FRANK K. MCKINNEY

wiek skamieniałości intryguje prawie każdego. Uczniowie nie tylko chcą wiedzieć, ile lat ma skamielina, ale chcą wiedzieć, jak określono ten wiek. Do określenia wieku skamieniałości używa się bardzo prostych zasad. Uczniowie powinni być w stanie zrozumieć zasady i mieć to jako tło, aby ustalenia wieku przez paleontologów i geologów nie wydawały się czarną magią.

istnieją dwa rodzaje oznaczeń wieku., Geolodzy pod koniec XVIII i na początku XIX wieku badali warstwy skalne i znajdujące się w nich skamieniałości w celu określenia względnego wieku. William Smith był jednym z najważniejszych naukowców tego okresu, który przyczynił się do rozwoju wiedzy o sukcesji różnych skamieniałości, badając ich rozmieszczenie poprzez sekwencję skał osadowych w południowej Anglii. Dopiero w XX wieku zgromadzono wystarczającą ilość informacji na temat szybkości rozpadu radioaktywnego, że wiek skał i skamieniałości w liczbie lat można określić poprzez radiometryczne datowanie wieku.,

to ćwiczenie dotyczące określania wieku skał i skamieniałości przeznaczone jest dla uczniów klas VIII lub IX. Szacuje się, że wymaga to czterech godzin czasu zajęć, w tym około jednej godziny okolicznościowych instrukcji i wyjaśnień od nauczyciela oraz dwóch godzin zajęć grupowych (zespołowych) i indywidualnych przez uczniów, plus JEDNEJ godziny dyskusji wśród uczniów w grupach roboczych.,

przejrzyj ten link, aby uzyskać dodatkowe informacje na temat tematów omawianych w tej lekcji:

  • czas geologiczny

cel i cele

to ćwiczenie pomoże uczniom lepiej zrozumieć podstawowe zasady używane do określania wieku skał i skamieniałości. Działanie to składa się z kilku części. Cele tego działania to:
1) określenie przez uczniów względnego wieku danego obszaru geologicznie złożonego.
2) zapoznanie uczniów z koncepcją okresu półtrwania w rozpadie promieniotwórczym .,
3) aby uczniowie zobaczyli, że poszczególne przebiegi procesów statystycznych są mniej przewidywalne niż średnia z wielu przebiegów (lub że przebiegi ze stosunkowo małymi liczbami są mniej niezawodne niż przebiegi z wieloma liczbami).
4) w celu wykazania, w jaki sposób szybkość rozpadu promieniotwórczego i nagromadzenie powstałego produktu rozpadu jest wykorzystywane w radiometrycznym datowaniu skał.
5) posługiwanie się datowaniem radiometrycznym i zasadami określania wieku względnego, aby pokazać, w jaki sposób można zawęzić wiek skał i skamieniałości, nawet jeśli nie można ich datować radiometrycznie.,
powrót do góry

materiały wymagane dla każdej grupy

1) Schemat blokowy (Rysunek 1).
2) duży kubek lub inny pojemnik, w którym można wstrząsnąć M & M.
3) 100 M & M ' s
4) papier Graficzny (Rys. 2).
5) zegarek lub zegar, który utrzymuje czas do sekund. (Wystarczy jeden zegarek lub zegar dla całej klasy.)
6) kartka papieru oznaczona czasem i wskazująca 2, 4, 6, 8 lub 10 minut.,
7) 128 małych kartek lub guzików, które można wyciąć z kartonu lub papieru budowlanego, najlepiej o innym kolorze po przeciwnych stronach, z których każda oznaczona jest „U-235” po jednej kolorowej stronie i „Pb-207” po przeciwnej stronie, która ma jakiś kontrastujący kolor.,



powrót do góry

część 1: określanie względnego wieku skał

każdy zespół składający się z 3 do 5 uczniów powinien wspólnie omówić sposób określenia względnego wieku każdej z jednostek skał na schemacie blokowym (ryc. 1). Po tym, jak uczniowie zdecydują, jak ustalić względny wiek każdej jednostki skalnej, powinni wymienić je pod blokiem, od najnowszego na górze listy do najstarszego na dole.,

nauczyciel powinien powiedzieć uczniom, że istnieją dwie podstawowe zasady stosowane przez geologów do określania kolejności epok skał. Są to:
zasada superpozycji: młodsze skały osadowe osadzają się na szczycie starszych skał osadowych.
zasada relacji przekrojowych: każda cecha geologiczna jest młodsza niż cokolwiek innego, przez co się przecina.

