سرفصل های درس ژئوکروئولوژی

نام بسته : ژئوکروئولوژی

—————————————————————-

فهرست 

مقدمه وتعاریف

اتم و ویژگی‌های آن

اجزای تشکیل‌دهنده‌ی اتم

ایزوتوپ‌های اتم‌ها

روش‌های تلاشی اتم‌ها

ساعت های زمین‌شناسی

مفاهیم ضروری

روشها و خطاهای سن سنجی

تعیین سن نسبی

جهت میدان مغناطیسی در سنگهای مختلف

روشهای تعیین سن مطلق

روشهای گوناگون سن سنجی زمین شناسی

نمونه برداری و خطاهای زمین شناسی در آزمایشات ایزوتوپی

روشهای تشخیص دادن خطاهای وابسته به زمین شناسی

ابزارهای اندازه‌گیری ایزوتوپ‌ها

روش طیف نگار جرمی

طیف نگار جرمی نوع GC-MS

طیف نگار جرمی یونی

اسپایک

روش گروه ایزوتوپی U-PB

مبانی ایزوتوپی گروه U-PB

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

رو‌ش‌های فرعی گروه ایزوتوپی U-PB

تفسیر داده‌های ایزوتوپ‌های گروه اورانیوم

تفسیر داده‌های حاصل از تجزیه کل سنگ

روش گروه ایزوتوپی Rb-Sr

مبانی ایزوتوپی  RB-SR

نمونه‌برداری: آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ‌های گروه استرانسیم ـ روبیدیم

گروه ایزوتوپی K-AR

روش‌های فرعی گروه ایزوتوپی K-AR        

تفسیر داده‌‌های ایزوتوپ‌های گروه پتاسیم ـ آرگون

گروه ایزوتوپی SM-ND

مبانی ایزوتوپی SM-ND

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ‌های SM-ND

گروه ایزوتوپی RE-OS     

مبانی ایزوتوپی RE-OS     

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ‌های RE-OS   

روش ایزوتوپی LU-HF 

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ‌های Lu-Hf

ایزوتوپ‌های پایدار

روش ایزوتوپی C    

مبانی ایزوتوپی C   

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ کربن

روش ایزوتوپی S   

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ گوگرد

مبانی ایزوتوپی O  

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ اکسیژن

روش ایزوتوپی H

مبنای ایزوتوپی H

نمونه‌برداری، آماده‌سازی و تجزیه نمونه‌ها

تفسیر داده‌های ایزوتوپ هیدروژن

مرور و جمع بندی

نکات کلیدی

آزمون خودسنجی

منابع و مآخذ

بخش هایی از بسته درسی ژئوکوئولوژی

مقدمه وتعاریف

ایزوبار: نوکلوئیدهایی که عدد جرمی (تعداد کل نوترون و پروتون) یکسانی دارند، اما اعداد اتمی آنها متفاوت است ایزوبار نامیده می­شوند. مثل کربن-12 و بور-12

ایزومر: نوکلوئیدهایی که می­توانند ترکیب یکسانی داشته باشند اما انرژی آنها در حال تغییر است، ایزومر نامیده می­شوند. مثل تکنسیم-99. نشانه یک نوکلوئید در حالت نیمه پایدار، اضافه کردن حرف m به عدد جرمی است. Tc-99m.

ایزوتون: هسته­هایی که تعداد نوترون مشابهی دارند ایزوتون نامیده می­شوند. مثل کربن-12 و بور-13.که هر دو 7 نوترون دارند.

شکافت هسته­ای(n,f) :شکافت عبارت است از شکسته شدن یک هسته سنگین به دو پاره با جرم تقریباً مساوی. هنگامی که هدفی از عناصر سنگین در قلب راکتور قرار می گیرد، هسته های سنگین نوترونهای گرمائی را جذب نموده و شکافته می شوند. عناصر سنگین قابل شکافت ²³⁵U، ²³⁹Pu، ²³⁷Np، ²³³U، ²³²Th و بسیاری دیگر با اعداد اتمی بزرگتر از 90 هستند. شکافت عناصر سنگین همچنین ممکن است در سیکلوترونی بوسیله پرتودهی با ذرات باردار القاء گردد، ولی احتمال شکافت بستگی به نوع و انرژی ذره پرتابه دارد.

