FRANK K. MCKINNEY

en ALDER av fossiler intriger nesten alle. Studentene ikke bare ønsker å vite hvor gammel et fossil er, men de ønsker å vite hvordan den alderen ble bestemt. Noen veldig enkle prinsipper er benyttet for å bestemme alder av fossiler. Studentene skal være i stand til å forstå prinsippene og ha det som bakgrunn så som alder bestemmelser av paleontologists og geologer ikke virke som svart magi.

Det er to typer av alder bestemmelser., Geologer i slutten av det 18. og begynnelsen av det 19. århundre studert rock lag og fossiler i dem for å bestemme relativ alder. William Smith var en av de viktigste forskere fra denne tiden som bidro til å utvikle kunnskap om hverandre av ulike fossiler ved å studere deres distribusjon gjennom sekvensen av sedimentære bergarter i sør-England. Det var ikke før godt inn i det 20. århundre som hadde samlet nok informasjon om pris av radioaktiv nedbrytning at alder av bergarter og fossiler i antall år kan bli bestemt gjennom radiometrisk alder dating.,

Denne aktiviteten på å bestemme alder av bergarter og fossiler er beregnet for 8. eller 9. klasse studenter. Det er anslått til å kreve fire timer av klasse tid, inkludert ca en time, totalt sporadisk undervisning og forklaring fra læreren og to timer gruppe (gruppe) og individuelle aktiviteter for studentene, samt en time for diskusjon blant elevene i arbeidsgrupper.,

Utforske denne linken for ytterligere informasjon om de emner som dekkes i denne leksjonen:

  • Geologisk Tid

HENSIKT OG MÅL

Denne aktiviteten vil hjelpe elevene til å ha en bedre forståelse av de grunnleggende prinsipper som brukes for å bestemme alder av bergarter og fossiler. Denne aktiviteten består av flere deler. Mål med denne aktiviteten er:
1) for Å få elevene til å bestemme relativ alder av en geologisk komplekst område.
2) Å gjøre studentene med konseptet av half-life radioaktiv nedbrytning.,
3) for Å få elevene til å se at enkelte kjører i statistiske prosesser er mindre forutsigbar enn gjennomsnittet av mange går (eller som går med relativt små tall som er involvert er mindre pålitelig enn går med mange tall).
4) for Å demonstrere hvordan frekvensen av radioaktiv nedbrytning og oppbygging av den resulterende forfall produktet er brukt i radiometrisk datering av bergarter.
5) for Å bruke radiometrisk datering og prinsipper for å bestemme relativ alder for å vise hvordan aldre av bergarter og fossiler kan være smalere selv om de ikke kan være datert radiometrically.,
Tilbake til toppen

MATERIALER som er NØDVENDIGE FOR HVER GRUPPE

1) Blokk-diagram (Figur 1).
2) Stor kopp eller annen beholder som M & M s kan være rystet.
3) 100 M & M s
4) millimeterpapir (Figur 2).
5) Se eller klokke som holder deg tid til å sekunder. (En enkel klokke eller stoppeklokke for hele klassen skal gjøre.)
6) Stykke papir som er merket TID og indikerer enten 2, 4, 6, 8 eller 10 minutter.,
7) 128 små kort eller knapper som kan bli kuttet fra papp eller bygging papir, gjerne med en annen farge på motsatte sider, hver merket med «U-235» alle på én farget og «Pb-207» på motsatt side som har noen annen farge.,



Tilbake til toppen

– DEL 1: Å BESTEMME RELATIV ALDER AV BERGARTER

Hvert lag av 3 til 5 studenter bør diskutere sammen om hvordan å bestemme den relative alderen til hver av rock enheter i blokk-diagram (Figur 1). Når elevene har bestemt seg for hvordan å etablere den relative alder av hver stein enhet, bør de skrive dem under blokken, fra de nyeste øverst på listen til den eldste nederst.,

bør læreren forteller elevene at det er to grunnleggende prinsipper som brukes av geologer til å bestemme rekkefølgen av alder på steiner. De er:
Prinsippet om superposisjon: Yngre sedimentære bergartene er avsatt på toppen av eldre sedimentære bergarter.
Prinsippet om tverrgående forbindelser: Alle geologiske funksjonen er yngre enn noe annet at det skjærer på tvers.