część 2: radiometryczne datowanie wieku

niektóre pierwiastki mają formy (zwane izotopami) z niestabilnymi jądrami atomowymi, które mają tendencję do zmiany lub rozpadu., Na przykład U-235 jest niestabilnym izotopem ofuranu, który ma 92 protony i 143 neutrony w jądrze każdego atomu. Poprzez serię zmian wewnątrz jądra emituje on kilka cząstek, kończąc na 82 protonach i 125 neutronach. Jest to stabilny stan i jest więcej zmian w jądrze atomowym. Jądro o takiej liczbie protonów nazywa się ołowiem (symbol chemiczny Pb). Łącznie protony (82) i neutrony (125) 207. Ta szczególna forma (izotop) ołowiu nosi nazwę Pb-207. U-235 jest parentisotopem Pb-207, który jest izotopem potomnym.,

wiele skał zawiera niewielkie ilości niestabilnych izotopów i izotopów pochodnych, w które ulegają rozpadowi. W przypadku gdy ilości izotopów macierzystych i pochodnych można dokładnie zmierzyć, stosunek ten można wykorzystać do określenia wieku skały, jak pokazano w poniższych ćwiczeniach.

część 2a aktywność — w każdej chwili jest mała szansa, że każde z jąder U-235 nagle ulegnie rozpadowi. Ta szansa rozpadu jest bardzo mała, ale jest zawsze obecna i nigdy się nie zmienia. Innymi słowy, jądra nie „zużywają się” lub się „zmęczony”., Jeśli jądro jeszcze nie rozpadło się, zawsze jest taka sama, niewielka szansa, że zmieni się w najbliższej przyszłości.

jądra atomowe są trzymane razem przez przyciąganie między dużymi cząstkami jądrowymi (protonami i neutronami), które jest znane jako „silna siła jądrowa”, która musi przekraczać odpychanie elektrostatyczne między protonami w jądrze., Ogólnie rzecz biorąc, z wyjątkiem pojedynczego protonu, który stanowi jądro najliczniejszego izotopu wodoru, liczba neutronów musi być co najmniej równa liczbie protonów w jądrze atomowym, ponieważ odpychanie elektrostatyczne uniemożliwia gęstsze pakowanie protonów. Ale jeśli jest za dużo neutronów, jądro jest potencjalnie niestabilne i może nastąpić rozpad. Dzieje się to w dowolnym momencie, gdy dodanie przelotnej „słabej siły jądrowej” do zawsze obecnego odpychania elektrostatycznego przekracza energię wiązania potrzebną do utrzymania jądra razem.,

bardzo staranne pomiary w laboratoriach, wykonane na bardzo dużej liczbie atomów U-235, wykazały, że każdy z atomów ma szansę 50:50 rozpadu w ciągu Około 704 000 000 lat. Innymi słowy, w ciągu 704 milionów lat połowa atomów U-235, które istniały na początku tego czasu, rozpadnie się do Pb-207. Jest to znany jako okres półtrwania U-235. Wiele pierwiastków ma izotopy, które są niestabilne, głównie dlatego, że mają zbyt wiele neutronów, aby zrównoważyć je liczbą protonów w jądrze. Każdy z tych niestabilnych izotopów ma swój charakterystyczny okres półtrwania., Niektóre okresy półtrwania mają kilka miliardów lat, a inne są tak krótkie, jak dziesięć tysięczna sekundy.
Return to top

smacznym sposobem dla studentów, aby zrozumieć o half life jest dać każdej drużynie 100 sztuk „zwykłe” m& m cukierki. Na kawałku papieru do notebooka każdy kawałek powinien być umieszczony z wydrukowanym M skierowanym w dół. Jest to izotop macierzysty., Cukierki należy wlać do pojemnika wystarczająco dużego, aby mogły się swobodnie odbijać, należy je dokładnie wstrząsnąć, a następnie wylać z powrotem na papier, aby został rozłożony zamiast robić stos. Ten pierwszy raz wstrząsanie reprezentuje jeden half life, a wszystkie te kawałki cukierków, które mają wydrukowane m skierowane do góry reprezentują zmianę izotop córki. Zespół powinien odebrać i odstawić tylko te kawałki cukierków, które mają M skierowane do góry. Następnie policz liczbę kawałków cukierków, które pozostały z M skierowanym w dół., Są to macierzyste izotopy, które nie zmieniły się podczas pierwszego okresu półtrwania.

nauczyciel powinien zlecić każdemu zespołowi raportowanie, ile sztuk izotopu macierzystego pozostało, i wypełnić pierwszy wiersz tabeli rozpadów (Rys. 2) i obliczyć średnią liczbę. Ta sama procedura potrząsania, licząc „ocalałych”, i wypełnienie w następnym rzędzie na stole rozpadu należy zrobić siedem lub osiem więcej razy. Za każdym razem reprezentuje half life.