نوکلوئیدهای تولید شده بوسیله شکافت ممکن است با اعداد اتمی تقریباً 28 تا نزدیک 65 باشد. این ایزوتوپها عناصر گوناگون بوسیله روشهای شیمیائی مناسب که مستلزم ته نشینی، استخراج با حلال، تبادل یونی، کروماتوگرافی و تقطیر است جداسازی شوند. از آنجا که رفتار شیمیائی ایزوتوپهای عناصر متعدد گوناگون مشابه هستند، غالباً آلودگی مسئله مهمی در جداسازی رادیونوکلئید ویژه ای بود و لذا روشهای دقیق از خالص سازی برای جدا کردن آلودگی ها لازم است. محصولات شکافت معمولاً غنی از نوترون هستند.

ثابت واپاشی: در واپاشی هسته­ای میزان واپاشی با مقدارماده پرتوزا رابطه­ای دارد که  از رابطه زیر به دست می­آید:

 ضریب تناسب که ارزشی مثبت داشته و ثابت واپاشی نامیده می­شود و واحد آن واحد معکوس زمان است.=?

کمیت ماده پرتوزا=N

رابطه بین ثابت واپاشی و نیمه عمر و عمر میانگین:

سن رادیومتری: سنهای محاسبه شده از طریق فراوانیهای ایزوتوپهای رادیوژنتیک را غالباٌ سن رادیومتری گویند.

نیمه عمر:یکی از مهمترین کمیتهای مشخصهموادرادیواکتیو، نیم عمر آنها می‌باشد؛ یعنی مدت ‏زمانی که در طی آن ، نصف ماده اولیه تجزیه می‌شود. تحقیقات انجام شده نشان ‏می‌دهد که از 1000000 اتمپلوتونیوم 218موجود در یک نمونه تازه تهیه شده ماده ‏رادیواکتیو ، پس از 20 دقیقه فقط حدود 10000 اتم پلوتونیوم باقی می‌ماندو بقیه به ‏اتم‌هایسرب 214و محصولات نوزاد آنمبدل می‌شوند.

محاسبه نیمه عمر:نیمه عمر را نباید به عنوان ‏علامت اختصاری برای “نصف یکعمر” تصور کرد. اگر نصف اتمهای اصلی پس از زمان ‏T^½‎‏ بدون تغییر باقی بماند، پس از دو فاصله زمانی نیم عمر متوالی ‏T^½‎‏ ، یک چهارم ‏‏(‏‎½‎‏×‏‎ ½‎‏) ، و پس از‏T ^½‎‏3 ، یک هشتم اتمها و همچنین تا آخر باقی خواهد ماند.‏

نکته مهم: قابل توجه اینست که درجه حرارت و فشار و عوامل شیمیایی هیچگونه تاثیریروی میزان صدور اشعه رادیو اکتیو توسط اجسام ندارند و این پارامترها روشن می‌سازدکه خاصیت رادیو اکتیو فقط مربوط به تغییراتهستهدرون اتم می‌باشد.

تشعشع صادره از یک قطعه رادیوم در کلیه جهات به خط مستقیم صورت می‌گیرد. سرب، می‌تواند جاذبخوبی برای این پرتوهاباشد، از این رو هر گاه در ته یک محفظه سربی که سوراخی دربالای آن تعبیه شده باشد، یک قطعه رادیوم گذاشته شود، اشعه گذرنده از سوراخ بر رویصفحه حساس عکاسی که در کاغذ سیاه پیچیده شده و مقابل سوراخ قراردارد، به اندازه لکهکوچکی اثر می‌گذارد و اشعه صادره در سایر جهات توسط سرب متوقف خواهد شد.

