FRANK K. MCKINNEY

vârsta fosilelor intrigă aproape toată lumea. Elevii nu numai că vor să știe cât de veche este o fosilă, dar vor să știe cum a fost determinată această vârstă. Unele principii foarte simple sunt folosite pentru a determina vârsta fosilelor. Elevii ar trebui să fie capabili să înțeleagă principiile și să le aibă ca fundal, astfel încât determinările de vârstă de către paleontologi și geologi să nu pară magie neagră.

există două tipuri de determinări de vârstă., Geologii de la sfârșitul secolului al XVIII-lea și începutul secolului al XIX-lea au studiat straturile de rocă și fosilele din ele pentru a determina vârsta relativă. William Smith a fost unul dintre cei mai importanți oameni de știință din această perioadă care a ajutat la dezvoltarea cunoștințelor despre succesiunea diferitelor fosile prin studierea distribuției lor prin secvența rocilor sedimentare din sudul Angliei. Nu a fost până bine în secolul 20 că suficiente informații au acumulat cu privire la rata de dezintegrare radioactivă că vârsta de roci și fosile în număr de ani ar putea fi determinată prin vârsta radiometrice datare.,această activitate privind determinarea vârstei rocilor și fosilelor este destinată elevilor de clasa a 8-A sau a 9-a. Se estimează că este nevoie de patru ore de clasă, inclusiv aproximativ o oră totală de instruire ocazională și explicații din partea profesorului și două ore de grup (echipă) și activități individuale de către studenți, plus o oră de discuții între studenți în cadrul grupurilor de lucru.,

explorați acest link pentru informații suplimentare despre subiectele abordate în această lecție:

  • timpul Geologic

scop și obiective

această activitate îi va ajuta pe elevi să înțeleagă mai bine principiile de bază utilizate pentru a determina vârsta rocilor și fosilelor. Această activitate constă din mai multe părți. Obiectivele acestei activități sunt:
1) determinarea vârstei relative a unei zone geologic complexe.
2) să familiarizeze studenții cu conceptul de timp de înjumătățire în dezintegrarea radioactivă.,
3) Pentru elevii care individual fuge din procesele statistice sunt mai puțin previzibile decât media din multe puncte (sau care se execută cu un număr relativ mic implicate sunt mai puțin de încredere decât ruleaza cu mai multe numere).
4) pentru a demonstra modul în care rata de dezintegrare radioactivă și acumularea produsului de dezintegrare rezultat este utilizată în datarea radiometrică a rocilor.
5) să folosească datarea radiometrică și principiile determinării vârstei relative pentru a arăta cum vârstele rocilor și fosilelor pot fi îngustate chiar dacă nu pot fi datate radiometric.,

Return to top

materiale necesare pentru fiecare grup

1) Diagrama bloc (Figura 1).
2) ceașcă mare sau alt recipient în care M & m poate fi agitat.
3) 100 m & m ‘ s
4) hârtie grafică (Figura 2).
5) ceas sau ceas care păstrează timpul până la secunde. (Un singur ceas sau ceas pentru întreaga clasă va face. 6) bucată de hârtie marcat timp și indicând fie 2, 4, 6, 8, sau 10 minute.,
7) 128 cărți mici sau butoane care pot fi tăiate din carton sau hârtie de construcție, de preferință cu o culoare diferită pe părți opuse, fiecare marcate cu „U-235” toate pe o parte colorate și „Pb-207” pe partea opusă, care are unele culori contrastante.,



Reveni la partea de sus

PARTEA 1: DETERMINĂ VÂRSTA RELATIVĂ A ROCILOR

Fiecare echipa de 3 până la 5 elevi ar trebui să discutați împreună cum pentru a determina vârsta relativă de fiecare dintre rock unități în schema bloc (Figura 1). După ce elevii au decis cum să stabilească vârsta relativă a fiecărei unități de rocă, ar trebui să le enumere sub bloc, de la cele mai recente din partea de sus a listei până la cele mai vechi din partea de jos.,

profesorul ar trebui să le spună elevilor că există două principii de bază folosite de geologi pentru a determina succesiunea vârstelor rocilor. Acestea sunt:
principiul suprapunerii: rocile sedimentare mai tinere sunt depuse deasupra rocilor sedimentare mai vechi.
principiul relațiilor transversale: orice caracteristică geologică este mai tânără decât orice altceva pe care îl taie.