DEL 2: RADIOMETRISK ALDER-DATING

Noen av elementene har former (kalles isotoper) med ustabil atomic kjerner som har en tendens til å endre, eller forfall., For eksempel, U-235 er en ustabil isotop ofuranium som har 92 protoner og 143 nøytroner i nucl eus hvert atom. Througha rekke endringer i kjernen, det avgir flere partikler, slutter upwith 82 protoner og 125 nøytroner. Dette er en stabil tilstand, og det areno flere endringer i atomkjernen. En kjerne med at antall protonsis kalt bly (kjemisk symbol Fe). Protoner (82) og nøytroner (125) total207. Denne spesielle form (isotop) av bly er kalt Pb-207. U-235 er parentisotope av Pb-207, som er datter isotop.,

Mange steiner inneholder små mengder av ustabile isotoper og datter isotoper som de forfaller. Der mengder av mor-og datter-isotoper kan måles nøyaktig, forholdet kan brukes til å bestemme hvor gammel rock er, som vist i følgende aktiviteter.

en Del 2a Aktivitet — Når som helst det er en liten sjanse for at hver av kjernene av U-235 vil plutselig forfall. At sjansen for forfall er svært liten, men det er alltid til stede og det forandrer seg aldri. Med andre ord, kjernene ikke «slites ut» eller bli «sliten»., Hvis kjernen har ennå ikke forfalt, er det alltid den samme, liten sjanse for at det vil endre seg i nær fremtid.

Atomic kjerner holdes sammen av en tiltrekning mellom de store kjernefysiske partikler (protoner og nøytroner) som er kjent som «den sterke kjernekraften», som må overstige elektrostatisk frastøting mellom protoner i kjernen., Generelt, med unntak av ett proton som utgjør kjernen av de mest tallrike isotop av hydrogen, antall nøytroner må minst være lik antall protoner i en atomkjerne, fordi elektrostatisk frastøting forbyr tettere pakking av protoner. Men hvis det er for mange nøytroner, kjernen er potensielt ustabile og forfall kan bli utløst. Dette skjer ved at tillegg av flyktige «svake kjernekraften» til den stadig til stede elektrostatisk frastøting overstiger bindende energi som kreves for å holde kjernen sammen.,

Veldig forsiktig målinger i laboratorier, laget på SVÆRT STORE tall av U-235 atomer, har vist at hver av atomer har en 50:50 sjanse for råtnende under om 704,000,000 år. Med andre ord, i løpet 704 millioner år, halvparten av U-235 atomer som eksisterte i begynnelsen av den tiden vil forfall til Pb-207. Dette er kjent som halveringstid av U-235. Mange elementer har noen isotoper som er ustabile, i hovedsak fordi de har for mange nøytroner til å være balansert med antall protoner i kjernen. Hver av disse ustabile isotoper har sin egen karakteristiske halve livet., Noen halvparten bor er flere milliarder år lang, og andre er så kort som en ti-tusendel av et sekund.
Tilbake til toppen

En velsmakende måte for elevene å forstå om half life er å gi hvert lag 100 stykker av «vanlige» M & M godteri. På en del av bærbare papir, hver brikke bør plasseres med den trykte M vender ned. Dette representerer den overordnede isotop., Godteri bør helles i en beholder som er stor nok for dem til å sprette rundt fritt, bør det være ristes grundig, deretter helles tilbake på papiret slik at det er spredt ut i stedet for å lage en haug. Dette første gang av risting representerer en halveringstid, og alle disse biter av godteri som har trykt M vender opp representere en endring til datteren isotop. Laget skal plukke opp og sett til side BARE de biter av godteri som har M vender opp. Deretter telle antall biter av godteri igjen med M vender ned., Dette er den overordnede isotop som ikke endres i løpet av første halvdel liv.

læreren bør ha hvert lag rapport hvor mange biter av foreldrene isotop være, og den første raden av forfall tabell (Figur 2) skal fylles ut og gjennomsnittlig antall beregnet. Samme prosedyre av risting, teller «overlevende», og fyller i neste rad på forfall tabellen bør gjøres syv eller åtte ganger. Hver tid representerer et halvt liv.