نکته مهم: سن سنگ ها و کانی ها را می توان با اندازه گیریمجموعه مواد تخریب شده رادیواکتیو در آنها تعیین کرد .این روش که در بسیاریاز شاخه های علوم زمین شناسی اهمیت دارد بر اساس تجزیه رادیواکتیو برخی از عناصررادیواکتیویته با نیمه عمر طولانی استوار است که تقریبا می توان آنها را در همه یمراحل سنجش زمان زمین شناسی ( تقریبا تا ۶/۴ میلیارد سال) به کار گرفت. نکته ای کهباید در استفاده از این روش در نظر داشت ، ثابت بودن سرعت تجزیه ی مواد رادیواکتیودر طول زمان است، زیرا این روش بر این اصل استوار است و نیز تعیین سن مطلق معمولابا خطایی بین ۲ تا ۵ در صد عمر واقعی همراه است . به عنوان مثال سن یک سنگ حدود ۴۰±۱۲۰۰سال تخمین زده می شود.

اتم و ویژگی‌های آن

اجزای تشکیل‌دهنده‌ی اتم

اصولا سنگ‌ها از کانی‌ها، کانی‌ها از ترکیبات شیمیایی متفاوت و آن‌ها نیز از عناصر مختلف تشکیل شده‌اند. کوچک‌ترین جزء هر عنصر نیز اتم است. هر اتم از سه جزء الکترون، (e) پروتون (P) و نوترون (N) تشکیل شده است. نحوه‌ی قرارگیری متفاوت این اجزای اتمی باعث شده که این همه تنوع در عالم خلقت داشته باشیم.

پروتون و نوترون ذرات تشکیل‌دهنده‌ی هسته‌ی اتم هستند و الکترون‌ها در اطراف هسته‌ی اتم‌ها قرار دارند. پروتون دارای بار الکتریکی مثبت، نوترون فاقد بار و الکترون دارای بار الکتریکی منفی است. این اجزا خود از اجزای ریزتری به نام کوارک تشکیل شده‌اند.

پس جرم اتم در واقع همان جرم پروتون و نوترون است. البته امروزه اجزای دیگری نیز برای هسته شناسایی شده‌اند که مهم‌ترین آن‌ها ذرات نوترینو (v) است. این ذرات فاقد بار الکتریکی‌اند و جرمی معادل صفر دارند.

وزن یا جرم اتمی هر عنصر را با حرف A نشان می‌دهند که در واقع حاصل جمع تعداد پروتون و نوترون است. عدد اتمی یا تعداد پروتون‌های یک اتم را با حرف z نشان می‌دهند. تعداد نوترون‌ها را هم با حرف N نشان می‌دهند.

هسته‌ی اتم‌های عناصر می‌توانند پایدار نا ناپایدار باشند. اتم‌های پایدار، پروتون و نوترون زوج و منظم دارند، غیر قابل تمدید هستند و به صورت پایدار باقی می‌مانند. اتم‌های ناپایدار پروتون و نوترون فرد و نامنظم دارند و در طی یک زمان معینی متلاشی شده وبه هسته‌ی اتم‌های پایدار دیگر تبدیل می‌شوند. این اتم‌ها را هسته‌های رادیواکتیو یا رادیو نوکلوئید می‌گویند، زیرا به هنگام تلاشی و تبدیل از خود اشعه‌‌های رادیو اکتیو، ساطع می‌کنند.

اتم‌های ناپایدار را می‌توان به چهار گروه طبقه‌بندی کرد:

• اتم‌های عناصری نظیر که میزان واپاشی آن‌ها کند است.
• اتم‌هایی که در اثر واپاشی عناصر مادر رادیواکتیو دیرپا نظیر تولید می‌شوند.
• اتم‌های عناصری نظیر که از طریق واکنش‌های هسته‌آی که در طبیعت رخ می‌دهند، به وجود می‌آیند.
• اتم‌های عناصر مثل نیتروژن که به صورت مصنوعی تحت تأثیر تلاشی هسته‌ای قرار می‌گیرند.

