Dzisiaj kolejna porcja wiedzy – tym razem dotycząca najstarszych formacji skalnych i badań, które umożliwiają określenie ich wieku.
91 dzień wyprawy
66°16’29” S, 100°45,00” E, Tz=-1°C, Tw=18°C, Patm=978 hP
Wczoraj było o skałach najmłodszych, które są konglomeratem głazów, gruzu i okruchów skalnych, zostawionych w Oazie Bungera przez plejstoceński lodowiec. Zostały wyrwane z macierzystej skały i przywleczone do Oazy z miejsc często odległych, ale niewątpliwie pochodzących z kontynentu antarktycznego. Co o nich wiemy? Najważniejszą informacją geologiczną jest wiek, który w przypadku skał magmowych określa się, badając stosunki izotopowe pierwiastków radioaktywnych, znajdujących się w tych skałach.
Znowu wyje wiatr, ale w „Warszawie” cicho i przytulnie. W piecu hasają ogniki, na stole kawa z ciasteczkiem, porozmawiajmy więc o pierwiastkach radioaktywnych. Że niby od rzeczy? Jestem pewien, że profesor Maria, pijąc kawę ze swoim mężem profesorem Piotrem, też gaworzyli o tym samym, gdy za oknem ich paryskiego mieszkania szalała wichura i sypało śniegiem. Skoro wielcy tego świata mogli, to ja też, choć na pewno nie będzie to wykład noblowski.
Otóż pierwiastki rodzą się w gwiazdach. We ich wnętrzu panuje ogromne ciśnienie, dzięki któremu cząstki materii (protony, neutrony), chcą czy nie, są ugniatane w jądra atomowe. Pierwiastki lżejsze od żelaza powstają gładko w czasie ewolucji typowej gwiazdy, ale synteza cięższych pierwiastków wymaga dodatkowych argumentów fizycznych. Dostarcza ich ostatni etap historii gwiazdy, kiedy osiąga ona stadium czerwonego olbrzyma i zapada się pod własnym ciężarem, by w ułamku sekundy eksplodować jako supernowa. Ciśnienie eksplozji supernowej wieńczy dzieło dobijania neutronów i protonów w jądrach ciężkich. Gigantyczne ciśnienie powstające w tym procesie prowadzi do syntezy jąder najcięższych, w tym najcięższego z nich – uranu. Kiedy tylko ciśnienie spadnie, jądro uranu, napakowane ponad stabilną miarę, zaczyna się rozpadać, jak wielki gmach, który wali się pod własnym ciężarem. Rozpad uranu jest radioaktywny, tzn. emitujący znaczną ilość energii (może uzdrowić albo zabić, zależnie w jakim celu się ją wykorzysta). Skoro jądro pozbywa się składników, to jego masa spada, więc produktem rozpadu są pierwiastki lżejsze od uranu. Wyrzucone eksplozją w przestrzeń kosmiczną, jądra uranu, wraz z innymi pierwiastkami, tworzą gwiezdny pył, z którego powstaje materia, w tym materia planetarna. Z biegiem czasu, z tej materii powstaje np. skalista planeta, taka jak Ziemia. Kiedy tylko nasze jądro uranu zostanie wbudowane w sieć krystaliczną minerału, np. cyrkonu, zaczyna zostawiać w nim ślad swojego rozpadu, w postaci lżejszych pierwiastków. Jednym z nich, kończący proces radioaktywnego rozpadu uranu, jest ołów.
I tu do akcji wkracza Monika, specjalistka geochemii izotopowej. Z teorii wie, ile ołowiu powstanie w określonym czasie. Wybija kawał skały, targa przez pół świata do laboratorium, kruszy ją, separuje ziarna cyrkonów, wrzuca w spektrometr mas i liczy, ile ołowiu jest w ziarnie. Jeśli dużo, to minerał jest stary. Dla Moniki im starszy (minerał), tym ciekawszy, bo pozwala zajrzeć głębiej w historię Ziemi. Co więcej, sąsiadujące ze sobą skały o różnym wieku mogą świadczyć o ich paleogeograficznej odrębności, pomagając w odtworzeniu historii wędrówki kontynentów.
Geochronologia izotopowa to fundament naszej wiedzy o historii planety. Ufając prawom fizyki wiemy, że wiek Ziemi sięga 4,5 mld lat. Potrafimy datować wydarzenia geologiczne, a także etapy ewolucji biologicznej, lepiej rozumiejąc skąd przyszliśmy. Dokąd zmierzamy, to już tylko Bóg jeden raczy wiedzieć.
Przesłane przez Marka Lewandowskiego