Etter at resultatene av den siste «half life» av M& M er samlet inn, candies er ikke lenger nødvendig.,

Hvert lag skal plottet i et diagram (Figur 3) antall biter av godteri er igjen etter hver av sine «rister» og koble hvert punkt på grafen med en lys linje. På samme grafen hvert lag skal plotte den GJENNOMSNITTLIGE VERDIER for klassen som helhet og koble det med en tykkere linje. OG, på samme graf, hver gruppe skal plotte punkter der, etter hvert «riste» start nummer er delt inn etter nøyaktig to og koble disse punktene med en annerledes farget linje. (Dette linje begynner på 100; det neste punktet er 100/ 2, eller 50; det neste punktet er 50/2, eller 25; og så videre.,)

Etter grafene er plottet, bør læreren veilede klassen i å tenke på:
1) Hvorfor ikke hver gruppe får de samme resultatene?
2) Som følger matematisk beregnet linje bedre? Det er enkelt konsernets resultater, eller er det linje, basert på klasse gjennomsnitt? Hvorfor?
3) Gjorde elevene ha en enklere tid å gjette (forutsi) resultatene når det var mange biter av godteri i cupen, eller når det var svært få? Hvorfor?

U-235 er funnet i de fleste størkningsbergarter bergarter., Med mindre rock er oppvarmet til en svært høy temperatur, både U-235 og dets datter Pb-207 forbli i rock. En geolog kan sammenligne andelen av U-235 atomer til Pb-207 produsert fra den og bestemme alder av rock. Den neste delen av denne øvelsen viser hvordan dette er gjort.
Tilbake til toppen

en Del 2b Aktivitet — Hvert lag mottar 128 flate stykker, med U-235 skrevet på den ene siden og Pb-207 skrevet på den andre siden. Hvert lag får et stykke papir som er merket TID, som er skrevet enten 2, 4, 6, 8 eller 10 minutter.,

laget skal plassere hvert preget brikke, slik at «U-235» viser. Dette representerer Uran-235, som sender ut en serie av partikler fra kjernen som det henfaller til Føre-207 (Pb-207). Når alle lagene er klar med 128 biter alle som viser «U-235», en tidsbestemt to-minutters intervall bør starte. I løpet av denne tiden hvert lag slår over halvparten av U-235 stykker, slik at de nå viser Pb-207. Dette representerer en «half-life» av U-235, som er det tid for halvparten av kjerner for å endre fra den overordnede U-235 til datteren Pb-207.

En ny to-minutters intervall begynner., I løpet av denne tiden laget skal slå over HALVPARTEN AV U-235 SOM VAR IGJEN ETTER DEN FØRSTE TIDSINTERVALLET. Fortsett gjennom en total av 4 til 5 bestemte tidsintervaller.

Imidlertid hvert lag bør SLUTTE å snu bitene på den tiden merket på sin TID papirer. Det er, hvert lag skal stoppe i henhold til TIDEN papir på slutten av den første tidsbestemt intervall (2 minutter), eller på slutten av den andre tidsbestemte intervall (4 minutter), og så videre. Etter at alle bestemte tidsintervaller har skjedd, lag bør exchange steder med en annen som instruert av læreren., Oppgaven nå for hvert lag er å finne ut hvor mange bestemte tidsintervaller (det vil si, hvor mange halveringstider) sett i stykker de er ute på har opplevd.

halveringstid av U-235 er 704 millioner år. Både laget som har slått over et sett med brikker, og det andre laget som er undersøkt sett bør bestemme hvor mange millioner år er representert ved andel av U-235 og Pb-207 stede, sammenligne notater, og krangle om eventuelle forskjeller som de fikk., (Høyre, hvert lag må bestemme antallet av millioner av år, representert ved de seg slått over, PLUSS antall av millioner av år, representert ved den satt som et annet lag slått over.)