ایزوتوپ‌های اتم‌ها

انواع مختلف اتم‌های عناصری که حاوی تعداد پروتون یکسان ولی نوترون متفاوت باشند، ایزوتوپ می‌گویند. کلمه ایزوتوپ از ترکیب واژه‌های یونانی (ایزوس) به معنی همان و (توپوس) به معنی مکان مشتق شده است. در چنین اتم‌هایی مقدار پروتون و نوترون حالت تعادلی دارند. هم چنین ایزوتوپ‌های مختلف یک عنصر دارای آرایش الکترونی مشابه ولی جرم هسته‌ای متفاوت هستند که این اختلاف از تفاوت در تعداد نوترون‌های آن‌ها به دست می‌آید. ایزوتوپ هر عنصر در واقع اشکال مختلف همان عنصر است. معمولا ایزوتوپ‌های یک عنصر خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوتی دارند. خواص شیمیایی بیشتر به بار هسته و آرایش الکترون‌های بیرونی آن بستگی دارد و خواص فیزیکی متأثر از جرم آن‌هاست. به این دلیل تفاوت در خواص شیمیایی ایزوتوپ‌ها زیاد نیست. حدود 21 عنصر نظیر تکنتیوم (Tc) و پرومتیوم (Pm) بدون ایزوتوپ هستند، ولی بقیه عناصر دارای حداقل دو یا چند ایزوتوپ هستند. همیشه یک ایزوتوپ فراوانی بیشتری نسبت به بقیه دارد و بین آن‌ها شاخص‌تر است. معمولا در مطالعات ایزوتوپی، این نوع ایزوتوپ را مبنای اندازه‌گیری‌ها قرار می‌دهند.

اتم‌هایی که نوترون یکسان ولی پروتون متفاوت دارند را ایزوتون‌های یک عنصر می‌گویند. در واقع آن‌ها حالتی برعکس ایزوتوپ‌ها دارند. اتم‌هایی که نوترون و پروتون یکسان دارند را ایزومرهای یک عنصر می‌گویند. مثلا دو نوع عنصر برم (Br) وجود دارد که یکی حالت پایدار و دیگری حالت ناپایدار دارد. عناصری که جرم اتمی یکسانی دارند ولی پروتون و نوترون‌های متفاوتی دارند را ایزوبار می‌گویند. اکثر ایزوبارها دارای خاصیت پرتوزا هستند.

وقتی یک فرایند تلاشی هسته‌ای رخم می‌دهد به علت نوترون اضافی، هسته‌ی اتم حالت ناپایدار پیدا می‌کند. بنابر این پروتون با یک دفع الکترواستاتیکی بر نیروی پیوندی غلبه می‌کند. این نیروی پیوندی همان نیروی متعادل کننده رابطه‌ی پروتون و نوترون در هسته است. واکنش هسته‌های اتم برای رسیدن به حالت پایدار با از دست دادن انرژی از طریق ساطع کردن انرژی اضافی هسته‌های ناپایدار به صورت تولید اشعه‌های مختلف است. عناصر پرتوزا در اثر چنین فرآیندی با پرتاب الکترون یا ارتعاش الکترومغناطیسی اشعه‌های آلفا ، بتا  و گاما  تولید می‌کنند. ذرات آلفا در بین آن‌ها از همه بزرگ‌تر هستند و به راحتی انرژی خود را از دست می‌دهند. ذرات بتا به طور نسبی کوچک‌ هستند و به راحتی انرژی خود را از دست نمی‌دهند. اشعه‌ی گاما پس از توقف انتشار اشعه‌های آلفا و بتا شروع به ساطع شدن می‌کند زیا در این زمان انرژی کافی برای تولید آن دو اشعه وجود ندارد. اشعه‌ی گاما تا زمانی که اتم به حالت پایدار برسد، ساطع می‌شود. معمولاً اشعه‌های کیهانی نیز باعث تحریک ذرات اتم می‌شود و آن ها در اثر این تحریک، اشعه‌ی گاما ساطع می‌کنند. اشعه‌ی آلفا  مگا الکترون ولت (Mev) انرژی، بیشترین قدرت و اشعه‌ی گاما با 1-3 مگا الکترون ولت  انرژی، کم‌ترین قدرت را داراست. قدرت نفوذ اشعه‌ی گاما بیشتر از همه است و اتم‌های مورد نفوذ خود را یونیزه می‌کند، به این دلیل، به آن‌ها پرتوهای یونیزه کننده می‌گویند.

