FRANK K. MCKINNEY

fossilernes alder fascinerer næsten alle. Studerende vil ikke kun vide, hvor gammel en fossil er, men de vil vide, hvordan denne alder blev bestemt. Nogle meget enkle principper bruges til at bestemme fossilernes alder. Studerende skal være i stand til at forstå principperne og have det som baggrund, så aldersbestemmelser fra paleontologer og geologer ikke virker som sort magi.

Der er to typer aldersbestemmelser., Geologer i slutningen af det 18.og begyndelsen af det 19. århundrede studerede klippelag og fossilerne i dem for at bestemme den relative alder. William Smith var en af de vigtigste forskere fra denne tid, der hjalp med at udvikle viden af den række af forskellige fossiler ved at studere deres distribution gennem sekvens af sedimentære bjergarter i det sydlige England. Det var først langt ind i det 20. århundrede, at der var samlet nok information om hastigheden af radioaktivt henfald, at alderen på klipper og fossiler i antal år kunne bestemmes gennem radiometrisk alder dating.,

denne aktivitet til bestemmelse af alder på klipper og fossiler er beregnet til 8.eller 9. klasse studerende. Det anslås at kræve fire timers klassetid, herunder Ca.en times I alt lejlighedsvis undervisning og forklaring fra læreren og to timers gruppe (team) og individuelle aktiviteter af eleverne plus en times diskussion blandt studerende i arbejdsgrupperne.,

for at Udforske dette link for yderligere information om de emner, der gennemgås i denne lektion:

  • Geologiske Tid

FORMÅL OG MÅL

Denne aktivitet vil hjælpe eleverne til at få en bedre forståelse af de grundlæggende principper, der anvendes til at bestemme alderen af sten og fossiler. Denne aktivitet består af flere dele. Formålet med denne aktivitet er:
1) at få eleverne til at bestemme den relative alder af et geologisk komplekst område. 2) at gøre eleverne bekendt med begrebet halveringstid i radioaktivt henfald., 3) at få eleverne til at se, at individuelle kørsler af statistiske processer er mindre forudsigelige end gennemsnittet af mange kørsler (eller at kørsler med relativt små tal involveret er mindre pålidelige end kørsler med mange tal).
4) for at demonstrere, hvordan hastigheden af radioaktivt henfald og opbygningen af det resulterende henfaldsprodukt anvendes i radiometrisk datering af klipper.
5) at bruge radiometrisk datering og principperne for bestemmelse af relativ alder for at vise, hvordan aldre på klipper og fossiler kan indsnævres, selvom de ikke kan dateres radiometrisk.,
tilbage til toppen

materialer, der kræves for hver gruppe

1) blokdiagram (Figur 1). 2) stor kop eller anden beholder, hvor m & M ‘ er kan rystes.
3) 100 m & M ‘ s
4) grafpapir (figur 2). 5) ur eller ur, der holder tid til sekunder. (Et enkelt ur eller ur for hele klassen vil gøre.)
6) stykke papir mærket tid og angiver enten 2, 4, 6, 8 eller 10 minutter.,
7) 128 små kort eller knapper, der kan skæres fra pap eller byggeri papir, helst med en anden farve på modsatte sider, der er markeret med “U-235” alle på én farvede side og “Pb-207” på den modsatte side, der har en kontrasterende farve.,



Tilbage til toppen

DEL 1: FASTSÆTTELSE af RELATIV ALDER AF STEN

Hvert hold af 3 til 5 eleverne skal diskutere, hvordan at bestemme den relative alder af hver af rock enheder i blok diagram (Figur 1). Efter studerende har besluttet, hvordan man fastlægger den relative alder for hver klippeenhed, de skal liste dem under blokken, fra seneste øverst på listen til ældste i bunden.,

læreren skal fortælle eleverne, at der er to grundlæggende principper, der anvendes af geologer til at bestemme rækkefølgen af aldre af klipper. De er:
overlejringsprincip: yngre sedimentære klipper deponeres oven på ældre sedimentære klipper.
princip om tværgående relationer: enhver geologisk funktion er yngre end noget andet, det skærer på tværs.

