FRANK K. MCKINNEY

a idade dos fósseis intriga quase todos. Os alunos não só querem saber a idade de um fóssil, mas querem saber como essa idade foi determinada. Alguns princípios muito simples são usados para determinar a idade dos fósseis. Os alunos devem ser capazes de entender os princípios e ter isso como um fundo para que as determinações de idade por paleontólogos e geólogos não parecem magia negra.existem dois tipos de determinações etárias., Geólogos no final do século XVIII e início do século XIX estudaram camadas rochosas e os fósseis para determinar a idade relativa. William Smith foi um dos cientistas mais importantes desta época que ajudou a desenvolver o conhecimento da sucessão de diferentes fósseis, estudando a sua distribuição através da sequência de rochas sedimentares no sul da Inglaterra. Só no século XX se acumularam informações suficientes sobre a taxa de decaimento radioativo que a idade das rochas e fósseis em número de anos poderia ser determinada através da datação por idade radiométrica.,

esta actividade na determinação da Idade das rochas e fósseis destina-se a estudantes do 8º ou 9º ano. Estima-se que requeira quatro horas de tempo de aula, incluindo aproximadamente uma hora total de instrução ocasional e explicação do professor e duas horas de grupo (equipe) e atividades individuais dos alunos, mais uma hora de discussão entre os alunos dentro dos grupos de trabalho.,

Explorar este link para obter informações adicionais sobre os tópicos abordados nesta aula:

  • Tempo Geológico

FINALIDADE E OBJETIVOS

Esta atividade irá ajudar a que os alunos tenham uma melhor compreensão dos princípios básicos utilizados para determinar a idade de rochas e fósseis. Esta actividade consiste em várias partes. Objetivos desta atividade são:
1) Ter estudantes determinar a idade relativa de uma área geologicamente complexa.
2) para familiarizar os estudantes com o conceito de semi-vida em decaimento radioativo.,
3) para que os alunos vejam que as séries individuais de processos estatísticos são menos previsíveis do que a média de muitas corridas (ou que correm com números relativamente pequenos envolvidos são menos confiáveis do que as corridas com muitos números).
4) to demonstrate how the rate of radioactive decay and the buildup of the resulting decay product is used in radiometric dating of rocks.
5) To use radiometric dating and the principles of determining relative age to show how ages of rocks and fossils can be estreited even if they cannot be dated radiometrically.,

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MATERIALS REQUIRED FOR EACH GROUP

1) Block diagram (Figure 1).
2) copo grande ou outro recipiente em que M & m’s pode ser agitado.
3) 100 M & m’s
4) Graph paper (Figure 2).
5) relógio ou relógio que mantém o tempo para segundos. (Um único relógio ou relógio para toda a classe serve.)
6) pedaço de papel marcado e indicando 2, 4, 6, 8 ou 10 minutos.,
7) 128 pequenos cartões ou botões que podem ser cortados a partir de papelão ou papel de construção, de preferência com uma cor diferente em lados opostos, cada um marcado com “U-235” todos por um lado colorido e “Pb-207” no lado oposto que tem algumas cores contrastantes.,



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PARTE 1: DETERMINAR a IDADE RELATIVA DAS ROCHAS

Cada grupo de 3 a 5 alunos devem discutir juntos como determinar a idade relativa de cada um dos rock unidades no diagrama de blocos (Figura 1). Depois de os alunos terem decidido como estabelecer a idade relativa de cada unidade rochosa, eles devem listá-los sob o bloco, desde o mais recente no topo da lista até o mais velho no fundo.,o professor deve dizer aos alunos que existem dois princípios básicos usados pelos geólogos para determinar a sequência de idades das rochas. Eles são: Princípio da superposição: rochas sedimentares mais jovens são depositadas em cima de rochas sedimentares mais antigas.princípio das relações transversais: qualquer característica geológica é mais jovem do que qualquer outra coisa que atravessa.