Po zebraniu wyników końcowego „okresu półtrwania” M& m cukierki nie są już potrzebne.,

każda drużyna powinna wykreślić na wykresie (Rysunek 3) liczbę sztuk cukierków pozostałych po każdym z ich „trzęsie” i połączyć każdy kolejny punkt na wykresie z linii światła. Na tym samym wykresie każdy zespół powinien wykreślić średnie wartości dla klasy jako całości i połączyć je cięższą linią. I na tym samym wykresie każda grupa powinna wykreślić punkty, w których po każdym „wstrząśnięciu” liczba początkowa jest podzielona przez dokładnie dwa i połączyć te punkty różnokolorową linią. (Ta linia zaczyna się od 100; następny punkt to 100 / 2 lub 50; następny punkt to 50/2 lub 25; i tak dalej.,)

po wykreśleniu Wykresów nauczyciel powinien poprowadzić klasę do myślenia:
1) Dlaczego każda grupa nie uzyskała takich samych wyników?
2) która z matematycznie obliczonych linii jest lepsza? Czy chodzi o wyniki pojedynczej grupy, czy o linię opartą na średniej klasowej? Dlaczego?
3) czy uczniom łatwiej było zgadywać (przewidywać) wyniki, gdy w kubku było dużo cukierków, czy gdy było ich bardzo mało? Dlaczego?

U-235 występuje w większości skał magmowych., O ile skała nie zostanie podgrzana do bardzo wysokiej temperatury, zarówno U-235, jak i jego córka Pb-207 pozostają w skale. Geolog może porównać udział atomów U-235 do wytworzonego z niego PB-207 i określić wiek skały. Kolejna część tego ćwiczenia pokazuje, jak to się robi.
powrót do góry

część 2b aktywność — każdy zespół otrzymuje 128 płaskich kawałków, z U-235 napisanym na jednej stronie i PB-207 napisanym na drugiej stronie. Każda drużyna otrzymuje kartkę papieru oznaczoną czasem, na której jest napisane 2, 4, 6, 8 lub 10 minut.,

zespół powinien umieścić każdy zaznaczony element tak, aby wyświetlał się „U-235”. Reprezentuje on Uran-235, który emituje szereg cząstek z jądra, gdy rozpada się do ołowiu-207 (Pb-207). Kiedy każdy zespół jest gotowy z 128 sztuk wszystkich pokazujących „U-235”, czasowy interwał powinien się rozpocząć. W tym czasie każdy zespół przewraca ponad połowę sztuk U-235 tak, że teraz pokazują Pb-207. Oznacza to jeden „okres półtrwania” u-235, który jest czasem zmiany połowy jąder z macierzystego U-235 na córkę Pb-207.

rozpoczyna się nowy dwuminutowy interwał., W tym czasie drużyna powinna oddać ponad połowę U-235, która pozostała po pierwszej przerwie. Kontynuować w sumie od 4 do 5 interwałów czasowych.

jednak każda drużyna powinna przestać przewracać elementy w czasie zaznaczonym na kartkach czasowych. Oznacza to, że każda drużyna powinna zatrzymać się zgodnie z ich papierem czasowym na koniec pierwszego interwału czasowego (2 minuty) lub na końcu drugiego interwału czasowego (4 minuty) i tak dalej. Po wszystkich interwałach czasowych zespoły powinny wymieniać się miejscami zgodnie z instrukcjami nauczyciela., Zadaniem każdej drużyny jest określenie, ile interwałów czasowych (czyli ile pół życia) doświadczył zestaw elementów, na które patrzą.