partea 2: RADIOMETRIC vârstă-datare

unele elemente au forme (numite izotopi) cu nuclee atomice instabile care auo tendință de schimbare sau degradare., De exemplu, U-235 este un izotop instabiluraniu care are 92 de protoni și 143 de neutroni în nucl eus al fiecărui atom. Prino serie de modificări în nucleu, emite mai multe particule, sfârșind cu 82 de protoni și 125 de neutroni. Aceasta este o condiție stabilă și nu existănu mai multe schimbări în nucleul atomic. Un nucleu cu acest număr de protonise numește plumb (simbolul chimic Pb). Protonii (82) și neutronii (125) total207. Această formă particulară (izotop) de plumb se numește Pb-207. U – 235 este parentisotopul Pb-207, care este izotopul fiicei.,

multe roci conțin cantități mici de izotopi instabili și izotopii fiice în care se descompun. În cazul în care cantitățile de izotopi părinte și fiică pot fi măsurate cu precizie, raportul poate fi utilizat pentru a determina cât de veche este roca, așa cum se arată în următoarele activități.partea 2a activitate – în orice moment există o mică șansă ca fiecare dintre nucleele U-235 să se descompună brusc. Această șansă de degradare este foarte mică, dar este întotdeauna prezentă și nu se schimbă niciodată. Cu alte cuvinte, nucleele nu se „uzează” sau se „obosesc”., Dacă nucleul nu sa descompus încă, există întotdeauna aceeași șansă, ușoară, că se va schimba în viitorul apropiat.nucleele atomice sunt ținute împreună de o atracție între particulele nucleare mari (protoni și neutroni) care este cunoscută sub numele de „forța nucleară puternică”, care trebuie să depășească repulsia electrostatică dintre protonii din nucleu., În general, cu excepția protonului unic care constituie nucleul celui mai abundent izotop al hidrogenului, numărul de neutroni trebuie să fie cel puțin egal cu numărul de protoni dintr-un nucleu atomic, deoarece repulsia electrostatică interzice ambalarea mai densă a protonilor. Dar dacă există prea mulți neutroni, nucleul este potențial instabil și se poate declanșa dezintegrarea. Acest lucru se întâmplă în orice moment când adăugarea „forței nucleare slabe” trecătoare la repulsia electrostatică mereu prezentă depășește energia de legare necesară pentru a ține nucleul împreună.,măsurătorile foarte atente în laboratoare, efectuate pe un număr foarte mare de atomi U-235, au arătat că fiecare dintre atomi are o șansă de 50:50 de descompunere în aproximativ 704.000.000 de ani. Cu alte cuvinte, pe parcursul a 704 milioane de ani, jumătate din atomii U-235 care existau la începutul acelei perioade se vor descompune la Pb-207. Aceasta este cunoscută sub numele de timpul de înjumătățire al U-235. Multe elemente au unii izotopi care sunt instabili, în esență pentru că au prea mulți neutroni pentru a fi echilibrați de numărul de protoni din nucleu. Fiecare dintre acești izotopi instabili are propriul său timp de înjumătățire caracteristic., Unele jumătăți de viață au o lungime de câteva miliarde de ani, iar altele sunt la fel de scurte ca zece mii de secunde.
reveniți la început