parte 2: datação por idade radiométrica

alguns elementos têm formas (chamadas de isótopos) com núcleos atómicos instáveis que têm tendência a mudar, ou decaimento., Por exemplo, U-235 é um isótopo instável deurânio que tem 92 prótons e 143 nêutrons nos eus nucl de cada átomo. Através de uma série de mudanças dentro do núcleo, ele emite várias partículas, terminando com 82 protões e 125 neutrões. Esta é uma condição estável, e não há mais mudanças no núcleo atômico. Um núcleo com esse número de protões chamado chumbo (símbolo químico Pb). The protons (82) and neutrons (125) total207. Esta forma particular (isótopo) de chumbo é chamada Pb-207. O U-235 é o parentisótopo do Pb-207, que é o isótopo filha.,muitas rochas contêm pequenas quantidades de isótopos instáveis e os isótopos-filha em que se decompõem. Onde as quantidades de isótopos pai e filha podem ser medidas com precisão, a razão pode ser usada para determinar a idade da rocha, Como mostrado nas seguintes atividades.

parte 2a actividade-a qualquer momento há uma pequena possibilidade de que cada um dos núcleos de U-235 se deteriore subitamente. Essa possibilidade de decadência é muito pequena, mas está sempre presente e nunca muda. Em outras palavras, os núcleos não “desgastam” ou ficam “cansados”., Se o núcleo ainda não se deteriorou, há sempre a mesma chance, pequena chance de que ele vai mudar no futuro próximo.os núcleos atômicos são mantidos juntos por uma atração entre as grandes partículas nucleares (prótons e nêutrons) que é conhecida como a “força nuclear forte”, que deve exceder a repulsão eletrostática entre os prótons dentro do núcleo., Em geral, com exceção do próton único que constitui o núcleo do isótopo mais abundante do hidrogênio, o número de nêutrons deve pelo menos igualar o número de prótons em um núcleo atômico, porque a repulsão eletrostática proíbe o empacotamento mais denso de prótons. Mas se houver muitos neutrões, o núcleo é potencialmente instável e o decaimento pode ser despoletado. Isto acontece a qualquer momento quando a adição da fugaz “força nuclear fraca” à repulsão electrostática sempre presente excede a energia de ligação necessária para manter o núcleo Unido.,medições muito cuidadosas em laboratórios, feitas em um grande número de átomos de U-235, mostraram que cada um dos átomos tem 50:50 chances de se deteriorar durante cerca de 704.000.000 anos. Em outras palavras, durante 704 milhões de anos, metade dos átomos de U-235 que existiam no início desse tempo irá decair para Pb-207. Isto é conhecido como a semi-vida do U-235. Muitos elementos têm alguns isótopos que são instáveis, essencialmente porque eles têm muitos nêutrons para serem equilibrados pelo número de prótons no núcleo. Cada um destes isótopos instáveis tem a sua própria semi-vida característica., Algumas meias vidas têm vários bilhões de anos, e outras são tão curtas quanto um milésimo de segundo.
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uma maneira saborosa para os alunos entenderem sobre a meia vida é dar a cada equipe 100 peças de “regular” m & m candy. Num pedaço de papel notebook, cada peça deve ser colocada com o m impresso virado para baixo. Isto representa o isótopo pai., O doce deve ser derramado em um recipiente grande o suficiente para que eles saltem livremente, deve ser agitado cuidadosamente, em seguida, vertido de volta para o papel de modo que ele é espalhado em vez de fazer uma pilha. Esta primeira vez de tremer representa uma meia-vida, e todos os pedaços de doces que têm o m impresso virado para cima representam uma mudança para o isótopo filha. A equipe deve pegar e colocar de lado apenas os pedaços de doces que têm o M virado para cima. Em seguida, conte o número de pedaços de doces deixados com o M virado para baixo., Estes são os isótopos-mãe que não se alteraram durante a primeira semi-vida.

o professor deve fazer com que cada equipa relate quantas peças do isótopo pai permanecem, e a primeira linha da tabela de decaimento (Figura 2) deve ser preenchida e o número médio calculado. O mesmo procedimento de agitar, contando os “sobreviventes”, e preencher a próxima linha na mesa de decaimento deve ser feito mais sete ou oito vezes. Cada vez representa meia vida.