del 2: radiometrisk alder-DATING

nogle elementer har former (kaldet isotoper) med ustabile atomkerner, der haren tendens til at ændre sig eller forfald., For eksempel er U-235 en ustabil isotop afuranium, der har 92 protoner og 143 neutroner i nucl EU ‘ erne af hvert atom. Gennemen række ændringer i kernen udsender den flere partikler, der ender med 82 protoner og 125 neutroner. Dette er en stabil tilstand, og der eringen flere ændringer i atomkernen. En kerne med det antal protonerkaldes bly (kemisk symbol Pb). Protonerne (82) og neutroner (125) i alt207. Denne særlige form (isotop) af bly kaldes Pb-207. U-235 er parentisotopen af Pb-207, som er datterisotopen.,

mange klipper indeholder små mængder ustabile isotoper og datterisotoperne, som de forfalder i. Hvor mængderne af forældre-og datterisotoper kan måles nøjagtigt, forholdet kan bruges til at bestemme, hvor gammel klippen er, som vist i de følgende aktiviteter.

del 2a — aktivitet-når som helst er der en lille chance for, at hver af kernerne i U-235 pludselig vil forfalde. Denne chance for forfald er meget lille, men den er altid til stede, og den ændrer sig aldrig. Med andre ord “slides kernerne ikke ud” eller bliver “trætte”., Hvis kernen endnu ikke er forfalden, er der altid den samme, lille chance for, at den vil ændre sig i den nærmeste fremtid.

atomkerner er holdt sammen af en tiltrækning mellem de store kernepartikler (protoner og neutroner), der er kendt som “den stærke kernekraft”, som må overstige den elektrostatiske frastødning mellem protonerne i kernen., I almindelighed, med undtagelse af en enkelt proton, der udgør kernen af de mest forekommende isotop af brint, antallet af neutroner skal mindst være lig med antallet af protoner i en atomkerne, da elektrostatiske frastødning forbyder tættere pakning af protoner. Men hvis der er for mange neutroner, er kernen potentielt ustabil, og forfald kan udløses. Dette sker når som helst, når tilsætning af den flygtige “svage atomkraft” til den altid tilstedeværende elektrostatiske afstødning overstiger den bindende energi, der kræves for at holde kernen sammen.,

meget omhyggelige målinger i laboratorier, der er foretaget på meget stort antal U-235 atomer, har vist, at hvert af atomerne har en 50:50 chance for forfald i omkring 704.000.000 år. Med andre ord, i løbet af 704 millioner år vil halvdelen af U-235-atomerne, der eksisterede i begyndelsen af den tid, falde til Pb-207. Dette er kendt som halveringstiden for U-235. Mange elementer har nogle isotoper, der er ustabile, hovedsagelig fordi de har for mange neutroner til at blive afbalanceret af antallet af protoner i kernen. Hver af disse ustabile isotoper har sin egen karakteristiske halveringstid., Nogle halveringstider er flere milliarder år lange, og andre er så korte som en ti tusindedel af et sekund.
Tilbage til toppen

En velsmagende måde for eleverne at forstå omkring halvdelen livet er at give hvert hold 100 stykker af “almindelige” M & M slik. På et stykke notebook-papir skal hvert stykke placeres med den trykte M nedad. Dette repræsenterer moderisotopen., Sliket skal hældes i en beholder, der er stor nok til, at de kan hoppe rundt frit, det skal rystes grundigt og hældes derefter tilbage på papiret, så det spredes ud i stedet for at lave en bunke. Denne første gang med at ryste repræsenterer en halveringstid, og alle de stykker slik, der har den trykte M opad, repræsenterer en ændring af datterisotopen. Holdet skal samle op og afsætte kun de stykker slik, der har M vendt opad. Tæl derefter antallet af stykker slik tilbage med M vendt nedad., Dette er den overordnede isotop, der ikke ændrede sig i løbet af den første halveringstid.