un mod gustos pentru studenți de a înțelege despre half life este de a oferi fiecărei echipe 100 de bucăți de „regular” M& M candy. Pe o bucată de hârtie pentru notebook, fiecare piesă trebuie așezată cu M imprimat în jos. Aceasta reprezintă izotopul părinte., Bomboanele trebuie turnate într-un recipient suficient de mare pentru ca acestea să sară liber, trebuie să fie bine agitate, apoi turnate înapoi pe hârtie, astfel încât să fie întinse în loc să facă o grămadă. Această primă dată de agitare reprezintă un timp de înjumătățire, și toate acele bucăți de bomboane care au imprimat M cu fața în sus reprezintă o schimbare a izotopului fiica. Echipa ar trebui să ridice și să pună deoparte numai acele bucăți de bomboane care au m cu fața în sus. Apoi, numărați numărul de bucăți de bomboane rămase cu M orientat în jos., Acestea sunt izotopul părinte care nu s-a schimbat în timpul primei jumătăți de viață.profesorul trebuie să aibă fiecare echipă să raporteze câte bucăți de izotop părinte rămân, iar primul rând al tabelului de dezintegrare (Figura 2) trebuie completat și numărul mediu calculat. Aceeași procedură de agitare, numărarea „supraviețuitorilor” și completarea rândului următor pe masa de decădere ar trebui să se facă de șapte sau opt ori. De fiecare dată reprezintă un timp de înjumătățire.după ce sunt colectate rezultatele „timpului de înjumătățire” final al M &m, bomboanele nu mai sunt necesare.,fiecare echipă ar trebui să traseze pe un grafic (Figura 3) Numărul de bucăți de bomboane rămase după fiecare dintre „shake-urile” lor și să conecteze fiecare punct succesiv de pe grafic cu o linie ușoară. Pe același grafic, fiecare echipă ar trebui să traseze valorile medii pentru clasa în ansamblu și să o conecteze printr-o linie mai grea. Și, pe același grafic, fiecare grup ar trebui să traseze puncte în care, după fiecare „agitare”, numărul de pornire este împărțit la exact două și conectați aceste puncte printr-o linie colorată diferit. (Această linie începe la 100; următorul punct este 100/ 2 sau 50; următorul punct este 50/2 sau 25; și așa mai departe.,)

după ce graficele sunt reprezentate grafic, profesorul ar trebui să ghideze clasa în gândire despre:
1) De ce nu fiecare grup obține aceleași rezultate?
2) care urmează mai bine linia calculată matematic? Este rezultatele grupului unic, sau este linia bazată pe media de clasă? De ce?
3) elevii au avut un timp mai ușor de ghicit (prezicerea) rezultatelor atunci când au existat o mulțime de bucăți de bomboane în ceașcă sau când au fost foarte puține? De ce?U-235 se găsește în majoritatea rocilor igneous., Cu excepția cazului în care roca este încălzită la o temperatură foarte ridicată, atât U-235, cât și fiica sa Pb-207 rămân în stâncă. Un geolog poate compara proporția atomilor U-235 Cu Pb-207 produși din acesta și poate determina vârsta rocii. Următoarea parte a acestui exercițiu arată cum se face acest lucru.
reveniți sus

partea 2b activitate-fiecare echipă primește 128 de piese plate, cu U-235 scris pe o parte și Pb-207 scris pe cealaltă parte. Fiecare echipă primește o bucată de hârtie marcată timp, pe care este scris fie 2, 4, 6, 8, sau 10 minute.,echipa ar trebui să plaseze fiecare piesă marcată astfel încât” U-235 ” să fie afișat. Acesta reprezintă uraniul-235, care emite o serie de particule din nucleu în timp ce se descompune la plumb-207 (Pb-207). Când fiecare echipă este pregătită cu cele 128 de piese care arată „U-235”, ar trebui să înceapă un interval de două minute cronometrat. În acest timp, fiecare echipă transformă peste jumătate din piesele U-235, astfel încât acestea să arate acum Pb-207. Aceasta reprezintă un „timp de înjumătățire” al U-235, care este timpul ca jumătate din nuclee să se schimbe de la părintele U-235 la fiica Pb-207.începe un nou interval de două minute., În acest timp, echipa ar trebui să predea jumătate din U-235 care a rămas după primul INTERVAL de timp. Continuați printr-un total de 4 până la 5 intervale temporizate.cu toate acestea, fiecare echipă ar trebui să nu mai întoarcă piesele la momentul marcat pe hârtiile lor de timp. Adică, fiecare echipă ar trebui să se oprească în funcție de hârtia lor de timp la sfârșitul primului interval temporizat (2 minute) sau la sfârșitul celui de-al doilea interval temporizat (4 minute) și așa mai departe. După ce au avut loc toate intervalele cronometrate, echipele ar trebui să facă schimb de locuri între ele, conform instrucțiunilor profesorului., Sarcina acum pentru fiecare echipă este de a determina câte intervale temporizate (adică câte timpi de înjumătățire) a experimentat setul de piese la care se uită.timpul de înjumătățire al U-235 este de 704 milioane de ani. Ambele echipa care a predat un set de piese și cea de-a doua echipa care a examinat setul ar trebui să determine cât de multe milioane de ani sunt reprezentate de procentul de U-235 și Pb-207 prezent, compara note, și se certa cu privire la orice diferențe care au ajuns., (Corect, fiecare echipă trebuie să determine numărul de milioane de ani reprezentați de setul pe care ei înșiși l-au predat, PLUS numărul de milioane de ani reprezentați de setul pe care o altă echipă l-a predat.partea 3: punerea datelor pe roci și fosilepentru diagrama bloc (Figura 1) la începutul acestui exercițiu, raportul dintre atomii U-235:Pb-207 din pegmatit este 1:1, iar raportul lor în granit este 1:3. Folosind același raționament despre proporții ca în partea 2b de mai sus, elevii pot determina cât de vechi sunt pegmatitul și granitul., Acestea ar trebui să scrie vârstele pegmatit și granit alături de numele rocilor din lista de mai jos diagrama bloc (Figura 1).