Após os resultados da “semivida” final do M& M são coletados, os doces não são mais necessários.,

Cada equipa deve desenhar num gráfico (Figura 3) O número de rebuçados que restam após cada um dos seus “tremores” e ligar cada ponto sucessivo do gráfico com uma linha de luz. No mesmo gráfico cada equipe deve traçar os valores médios para a classe como um todo e conectá-los por uma linha mais pesada. E, no mesmo grafo, cada grupo deve traçar pontos onde, após cada “shake” o número inicial é dividido por exatamente dois e conectar esses pontos por uma linha colorida diferente. (Esta linha começa em 100; o ponto seguinte é 100 / 2, ou 50; o ponto seguinte é 50/2, ou 25; e assim por diante.,)

depois que os gráficos são plotados, o professor deve guiar a classe a pensar sobre:
1) Por que cada grupo não obteve os mesmos resultados?
2) que segue melhor a linha matematicamente calculada? São os resultados do grupo único, ou é a linha baseada na média de classe? Por quê?
3) os alunos tiveram um tempo mais fácil adivinhar (Previsão) os resultados quando havia um monte de pedaços de doces no copo, ou quando havia muito poucos? Por quê?

U-235 é encontrado na maioria das rochas ígneas., A menos que a rocha seja aquecida a uma temperatura muito alta, tanto o U-235 e sua filha Pb-207 permanecem na rocha. Um geólogo pode comparar a proporção de átomos de U-235 a Pb-207 produzidos a partir dele e determinar a idade da Rocha. A próxima parte deste exercício mostra como isso é feito.
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Part 2b Activity-Each team receives 128 flat pieces, with U-235 written on one side and Pb-207 written on the other side. A cada equipe é dado um pedaço de papel marcado tempo, em que é escrito 2, 4, 6, 8 ou 10 minutos.,

a equipe deve colocar cada peça marcada para que” U-235 ” seja mostrado. Isto representa urânio-235, que emite uma série de partículas do núcleo à medida que decai para Chumbo-207 (Pb-207). Quando cada equipe está pronta com as 128 peças todas mostrando “U-235”, um intervalo de dois minutos cronometrado deve começar. Durante esse tempo, cada equipe vira mais de metade das peças do U-235 para que eles agora mostrem Pb-207. Isto representa uma “meia-vida” de U-235, que é o tempo para metade dos núcleos mudar do U-235 pai para a filha Pb-207.inicia-se um novo intervalo de dois minutos., Durante este tempo a equipe deve virar a metade do U-235 que foi deixado após o primeiro intervalo de tempo. Continue através de um total de 4 a 5 intervalos cronometrados.

no entanto, cada equipa deve parar de virar peças na altura marcada nos seus horários. Ou seja, cada equipe deve parar de acordo com seu papel de tempo no final do primeiro intervalo de tempo (2 minutos), ou no final do segundo intervalo de tempo (4 minutos), e assim por diante. Depois de todos os intervalos cronometrados terem ocorrido, as equipes devem trocar de lugar umas com as outras, conforme instruído pelo professor., A tarefa agora para cada equipe é determinar quantos intervalos cronometrados (ou seja, quantas meias vidas) o conjunto de peças que eles estão olhando tem experimentado.

a semi-vida de U-235 é de 704 milhões de anos. Tanto a equipe que virou um conjunto de peças e a segunda equipe que examinou o conjunto deve determinar quantos milhões de anos são representados pela proporção de U-235 e Pb-207 presente, comparar as notas, e pechinchar sobre as diferenças que eles tem., (Direito, cada equipe deve determinar o número de milhões de anos, representados pelo conjunto de que eles próprios se virou, MAIS o número de milhões de anos, representados pelo conjunto que outra equipe voltou mais.)