læreren skal have hvert hold til at rapportere, hvor mange stykker moderisotop der er tilbage, og den første række i henfaldstabellen (figur 2) skal udfyldes, og det gennemsnitlige antal beregnes. Den samme procedure med at ryste, tælle de “overlevende” og udfylde den næste række på forfaldsbordet skal ske syv eller otte gange mere. Hver gang repræsenterer en halveringstid.

efter at resultaterne af den endelige “halveringstid” af M& M er samlet, er slikene ikke længere nødvendige.,

hvert hold skal plotte på en graf (figur 3) Antallet af stykker slik tilbage efter hver af deres “shakes” og forbinde hvert efterfølgende punkt på grafen med en lys linje. På samme graf skal hvert hold plotte gennemsnitsværdierne for klassen som helhed og forbinde det med en tungere linje. Og på den samme graf skal hver gruppe plotte punkter, hvor startnummeret efter hver “ryste” er divideret med nøjagtigt to og forbinde disse punkter med en anderledes farvet linje. (Denne linje begynder ved 100; det næste punkt er 100 / 2 eller 50; det næste punkt er 50/2 eller 25; og så videre.,)

når graferne er afbildet, skal læreren guide klassen til at tænke på:
1) Hvorfor fik hver gruppe ikke de samme resultater? 2 )som følger den matematisk beregnede linje bedre? Er det den enkelte gruppes resultater, eller er det linjen baseret på klassegennemsnittet? Hvorfor? 3) havde eleverne lettere ved at gætte (forudsige) resultaterne, når der var mange stykker slik i koppen, eller når der var meget få? Hvorfor?

U-235 findes i de fleste stødende klipper., Medmindre klippen opvarmes til en meget høj temperatur, forbliver både U-235 og dens datter Pb-207 i klippen. En geolog kan sammenligne andelen af U-235 atomer til Pb-207 produceret derfra og bestemme klippens alder. Den næste del af denne øvelse viser, hvordan dette gøres.
Tilbage til toppen

en Del 2b Aktivitet — Hvert hold modtager 128 flade stykker, med U-235 skrevet på den ene side og Pb-207 skrevet på den anden side. Hvert hold får et stykke papir markeret tid, som er skrevet enten 2, 4, 6, 8 eller 10 minutter.,

holdet skal placere hvert markeret stykke, så “U-235” vises. Dette repræsenterer uran-235, som udsender en række partikler fra kernen, når den henfalder til bly-207 (PB-207). Når hvert hold er klar med 128 stykker alle viser “U-235”, en tidsindstillet to minutters interval bør starte. I løbet af den tid vender hvert hold over halvdelen af U-235 stykker, så de nu viser Pb-207. Dette repræsenterer en “halveringstid” af U-235, hvilket er tiden for halvdelen af kernerne at skifte fra forældren U-235 til datteren Pb-207.

et nyt interval på to minutter begynder., I løbet af denne tid skal holdet vende halvdelen af U-235, der blev efterladt efter det første tidsinterval. Fortsæt gennem i alt 4 til 5 tidsbestemte intervaller.

hvert hold skal dog stoppe med at vende stykker på det tidspunkt, der er markeret på deres TIDSPAPIRER. Det vil sige, at hvert hold skal stoppe i henhold til deres tidspapir i slutningen af det første tidsindstillede interval (2 minutter) eller i slutningen af det andet tidsindstillede interval (4 minutter) og så videre. Når alle de tidsbestemte intervaller er indtruffet, skal Hold udveksle steder med hinanden som instrueret af læreren., Opgaven nu for hvert hold er at bestemme, hvor mange tidsbestemte intervaller (det vil sige hvor mange halveringstider) det sæt stykker, de ser på, har oplevet.

halveringstiden for U-235 er 704 millioner år. Både holdet, der vendte om et sæt stykker og det andet hold, der undersøgte Sættet, skulle bestemme, hvor mange millioner år der er repræsenteret af andelen af U-235 og PB-207 til stede, sammenligne noter og prale om eventuelle forskelle, de fik., (Højre, hvert hold skal bestemme antallet af millioner af år, der er repræsenteret ved et sæt, at de selv henvendte sig over, PLUS antallet af millioner af år repræsenteret ved det andet hold vendes.)