روش‌های تلاشی اتم‌ها

اگرچه محصولات دختر عناصر رادیواکتیو، دارای حیات کوتاهی هستند، ولی به طور پیوسته از اتم‌های والد با طول عمر زیاد به وجود می‌آیند. اتم‌های والد رادیواکتیو به طور پیوسته اتم‌های دختر تولید می‌کنند و آن‌ها نیز به ایزوتوپ‌های دیگری تبدیل می‌شوند تا حالت پایدار پیدا کنند. این زنجیره‌ی تلاشی را سری تلاشی می‌گویند. اگرچه هسته‌های پرتوزای شناسایی شده که در سری تلاشی به وجود می‌آیند، حدود 1000 عدد می‌باشند ولی تعداد محدودی از آن‌ها برای تعیین سن سنگ ها و کانی‌ها به کار می‌روند.

اصولا اساس مطالعات ایزوتوپی و تعیین سنگ‌ها و کانی‌ها بر مبنای همین فرآیند تلاشی یک ایزوتوپ پرتوزا ناپایدار به ایزوتوپ پایدار دیگر است. معمولا اتم‌ها به روش‌های متفاوتی تلاشی پیدا می‌کنند که در زیر به شرح آن ها پرداخته می‌شود:

• نگاترون یا بتا: در تلاشی نگاترون، اتم یک پروتون می‌گیرد و یک نوترون از دست می‌دهد که آن‌ها را می‌توان به صورت مثال زیر نشان داد:
• پوزیترون: در تلاشی پوزیترون، اتم یک نوترون می‌گیرد و یک پروتون از دست می‌دهد.

 که آن‌ها را می‌توان به صورت مثال زیر نشان داد:

• جذب الکترون: تلاشی جذب الکترون، مثل تلاشی روش پوزیترون است با این تفاوت که یک الکترون از بیرون هسته جذب و با یک پروتون داخل هسته واکنش نشان می‌دهد. اصولا الکترون‌های پوسته‌ی خارجی هسته شامل مدارهای K,L,M و N‌ می‌باشند که معمولا الکترون از نزدیک ترین مدار یعنی مدار K وارد واکنش با پروتون هسته می‌شود. تبدیل عنصر ید به تلوریوم مثالی از این نوع است.
• تجزیه شاخه‌ای: برخی ایزومرها در جدول ایزوتوپی کنار هم هستند ولی دارای انرژی پیوندی متفاوت‌اند. این تفاوت انرژی پیوندی، باعث بروز تشعشع اشعه‌ی گاما می‌شود. این پدیده نیز موجب می‌شود تا عناصر مجاور هم تجزیه شوند . در این فرآیند تجزیه، هم پدیده نگاترون و هم پدیده پوزیترون رخ می‌دهد. تبدیل عنصر پتاسیم به کلسیم و آرگون مثالی از این نوع است. در تبدیل پتاسیم به آرگون پدیده‌ی پوزیترون با گرفتن الکترون و در تبدیل به کلسیم فرآیند نگاترون با گرفتن پروتون رخ می‌دهد.
• تجزیه آلفا : پدیده‌ی تجزیه آلفا برای اتم‌هایی رخ می‌دهد که عدد اتمی آن‌ها بیش از 58 باشد. البته در این فرض عناصر  مستثنی هستند. در این نوع تجزیه، انتشار ذره‌ی آلفا از یک هسته باعث کاهش 2 پروتون و 2 نوترون می‌شود. (یعنی جرم اتمی عنصر 4 عدد کاهش می‌یابد)
• فیزیون: پدیده فیزیون در عناصری دیده می‌شود که عدد اتمی آن‌ها بیش از 100 باشد و واکنش‌ها به صورت زنجیره‌ای رخ می‌دهد تا یک عنصر ناپایدار به یک عنصر پایدار تبدیل شود. برخلاف پدیده‌های فوق که در آن ها اجزای داخل هسته اضافه یا کاهش می‌یافتند، در پدیده‌ی فیزیون، هسته به دو قسمت تقسیم می‌شود. این زنجیره‌ی نصف شدن آن قدر ادامه می‌یابد تا ماده تمام شود یا عنصر به حالت پایدار درآید.

