Uran-bly-metoden

Som eksempel på hvordan radioaktive processer kan anvendes til aldersbestemmelse vil vi betragte den første metode man opfandt. Den er baseret på at grundstoffet uran spontant henfalder til grundstoffet bly. Radioaktive henfaldsprocesser forløber i nøje overensstemmelse med en lov om statistisk sandsynlighed. Mængden af uran der henfalder pr. tidsenhed er altid proportional med den tilbageværende mængde. Dette kan illustreres grafisk ved en kurve som den på side 19, der viser hvor meget uran der er tilbage på et givet tidspunkt. Den tid det tager før halvdelen af en vis mængde radioaktivt stof er omdannet, kaldes halveringstiden. Efter endnu en periode af tilsvarende længde vil den oprindelige mængde være reduceret til en fjerdedel. Efter tre halveringstider vil der være en ottendedel tilbage, og så videre. Halveringstiden for uran er 4,5 milliarder år.

Da uran omdannes til bly, forøges mængden af bly uophørligt. Den stiplede kurve viser den samlede mængde bly på et givet tidspunkt. Kurven for bly modsvarer kurven for uran, således at det samlede antal blyatomer og uranatomer altid er det samme — svarende til det antal der var i begyndelsen.

Lad os nu forestille os at vi har et klippestykke der indeholder uran men intet bly, og at vi forsegler det så intet kan slippe ind i eller ud af klippestykket. Efter nogen tid bryder vi forseglingen og måler mængden af begge grundstoffer. Vi kan nu bestemme hvor længe klippestykket har været forseglet. Hvis vi for eksempel finder lige mængder bly og uran, ved vi at der er forløbet én halveringstid, det vil sige 4,5 milliarder år. Hvis det viser sig at kun 1 procent af den samlede uranmængde er omdannet til bly, kan vi ved hjælp af den matematiske ligning for kurven beregne at der må være gået 65 millioner år.

Læg mærke til at vi ikke behøver at vide hvor meget uran klippestykket indeholdt fra begyndelsen. Vi behøver blot at bestemme forholdet mellem uran og bly — hvilket er meget bekvemt da ingen af os tænkte på at foretage målinger ved eksperimentets begyndelse.

Nu tænker du måske at det er ufatteligt lange tidsperioder vi taler om — millioner og milliarder af år. Til hvad nytte er en proces som tidsmåler når den forløber så langsomt? Jo, den fortæller os blandt andet at jordkloden er nogle få milliarder år gammel, og at der nogle steder findes klippestykker som tilsyneladende er næsten lige så gamle. En sådan tidsmåler er derfor meget anvendelig for geologerne i deres studium af jordens historie.

Hvor pålidelige er de?

Vi må indrømme at denne dateringsmetode ikke er helt så simpel som vi har beskrevet den. Vi antog at klippestykket ikke indeholdt bly ved forsøgets begyndelse. Men sådan forholder det sig almindeligvis ikke med prøver fra naturen; de har fra begyndelsen et vist indhold af bly, hvilket giver dem en såkaldt indbygget alder der ikke kan bestemmes. Vi forudsatte også at klippestykket var tæt forseglet, sådan at ingen stoffer kunne slippe ind eller ud. Lignende forhold kan forekomme i naturen, men gør det ikke altid. Over lange tidsperioder kan en del bly eller uran være blevet udvasket i grundvandet. Eller der kan være trængt uran eller bly ind, navnlig hvis det drejer sig om sedimentære bjergarter. Af denne grund fungerer uran-bly-processen bedst som tidsmåler i vulkanske bjergarter.

Aldersbestemmelsen kompliceres yderligere ved at prøven kan indeholde et andet grundstof, thorium, der også er radioaktivt og langsomt henfalder til bly. Dertil kommer at uran består af to isotoper der henfalder til bly. De er kemisk identiske men har forskellig atomvægt og halveringstid. Hvert af disse stoffer omdannes til forskellige blyisotoper. Derfor har vi ikke alene brug for en kemiker med sine reagensglas men også for en fysiker der med specialudstyr kan adskille de forskellige blyisotoper efter deres masse.

Uden at gå i detaljer med disse problemer kan vi se at når geologerne anvender uran-bly-processen som tidsmåler må de være på vagt over for en række faldgruber hvis de skal nå frem til et rimelig troværdigt resultat. Forskerne benytter sig derfor af andre metoder til radiometrisk aldersbestemmelse for at efterprøve deres målinger. Man har udviklet to metoder der ofte kan anvendes på den samme prøve.

[Grafisk fremstilling på side 19]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Mængden af uran aftager i samme grad som mængden af bly tiltager

100%

50%

25%

12,5%

Halveringstider 1 — 2 — 3

bly (argon)

uran (kalium)

[Diagram på side 18]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Uran

Bly

Hvor meget uran (eller bly) indeholdt dette klippestykke i begyndelsen?

Hvor meget uran (eller bly) er senere blevet optaget i klippestykket?

Hvor meget bly stammer fra henfald af thorium?