DEL 3: at SÆTTE DATOER PÅ STEN OG FOSSILER

For blok diagram (Figur 1) i begyndelsen af denne øvelse, forholdet mellem U-235:Pb-207 atomer i pegmatitten er 1:1, og deres forhold i granit er 1:3. Ved hjælp af den samme begrundelse om proportioner som I del 2b ovenfor kan eleverne bestemme, hvor gammel pegmatit og granit er., De skal skrive alderen af pegmatit og granit ved siden af navnene på klipperne i listen under blokdiagrammet (Figur 1).

Ved at plotte halveringstiden på en type skala kendt som en logaritmisk skala, kan den buede linje som den for M & MTM-aktivitet rettes ud, som du kan se i grafen i figur 4. Dette gør kurven mere nyttig, fordi det er lettere at plotte det mere præcist. Det er især nyttigt for forhold mellem moderisotop til datterisotop, der repræsenterer mindre end en halveringstid., For blokdiagrammet (Figur 1), Hvis et geokemisk laboratorium bestemmer, at den vulkanske aske, der er i siltstenen, har et forhold på U-235:Pb-207 på 47:3 (94% af de oprindelige U-235 forbliver), betyder det, at asken er 70 millioner år gammel (se figur 4). Hvis forholdet i basalt er 7: 3 (70% af de oprindelige U-235 forbliver), er basalt 350 millioner år gammel (igen, se figur 4). Studerende skal skrive alderen på den vulkanske aske ved siden af skifer, siltsten og basalt på listen under blokdiagrammet.,
Tilbage til toppen

SPØRGSMÅL TIL DISKUSSION

1) Baseret på de tilgængelige radiometriske aldre, kan du bestemme de mulige alder af rock enhed, der har acritarchs og bakterier? Hvad er det? Hvorfor kan du ikke sige præcis, hvad rockens alder er?2) kan du bestemme den mulige alder på den klippeenhed, der har trilobitter? Hvad er det? Hvorfor kan du ikke sige præcis, hvad rockens alder er?3) Hvad er alderen på klippen, der indeholder Triceratops-fossiler?, Hvorfor kan du være mere præcis om alderen på denne klippe, end du kunne om alderen på klippen, der har trilobitterne og Klippen, der indeholder acritarker og bakterier?

Note til lærere: baseret på tværgående relationer blev det fastslået, at pegmatiten er yngre end skifer, og at skifer er yngre end granit. Derfor er skifer, der indeholder acritarch og bakterier, mellem 704 millioner år og 1408 millioner år gammel, fordi pegmatiten er 704 millioner år gammel, og granitten er 1408 millioner år gammel., Skifer selv kan ikke radiometrisk dateret, så kan kun parentes mellem aldre af granit og pegmatit.

den trilobitbærende kalksten ligger over kvartssandstenen, som krydser pegmatiten, og basalten skærer gennem kalkstenen. Derfor skal trilobitterne og Klippen, der indeholder dem, være yngre end 704 millioner år (pegmatitens alder) og ældre end 350 millioner år (basaltens alder). Kalksten i sig selv kan ikke radiometrisk dateres, så kan kun parentes mellem alderen af granit og pegmatit.,

Triceratops dinosaur fossiler er cirka 70 millioner år gamle, fordi de findes i skifer og siltsten, der indeholder vulkansk aske radiometrisk dateret til 70 millioner år. Eventuelle Triceratops fundet under vulkansk aske kan være lidt ældre end 70 millioner år, og enhver fundet ovenfor kan være lidt yngre end 70 millioner år., Triceratops alder kan bestemmes nærmere end acritarchs og bakteriens og trilobiternes alder, fordi klippeenheden, der indeholder Triceratops, i sig selv kan dateres radiometrisk, hvorimod den af de andre fossiler ikke kunne.