ساعت های زمین‌شناسی

اتم‌های یک عنصر ناپایدار (والد یا مادر) در طی زمان معینی و با تبعیت از یک نسبت خاص و مستقل از دما، فشار یا ترکیب شیمیایی به اتم های یک عنصر پایدار (مولود یا دختر) تبدیل می‌شوند. از این فرآیند می‌توان به عنوان یک ساعت برای اندازه‌گیری سن واحدهای زمین‌شناسی استفاده کرد. مدت زمانی که طول می‌کشد تا یک عنصر ناپایدار به یک عنصر پایدار تبدیل شود را نیمه‌ی عمر یا عمر متوسط گویند.

هنگامی که یک ایزوتوپ پرتوزا درون یک بلور در حال رشد به دام بیافتد و اتم‌های آن با آهنگی ثابت به اتم های عناصر دختر تبدیل می‌شوند. بنابراین نسبت به عنصر دختر به عنصر مادر به طور ثابتی افزایش می‌یابد. با اندازه گیری این نسبت، می‌توان زمان سپری شده را محاسبه کرد. تجمع عناصر مولود را در طی زمان ثابت، در یک کانی صورت می‌گیرد را ساعت‌های تجمعی یا ساعت‌های انباشتی می‌گویند. از آن‌جا که در طول فرآیند تلاشی یک عنصر به یک عنصر دیگر، برخی از ایزوتوپ‌ها مثل ایزوتوپ کربن نیز تلاشی پیدا می‌کنند ولی حالت تجمعی ندارند. این نوع تلاشی را اصطلاحاً ساعت های واپاشی می‌گویند.

یکی از افراد مؤثر در تکامل عمل ژئوکرونولوژی رادرفورد بود. او این فرآیند را به صورت معادله‌ی زیر ارائه کرد (معادله شماره 1):

در این معادله، N تعداد اتم‌های مولود، N‌تعداد اتم‌های والد در زمان صفر، t زمان تلاشی، e لگاریتم نپر و  ضریب ثابت تلاشی است. ثابت ، عبارت از سرعت تلاشی یک عنصر به عنصر دیگر در طول نیمه عمر خاص آن ایزوتوپ است. معمولا هر ایزوتوپ یک نیمه‌ی عمر ویژه دارد. در مطالعات ژئوکرونولوژی N  و t جزء مجهولات ما محسوب می‌شوند، زیرا N مقدار اولیه ایزوتوپی است که مقدار آن ایزوتوپ در سنگ های متئوریتی را مبنای محاسبه قرار می‌دهند. E لگاریتم نیرو مقدار آن 693/0 و  ضریب ثابت تلاشی ایزوتوپی هر عنصر است که برای همه تلاشی‌های ایزوتوپی محاسبه می‌شود. این مقادیر را می‌توان در کتاب‌های مرجع یافت. مقدار N را با دستگاه طیف نگار جرمی اندازه‌ می‌گیرند و آن‌گاه مقدار t رااز معادله شماره 1 محاسبه می‌کنند. البته برای تحقق این امر شرایط دیگری نیز لازم است که شامل موارد زیر است:

• باید اختلاف N و N زیاد و قابل اندازه‌گیری باشد.
• باید سیستم بسته باشد. سیستم بسته از نظر زمین‌شناسی یعنی اینکه سنگ مورد اندازه‌گیری تحت تأثیر هوازدگی یا دگرسانی قرار نگرفته باشد. در یک سنگ دگرسان شده سیستم بسته نیست و در آن تبدیل ایزوتوپی صورت گرفته است.
• مقدار ضریب ثابت تلاشی () ایزوتوپی آن ها مشخص باشد.
• ایزوتوپ‌های موردنظر، نیمه ی عمر قابل اندازه گیری داشته باشند.
• ابزار مورد اندازه‌گیری از دقت بالایی برخوردار باشد تا بتواند اختلاف N‌و N را اندازه‌گیری نماید.
• ایزوتوپ مورد نظر در سنگ های زمینی از فراوانی قابل قبولی برخوردار باشد.
• عنصر دختر به صورت قابل توجهی غنی شده باشد.

مفاهیم ضروری

قبل از توضیح روش‌های ایزوتوپی متفاوت لازم است به مفاهیم ضروری مرتبط با این موضوع پرداخته شود:

ـ ایزوتوپ‌ (Isotope)

اتم‌هایی که پروتون یکسان ولی نوترون متفاوت دارند را ایزوتوپ‌های یک عنصر گویند. در چنین اتم‌هایی مقدار پروتون و نوترون حالت تعادلی دارند.

ـ ایزوتون (Isotone)

اتم هایی که نوترون یکسان ولی پروتون متفاوت دارند را ایزوتون‌های یک عنصر گویند. در واقع آن‌ها حالتی بر عکس ایزوتوپ‌ها دارند.

ـ ایزومر (Isomer)

اتم‌هایی که نوترون و پروتون یکسان دارند را ایزومرهای یک عنصر گویند. مثلا دو نوع عنصر Br وجود دارد که یکی حالت پایدار و دیگری حالت ناپایدار دارد.

ـ ایزوبار (Isomer)

اتم‌ها یا یون‌هایی که تعداد الکترون یکسان دارند را ایزوبارهای یک عنصر گویند.

ـ نیمه‌ی عمر (Half time)

نیمه عمر عبارت از مدت زمانی است که طول می‌کشد تا یک عنصر ناپایدار به یک عنصر پایدار تبدیل شود.

ـ عمر متوسط

عمر متوسط، مدت زمانی را گویند که طول می‌کشد تا یک عنصر ناپایدار به یک عنصر پایدار تبدیل شده و یا کل آن تجزیه شده و از بین می‌رود.

ـ ساعت‌های انباشتی یا تجمعی (Accumulation clocks)

تجمع عناصر مولود تبدیلات ایزوتوپی را که در طی زمان ثابت و در یک کانی صورت می‌گیرد را ساعت‌های تجمعی یا انباشتی گویند.

ـ ساعت‌های واپاشی یا تلاشی (Decay clocks)

از آن‌جا که در طول عمر تلاشی یک عنصر به یک عنصر دیگر، برخی از ایزوتوپ‌ها مثل ایزوتوپ کربن تلاشی پیدا می‌کنند و حالت تجمعی ندارند اصطلاحاً ساعت‌های واپاشی گویند.

ـ سن تبلور (Crystallization age)

سن بسته شدن سیستم کانی‌ها که در آن یک عنصر رادیواکتیو در یک کانی در حال تبلور جای می‌گیرد را سن تبلور گویند.