Prin trasarea jumătate de viață pe un tip de scară cunoscut ca o scară logaritmică, curbat linie de genul asta pentru M & MTM activitate poate fi indreptat, după cum puteți vedea în graficul din Figura 4. Acest lucru face ca curba să fie mai utilă, deoarece este mai ușor să o complotați mai precis. Acest lucru este util în special pentru raporturile dintre izotopul părinte și izotopul fiică care reprezintă mai puțin de un timp de înjumătățire., Pentru diagrama bloc( Figura 1), dacă un laborator geochimic stabilește că cenușa vulcanică care se află în siltstone are un raport de U-235:Pb-207 de 47:3 (94% din U-235 original rămâne), aceasta înseamnă că cenușa are 70 de milioane de ani (vezi Figura 4). Dacă raportul din bazalt este de 7: 3 (70% din U-235 original rămâne), atunci bazaltul are 350 de milioane de ani (din nou, vezi Figura 4). Elevii ar trebui să scrie vârsta de cenușă vulcanică lângă șisturi, siltstone și bazalt pe lista de mai jos diagrama bloc.,
Reveni la partea de sus

ÎNTREBĂRI PENTRU DISCUȚII

1), în funcție de vârstele radiometrice, puteți determina posibil vârstă de rock unitatea care a acritarchs și bacterii? Ce este? De ce nu poți spune exact care este vârsta stâncii?
2) puteți determina vârsta posibilă a unității de rocă care are trilobiți? Ce este? De ce nu poți spune exact care este vârsta stâncii?
3) care este vârsta rocii care conține fosilele Triceratops?, De ce poți fi mai precis despre vârsta acestei roci decât ai putea despre vârstele stâncii care are trilobiții și stânca care conține acritarhi și bacterii?

notă pentru profesori: pe baza relațiilor transversale, sa stabilit că pegmatitul este mai tânăr decât ardezia și că ardezia este mai tânără decât granitul. Prin urmare, ardezie, care conține acritarch și bacterii este între 704 milioane de ani și 1408 de milioane de ani, pentru că pegmatite este de 704 milioane de ani și granit este 1408 de milioane de ani., Ardezia în sine nu poate fi datat radiometric, astfel încât poate fi doar între între vârstele de granit și pegmatit.

calcarul trilobit se suprapune peste gresia de cuarț, care taie în cruce pegmatitul, iar bazaltul taie prin calcar. Prin urmare, trilobiții și roca care le conține trebuie să fie mai mici de 704 milioane de ani (vârsta pegmatitei) și mai vechi de 350 de milioane de ani (vârsta bazaltului). Calcarul în sine nu poate fi datat radiometric, deci poate fi doar între vârstele granitului și pegmatitului.,fosilele dinozaurilor Triceratops au o vechime de aproximativ 70 de milioane de ani, deoarece se găsesc în șisturi și siltstone care conțin cenușă vulcanică datată radiometric la 70 de milioane de ani. Orice Triceratops găsit sub cenușa vulcanică poate fi puțin mai vechi de 70 de milioane de ani, iar orice găsit mai sus poate fi puțin mai mic de 70 de milioane de ani., La vârsta de Triceratops poate fi determinat mai îndeaproape decât cea a acritarchs și bacterii și trilobiții pentru că rock unitate care conține Triceratops în sine poate fi din punct de vedere radiometric datat, pe când în alte fosile nu au putut.