DEL 3: å SETTE DATOER PÅ STEINER OG FOSSILER

For blokk-diagram (Figur 1) i begynnelsen av denne øvelsen, forholdet mellom U-235:Pb-207 atomer i pegmatite er 1:1, og deres forhold i granitt er 1:3. Ved å bruke samme resonnement om proporsjonene som i en Del 2b ovenfor, kan elevene finne ut hvor gammel den pegmatite og granitt er., De bør skrive alder på pegmatite og granitt ved siden av navnene på steinene i listen under blokk-diagram (Figur 1).

Ved å plotte den halve livet på en type skala kjent som en logaritmisk skala, buet linje som at for M & MTM aktivitet kan være rettet ut, som du kan se i grafen i Figur 4. Dette gjør kurven mer nyttig, fordi det er lettere å plotte det mer nøyaktig. Det er spesielt nyttig for prosenter av foreldrene isotop til datter isotop som utgjør mindre enn halve livet., For blokk-diagram (Figur 1) hvis en geokjemiske laboratorium bestemmer at vulkansk aske som er i siltstone har et forhold av U-235:Pb-207 47:3 (94% av den opprinnelige U-235 er fortsatt), dette betyr at blitsen er 70 millioner år gamle (se Figur 4). Hvis forholdet i basalt er 7:3 (70% av den opprinnelige U-235 blir igjen), så basalt er 350 millioner år gamle (igjen, se Figur 4). Studentene skal skrive en alder av vulkansk aske ved siden av skifer, siltstone og basalt på listen nedenfor blokkdiagram.,
Tilbake til toppen

SPØRSMÅL TIL DISKUSJON

1) Basert på tilgjengelig radiometrisk aldre, kan du finne mulige alder av rock enhet som har acritarchs og bakterier? Hva er det? Hvorfor kan du ikke si nøyaktig hva en alder av rock er?
2) Kan du finne mulige alder av rock enhet som har trilobites? Hva er det? Hvorfor kan du ikke si nøyaktig hva en alder av rock er?
3) Hva er alderen på rock som inneholder Triceratops fossiler?, Hvorfor kan du være mer presis om alderen på bergarten enn du kunne om alder på rock som har trilobites og rock som inneholder acritarchs og bakterier?

Merk for lærere: Basert på cross-cutting relasjoner, det ble etablert at pegmatite er yngre enn skifer og at skifer er yngre enn granitt. Derfor, skifer som inneholder acritarch og bakterier er mellom 704 millioner år og 1408 millioner år gamle, fordi pegmatite er 704 millioner år gamle og granitt er 1408 millioner år gamle., Skifer i seg selv kan ikke radiometrically datert, så kan bare bli ført mellom granitt og pegmatite.

trilobite rentebærende kalkstein overlies kvarts sandstein, som kryss-kutt pegmatite, og basalt skjærer gjennom kalkstein. Derfor trilobites og rock som inneholder dem må være yngre enn 704 millioner år (alder av pegmatite) og eldre enn 350 millioner år (alder av basalt). Kalkstein i seg selv kan ikke radiometrically datert, så kan bare bli ført mellom granitt og pegmatite.,

Triceratops dinosaur fossiler er om lag 70 millioner år gamle, fordi de er funnet i skifer og siltstone som inneholder vulkansk aske radiometrically datert til 70 millioner år. Noen Triceratops funnet under vulkansk aske kan være litt eldre enn 70 millioner år, og noen fant ovenfor kan være litt yngre enn 70 millioner år., I en alder av Triceratops kan fastsettes nærmere enn acritarchs og bakterier, og som av den trilobites fordi rock enhet som inneholder Triceratops kan i seg selv være radiometrically datert, mens det av de andre fossiler kunne ikke.