PART 3: PUTTING DATES ON ROCKS and FOSSILS

For the block diagram (Figure 1) at the beginning of this exercise, the ratio of U-235:Pb-207 atoms in the pegmatite is 1:1, and their ratio in the granite is 1:3. Usando o mesmo raciocínio sobre proporções como na parte 2b acima, os alunos podem determinar a idade da pegmatita e do granito., Eles devem escrever as idades da pegmatita e granito ao lado dos nomes das rochas na lista abaixo do diagrama de blocos (Figura 1).ao traçar a semi-vida num tipo de escala conhecido como escala logarítmica, a linha curva como aquela para o m & MTM actividade pode ser endireitada, como pode ver no gráfico da Figura 4. Isso torna a curva mais útil, porque é mais fácil de plotar com mais precisão. Isso é especialmente útil para relações de isótopo pai para isótopo filha que representam menos de uma meia vida., Para o diagrama de blocos (Figura 1), se um laboratório geoquímico determinar que a cinza vulcânica que está na siltstone tem uma razão de U-235:Pb-207 de 47:3 (94% dos restos originais do U-235), isso significa que a cinza tem 70 milhões de anos de idade (ver Figura 4). Se a razão no basalto for 7: 3 (70% do U-235 original permanece), então o basalto tem 350 milhões de anos de idade (novamente, ver Figura 4). Os alunos devem escrever a idade das cinzas vulcânicas ao lado do Xisto, siltstone e basalto na lista abaixo do diagrama de blocos.,
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PERGUNTAS PARA DISCUSSÃO

1) com Base nas idades radiométricas, você pode determinar a possível idade da rocha unidade que tem acritarchs e bactérias? O que é isto? Porque não podes dizer exactamente qual é a idade da pedra?pode determinar a idade possível da unidade rochosa que tem trilobitas? O que é isto? Porque não podes dizer exactamente qual é a idade da pedra?
3) Qual é a idade da rocha que contém os fósseis de Triceratops?, Por que você pode ser mais preciso sobre a idade desta rocha do que você Poderia sobre as idades da rocha que tem os trilobites e a rocha que contém acritarcas e bactérias?Nota para os professores: com base em relações transversais, foi estabelecido que a pegmatita é mais jovem do que a ardósia e que a ardósia é mais jovem do que o granito. Portanto, a ardósia que contém o acritarco e as bactérias tem entre 704 milhões e 1408 milhões de anos, porque a pegmatita tem 704 milhões de anos e o granito tem 1408 milhões de anos., A ardósia em si não pode ser radiometricamente datada, por isso só pode ser colocada entre as idades do granito e da pegmatita.o calcário que suporta as trilobites sobrepõe-se ao arenito de quartzo, que corta a pegmatita e o basalto corta o calcário. Portanto, os trilobitas e a rocha que os contém devem ter menos de 704 milhões de anos (a idade da pegmatita) e mais de 350 milhões de anos (a idade do basalto). O calcário em si não pode ser datado radiometricamente, por isso só pode ser bracketed entre as idades do granito e da pegmatita.,

os fósseis de dinossauros Triceratops têm aproximadamente 70 milhões de anos de idade, porque são encontrados em xisto e siltstone que contêm cinzas vulcânicas radiometricamente datadas de 70 milhões de anos. Qualquer Tricerátopo encontrado abaixo das cinzas vulcânicas pode ser um pouco mais de 70 milhões de anos, e qualquer encontrado acima pode ser um pouco mais jovem do que 70 milhões de anos., A idade do Tricerátopo pode ser determinada mais de perto do que a dos acritarcas e bactérias e a dos trilobitas porque a unidade de rocha que contém o Tricerátopo pode ser radiometricamente datado, enquanto que a dos outros fósseis não poderia.