ـ سن انجماد (Cooling age)

زمان انجماد ماگما و تشکیل یک سنگ آذرین و بسته شدن سیستم ایزوتوپی یک سنگ را سن انجماد گویند.

ـ سن تشکیل پوسته (Crust formation age)

سن تشکیل پوسته را معمولا برای بیان سن سنگ های بازیک کف اقیانوس‌ها به کار می‌برند که تشکیل دهنده‌ی پوسته جدید هستند.

ـ سن جایگزینی (Residential age)

سن جایگزینی بیان کننده سن نهشته شدن رسوبات است و معمولا برای سنگ‌های رسوبی به کار می‌رود.

ـ سن دگرگونی (Metamorphic age)

سن دگرگونی، زمان دگرگون شدن سنگ‌ها را بیان می‌کند و معمولا در مطالعه‌ی سنگ‌های دگرگونی کاربرد دارد.

روشها و خطاهای سن سنجی

سن سنگهای آذرین را به دو روش نسبی و مطلق می­توان تعیین کرد. در روش نسبی بطور دقیق سن سنگ تعیین نمی­شود. بلکه با مقایسه نمودن و جمع آوری اطلاعات می­توان سن سنگ را به دست آورد. توده های نفوذی که به صورت دایک، سیل، استوک و لاپولیت در سنگهای رسوبی و دگرگونی قرار دارند از آنها جوانترند. از کنتاکت حرارتی و متازوماتیزم نیز برای تعیین سن نسبی توده های نفوذی می­توان کمک گرفت.

نکته مهم:زینولیتها در تعیین سن نسبی می­تواند مفید واقع شوند. در مورد سنگهای آذرین از تغییرات بافتی در محل کنتاکت می­توان کمک گرفت.

تعیین سن نسبی

سن نسبی یا (relativedating) به این معنی است که جای مناسب هر سنگ را در توالی سنگها پیدا کنیم. سن نسبی زمان دقیق رخدادها را مشخص نمی‌کند و فقط تعیین می‌نماید که کدام یک بر دیگری مقدم بوده است. برای ایجاد مقیاس نسبی باید قوانینی وجود داشته باشند. از جمله این قوانین می‌توان قانون توالی طبقات ، اصل افقی بودن طبقات اولیه ، اصل قطع شدگی و …رانام برد.

اصول تعیین سن نسبی

قانون توالی طبقات

نیکلانس استنو حکیم فلورانسی (ایتالیا) نخستین کسی بود که به توالی وقایع طبیعی در رخنمون لایه‌های سنگهای رسوبی پی برد. هنگامی که این شخص در کوههای غرب ایتالیا مشغول به کار بود، این قاعده را بکار برد. قانون توالی طبقات (lawof superposition) اساس تعیین سن نسبی می‌باشد و به موجب این قانون در یک توالی به هم نخورده از طبقات رسوبی هر لایه از لایه بالایی خود قدیمیتر و از لایه زیرین خود جوانتر است.گرچه این موضوع ساده و بدیهی به نظر می‌رسد که هیچ لایه‌ای نمی‌تواند بدون داشتن لایه‌ای در زیر خود و بی هیچ تکیه گاهی رسوب کند. اما تا سال 1669 که استنو این اصل را بیان نمود، کسی بخوبی این اصل را بیان نکرده بود. این قانون همچنین در مورد موادی چون جریان گدازه و خاکسترهای حاصل از فعالیت آتشفشانی صدق می‌کند.

اصل افقی بودن اولیه طبقات

اصل افقی بودن اولیه طبقات (principle of original horizon to lity) بطور ساده به این معنی است که لایه‌های رسوبی در اصل بطور تقریباً افقی رسوب کرده‌اند. بنابراین لایه‌های سنگی با شیب تند نشانه آناست که لایه‌های مزبور بعد از رسوبگذاری بر اثر حرکات پیوسته به شکل امروزی خود تبدیل شده‌اند.

برای مشاوره اینجا بزنید