Radioaktiva dateringar

Bland de olika metoderna att göra vetenskapliga dateringar är de radioaktiva klockorna de pålitligaste. De grundar sig på sönderfallshastigheten hos radioaktiva ämnen. Medan andra metoder grundar sig på åldrandeprocesser som kan gå snabbare eller långsammare beroende på olika omgivande betingelser, till exempel temperaturförändringar, har det visat sig att radioaktiva sönderfallshastigheter inte påverkas av extrema yttre betingelser.

Uran-blyklockan

Vi kan illustrera metoden med hjälp av den första radioaktiva klockan som kom till användning, den som grundar sig på sönderfall av uran till bly. Radioaktivt sönderfall följer med exakt precision en lag för statistisk sannolikhet. Den mängd uran som sönderfaller inom en viss tidrymd är alltid proportionell mot den återstående mängden. Detta ger upphov till en kurva av det slag som framgår av teckningen (sidan 19), och denna kurva visar den mängd som återstår efter en viss given tid. Den tid det tar för halva mängden uran att sönderfalla kallas halveringstid. Halva mängden av den återstående hälften sönderfaller under nästa halveringstid, och därmed återstår en fjärdedel av den ursprungliga mängden. Efter tre halveringstider återstår en åttondel osv. Halveringstiden för uran är 4,5 miljarder år.

Eftersom uran övergår till bly, ökar mängden bly konstant. Den mängd bly som bildats fram till en viss given tid framgår av den streckade kurvan. Kurvan för bly är ett komplement till urankurvan, på så sätt att summan av antalet blyatomer och antalet uranatomer alltid är oförändrad och lika stor som det antal vi hade från början.

Anta nu att vi har en bergart som innehåller uran men inget bly och att vi förseglar den så noggrant att ingenting kan komma in i eller ut ur bergarten. Någon tid senare tar vi ut bergarten och mäter mängderna av båda ämnena. Därigenom kan vi avgöra hur länge bergarten har legat förseglad. Om vi till exempel finner lika stora mängder bly och uran, vet vi att en halveringstid, det vill säga 4,5 miljarder år, har förflutit. Om vi finner att endast 1 procent av uranet har sönderfallit till bly, kan vi använda den matematiska formeln för kurvan och räkna ut att 65 miljoner år förlöpt.

Lägg märke till att vi inte behöver veta hur mycket uran som fanns i bergarten från början, eftersom allt vi behöver mäta är proportionen mellan bly och uran vid slutet av tidsperioden — vilket är lika så gott, eftersom ingen av oss fanns på plats för att mäta någonting vid experimentets början.

Nu kanske du tycker att det är ofantliga tidsperioder vi rör oss med, miljoner och miljarder år. Hur skulle det kunna vara möjligt att ha nytta av en klocka som går så långsamt? Jo, vi får därigenom veta att själva jordklotet har funnits till i några miljarder år, och det finns bergarter på några platser som förefaller ha funnits där en stor del av denna tid. Geologer anser därför att en sådan klocka är ganska ändamålsenlig, om man vill studera jordklotets historia.

Hur säkra är de?

Vi måste medge att dateringsproceduren inte är riktigt så enkel som vi har beskrivit den. Vi nämnde att bergarten måste vara utan bly vid mätperiodens början. Detta är vanligen inte fallet; det finns en del bly redan från början. Detta ger bergarten något som man kan kalla en inbyggd ålder, alltså högre än nollvärdet. Vi antog också att uranet var noggrant förseglat i bergarten, så att ingenting kunde komma in eller ut. Ibland kan det förhålla sig så, men inte alltid. Under längre tidsperioder kan en del av blyet eller uranet sippra ut i grundvattnet. Eller också kan mer uran eller bly komma in, i synnerhet om det är fråga om en sedimentär bergart. Av denna anledning fungerar uran-blyklockan bäst när vi har att göra med eruptiva (vulkaniska) bergarter.

Man kan få räkna med andra komplikationer till följd av att ett annat ämne, torium, som kan förekomma i mineralet, också är radioaktivt och långsamt sönderfaller till bly. Dessutom har uran en andra isotop — lika i kemiskt avseende men med annan massa — som sönderfaller med en annan hastighet och också bildar bly. Båda dessa ursprungliga ämnen ger som slutprodukt olika isotoper av bly, och vi behöver därför inte endast en kemist med sina provrör, utan också en fysiker med ett speciellt instrument för att kunna särskilja de olika isotoperna, bly med skilda massor.

Minskningen av uran står i direkt proportion till ökningen av bly

100 %

50 %

25 %

12,5 %

Halveringstider 1 2 3

bly (argon)

uran (kalium)

[Diagram på sidan 18]

(För formaterad text, se publikationen)

Uran

Bly

Hur mycket uran (eller bly) fanns det ursprungligen i denna bergart?

Hur mycket uran (eller bly) har sipprat in i bergarten senare?

Hur mycket bly kommer från sönderfall av torium?