okres półtrwania U-235 wynosi 704 miliony lat. Zarówno zespół, który przewrócił zestaw elementów, jak i drugi zespół, który zbadał zestaw, powinien określić, ile milionów lat reprezentuje proporcja U-235 i Pb-207 obecnych, porównać notatki i targować się o wszelkie różnice, które dostali., (Racja, każda drużyna musi określić liczbę milionów lat reprezentowaną przez zestaw, który sama przewróciła, PLUS liczbę milionów lat reprezentowaną przez zestaw, który przewróciła inna drużyna.)

część 3: umieszczanie dat na skałach i skamieniałościach

na diagramie blokowym (ryc. 1) na początku tego ćwiczenia stosunek atomów U-235:PB-207 w pegmatytach wynosi 1: 1, a ich stosunek w granicie 1:3. Używając tego samego rozumowania o proporcjach, co w części 2B powyżej, uczniowie mogą określić, ile lat ma pegmatyt i granit., Na poniższym schemacie blokowym (ryc. 1) obok nazw skał należy wpisać wiek pegmatytu i granitu.

poprzez wykreślenie okresu półtrwania na skali znanej jako skala logarytmiczna, zakrzywiona linia taka jak dla aktywności m & MTM może zostać wyprostowana, jak widać na wykresie na rysunku 4. To sprawia, że krzywa jest bardziej użyteczna, ponieważ łatwiej jest narysować ją dokładniej. Jest to szczególnie pomocne w przypadku stosunku izotopu macierzystego do izotopu córki, które reprezentują mniej niż jeden okres półtrwania., Dla schematu blokowego (Rysunek 1), jeśli laboratorium geochemiczne stwierdzi, że popiół wulkaniczny znajdujący się w mule ma stosunek u-235:Pb-207 47:3 (94% pierwotnego U-235 pozostaje), oznacza to, że popiół ma 70 milionów lat (patrz rysunek 4). Jeśli stosunek bazaltu wynosi 7: 3 (70% pierwotnego U-235 pozostaje), to bazalt ma 350 milionów lat (ponownie, patrz rysunek 4). Uczniowie powinni wpisać wiek popiołu wulkanicznego obok łupków, mułów i bazaltów na liście poniżej schematu blokowego.,
Return to top

pytania do dyskusji

1) na podstawie dostępnych wieku radiometrycznego można określić możliwy wiek jednostki skalnej, która ma acritarchs i bakterie? O co chodzi? Dlaczego nie możesz dokładnie powiedzieć, jaki jest wiek skały?
2) Czy można określić możliwy wiek jednostki skalnej, w której występują trylobity? O co chodzi? Dlaczego nie możesz dokładnie powiedzieć, jaki jest wiek skały?
3) jaki jest wiek skały zawierającej skamieniałości triceratopsa?, Dlaczego możesz być bardziej precyzyjny o wieku tej skały niż o wieku skały, która ma trylobity i skały, która zawiera acritarchs i bakterie?

uwaga dla nauczycieli: na podstawie relacji przekrojowych ustalono, że pegmatyt jest młodszy od łupka i że łupek jest młodszy od granitu. Dlatego łupek zawierający acritarch i bakterie ma od 704 milionów lat do 1408 milionów lat, ponieważ pegmatyt ma 704 miliony lat, a granit 1408 milionów lat., Sam łupek nie może być datowany radiometrycznie, więc można go wyodrębnić jedynie pomiędzy epokami granitu i pegmatytu.

wapień trylobitowy przecina piaskowiec kwarcowy, który przecina pegmatyt, a bazalt przecina wapień. Dlatego trylobity i Skała, która je zawiera, muszą być młodsze niż 704 miliony lat (wiek pegmatytu) i starsze niż 350 milionów lat (wiek bazaltu). Sam wapień nie może być datowany radiometrycznie, więc może być zapisany tylko pomiędzy epokami granitu i pegmatytu.,

skamieniałości dinozaurów triceratopsa mają około 70 milionów lat, ponieważ znajdują się w łupkach i mułach zawierających popiół wulkaniczny datowany radiometrycznie na 70 milionów lat. Każdy Triceratops znaleziony poniżej popiołu wulkanicznego może być nieco starszy niż 70 milionów lat, a każdy znaleziony powyżej może być nieco młodszy niż 70 milionów lat., Wiek triceratopsa można określić dokładniej niż u acritarchów i bakterii oraz u trylobitów, ponieważ jednostka skalna zawierająca triceratopsa może być datowana radiometrycznie, podczas gdy inne skamieniałości nie mogły.