvensstjerner (inkludert vår sol) er hovedsakelig sammensatt av hydrogen og helium. I løpet av termonukleære reaksjoner av hydrogenutbrenthet øker heliuminnholdet i stjernens kjerne. Hydrogenforbrenningsstadiet er den lengste perioden i en stjerners levetid. På dette stadiet er stjernen omtrent 90% av tiden som er tildelt den. Hastigheten for å passere gjennom etappene avhenger av massen til stjernen: jo større den er, desto raskere blir stjernen sammen og jo raskere "brenner den ut". Stjernen holder seg på hovedsekvensen så lenge hydrogen brenner ut i kjernen. Varigheten av de gjenværende trinnene, hvor de tyngre elementene brenner ut, er mindre enn 10%. Jo eldre en stjerne i hovedsekvensen er, jo mer helium og mindre hydrogen inneholder den.
For et par hundre år siden så det ut til at vi aldri kunne finne ut av stjernenes sammensetning. Men oppdagelsen av spektralanalyse på midten av 1800-tallet ga forskere et kraftig verktøy for å studere fjerne objekter. Men først, Isaac Newton på begynnelsen av 1700-tallet, ved hjelp av et prisme, spaltet hvitt lys til separate komponenter i forskjellige farger - solspekteret. 100 år senere, i 1802, så den engelske forskeren William Wollaston nøye på solspekteret og oppdaget smale mørke linjer i det. Han la ikke så stor vekt på dem. Men snart undersøker den tyske fysikeren og optikeren Josef Fraunhofer dem og beskriver dem i detalj. I tillegg forklarer han dem ved opptak av stråler ved gassene i solens atmosfære. I tillegg til solspekteret studerer han spekteret av Venus og Sirius og finner lignende linjer der. De finnes også i nærheten av kunstige lyskilder. Og først i 1859 gjennomførte de tyske kjemikerne Gustav Kirchhoff og Robert Bunsen en serie eksperimenter, som resulterte i konklusjonen at hvert kjemiske element har sin egen linje i spekteret. Og derfor, i henhold til spekteret av himmellegemer, kan det trekkes konklusjoner om deres sammensetning.
Solcellefotespektrum og Fraunhofer absorpsjonslinjer
wikimedia.org
Metoden ble umiddelbart vedtatt av forskere. Og snart ble et ukjent element oppdaget i sammensetningen av Solen, som ikke ble funnet på Jorden. Det var helium (fra "helios" - solen). Bare litt senere ble den oppdaget på jorden.
Solen vår er 73,46% hydrogen og 24,85% helium, andelen andre elementer er ubetydelig. For øvrig er det også metaller blant dem, som ikke snakker så mye om alderen, men snarere om "arveligheten" til stjernen vår. Sola er en ung tredje generasjonsstjerne, noe som betyr at den ble dannet av det som er igjen av stjernene fra første og andre generasjon. Det vil si de stjernene i kjernene disse metallene ble syntetisert av. Av solrike grunner har dette ikke skjedd ennå. Sammensetningen av sola lar oss si at den er 4,57 milliarder år gammel. I en alder av 12,2 milliarder år vil solen forlate hovedsekvensen og bli en rød gigant, men lenge før dette øyeblikket vil livet på jorden være umulig.
Hovedpopulasjonen i vår Galaxy er stjerner. Alder på galaksen bestemmes av de eldste gjenstandene som er oppdaget. I dag er de eldste stjernene i Galaxy den røde giganten HE 1523-0901 og Methuselah Star, eller HD 140283. Begge stjernene er i retning stjernebildet Vågen, og deres alder er estimert til omtrent 13,2 milliarder år.
Forresten, HE 1523-0901 og HD 140283 er ikke bare veldig gamle stjerner, de er stjerner av andre generasjon, som har et ubetydelig metallinnhold i sin sammensetning. Det vil si stjernene som tilhører generasjonen som gikk foran vår sol og dens "jevnaldrende".
En annen eldste gjenstand er, ifølge noen estimater, den kule stjerneklyngen NGC6397, hvis stjerner er 13,4 milliarder år gamle. I dette tilfellet er intervallet mellom dannelsen av den første generasjonen stjerner og fødselen av den andre estimert av forskere til 200-300 millioner år. Disse studiene lar forskere hevde at vår Galaxy er 13,2-13,6 milliarder år gammel.
Univers
Som med Galaxy, kan universets alder antas ved å bestemme hvor gamle dens eldste objekter er. Til dags dato regnes galaksen GN-z11, i retning av stjernebildet Ursa Major, som den eldste blant gjenstandene som er kjent for oss. Lyset fra galaksen tok 13,4 milliarder år, noe som betyr at det ble sendt ut 400 millioner år etter Big Bang. Og hvis lys har kommet så langt, kan ikke universet ha en mindre alder. Men hvordan ble denne datoen bestemt?
For 2016 er galaksen GN-z11 den mest kjente gjenstanden i universet.
wikimedia.org
Tallet 11 i betegnelsen på galaksen indikerer at den har en rødforskyvning på z = 11.1. Jo høyere denne indikatoren er, jo lenger objektet er fra oss, jo lenger gikk lyset fra det og jo eldre objektet. Den forrige aldersmesteren, Egsy8p7-galaksen, har en rødskift på z = 8,68 (13,1 milliarder lysår fjernt fra oss). Utøver for ansiennitet er galaksen UDFj-39546284, har sannsynligvis z = 11,9, men dette er ennå ikke fullstendig bekreftet. Universet kan ikke ha en alder mindre enn disse objektene.
Litt tidligere snakket vi om spektrene til stjerner, som bestemmer sammensetningen av deres kjemiske elementer. I spekteret til en stjerne eller galakse, som beveger seg bort fra oss, er det en forskyvning i spektrallinjene til kjemiske elementer til den røde (langbølgesiden) siden. Jo lenger et objekt er fra oss, desto større er rødskiftet. Skiftet av linjer til den fiolette siden (kortbølgen), på grunn av en gjenstands tilnærming, kalles blå eller fiolett skift. En forklaring på dette fenomenet er den allestedsnærværende Doppler-effekten. De forklarer for eksempel senking av tonen i sirenen til en passerende bil eller lyden fra motoren til et flygende fly. Arbeidet med de fleste kameraer for å fikse brudd er basert på Doppler-effekten.
Spektrale linjer har skiftet til den røde siden
wikimedia.org
Så det er kjent at universet utvider seg. Og når du kjenner hastigheten på dens ekspansjon, kan du bestemme universets alder. Konstanten som viser hvor raskt to galakser, atskilt med en avstand på 1 Mpc (megaparsek), flyr i forskjellige retninger, kalles Hubble-konstanten. Men for å bestemme universets alder, trengte forskere å vite dens tetthet og sammensetning. For dette formålet ble romobservatoriene WMAP (NASA) og Planck (European Space Agency) sendt ut i verdensrommet. WMAP-dataene gjorde det mulig å bestemme universets alder på 13,75 milliarder år. Data fra en europeisk satellitt som ble lansert åtte år senere gjorde det mulig å avgrense nødvendige parametere, og universets alder ble bestemt til 13,81 milliarder år.
Space Observatory Planck
esa.int
Sergey Sobol
