Bazıları milyon yıla uzanan tüm bu fosillerin ve kayaçların yaşı nasıl tespit ediliyor? Jeologlar, bağıl ve radyometrik tarihlemeyi kullanarak bir fosilin veya kayacın kaç yaşında olduğunu tespit edebilir. Dünya nispeten stabil görünse de yüzeyi son 4,6 milyar yılda büyük oranda değişti. Dağlar oluştu ve aşındı, kıtalar ve okyanuslar büyük mesafeleri kat etti ve Dünya aşırı soğuk ve neredeyse tamamen buzla kaplı olmaktan çok sıcak ve buzsuz bir yer haline geldi. Bu değişiklikler o kadar yavaş gerçekleşiyor ki bir insan ömrü içinde zar zor tespit edilir ve şu anda bile Dünya'nın yüzeyi hareket ediyor ve değişiyor. Bu değişim sürecinde organizmalar evrimleşmiş ve bazılarının kalıntıları fosil olarak korunmuştur.
Radyometrik Tarihleme
Öncelikle radyoaktif bozunma nedir? Her radyoaktif atom kararsızdır, yani "yerinde duramaz" ve farklı şeylere bozunur: Atomundaki proton veya nötron sayısı değişir ve farklı bir izotop veya element oluşur. Elementteki atomların yarısının bozunması için geçen süreye "yarı ömür" deniyor. Dünya'daki tüm radyoaktif izotopların yarı ömürlerini biliyoruz ve bir nesne oluştuğunda taşıdığı radyoaktif madde de bozunmaya başlar. Nesnedeki radyoaktif maddenin ne kadar süredir bozunduğuna bakarak nesnenin varoluşundan beri geçen süre hesaplanabiliyor.
Paleontoloji ve arkeoloji ile ilgili hikayelerde sık sık duyarsınız: "fosil radyokarbon tarihleme kullanılarak tarihlendirildi", "kayaç 100 milyon yıl öncesine tarihlendirildi". Peki nasıl?
Radyometrik tarihleme, içindeki radyoaktif izotopun varlığına göre bir şeyin – ahşaptan bir eser, bir kayaç veya bir fosil olabilir – kaç yaşında olduğunu belirlemektir. Yöntemin arkasındaki temel mantık, bir numunedeki radyoaktif izotop oranını, izotopun bilinen normal oranı ve yarı ömrü (çürüme hızı) ile karşılaştırarak numunenin yaşını hesaplamaktır. Radyometrik tarihleme, antik nesnelerin yaşını bulmada oldukça yararlı çünkü birçok radyoaktif madde çok yavaş bozunuyor. Radyometrik tarihleme bu yüzden tıpkı Dünya'nın saati gibi çalışır.
Bazı kimyasal elementlerdeki atomlar izotop denilen farklı biçimlere sahiptir. Bu izotoplar, radyoaktif bozunma ile zaman içinde sabit oranda parçalanır. Özgün izotop miktarının, parçalanan izotop miktarına oranı o fosil ve kayacın yaşını verir. Bir radyoaktif izotop 5.000 yıllık yarı ömre sahip dersek 5.000 yıl sonra izotopun tam olarak yarısı bozunacaktır. Bir 5.000 yıl sonra da kalanın yarısı bozulacak ve böylece devam edecek. Ne kadar bozunduğuna bakarak o fosilin veya kayacın yaşı ölçülüyor.
Radyometrik Tarihleme Türleri
Radyokarbon (14C) Tarihleme
Arkeologların gözdesi olan "karbon tarihleme" veya radyokarbon tarihlemesi temelde canlıları kapsar çünkü tüm canlılar çevrelerinden karbon alıyor. Alınan bu karbonda radyoaktif bir izotop olan az miktarda 14C vardır ve nitrojen-14'ü bombalayan kozmik ışınlar (genelde Güneş ışınları) tarafından oluşturulur. Bir hayvan veya bitki öldüğünde vücudu daha fazla karbon almadığından mevcut karbon-14 bozunmaya başlıyor. 14C'nin varlığını yarı ömrüne göre karşılaştırarak hayvan veya bitkinin ölümünden beri geçen zamanı ölçersiniz.
Radyokarbon tarihlendirme oldukça popüler olsa da aslında nadiren fosillere uygulanabiliyor. Çünkü karbon tarihlemede kullanılan karbonun radyoaktif izotopu olan Karbon-14, 5.730 yıllık yarı ömre sahip, yani çok hızlı bozunur. Bu yüzden sadece 75.000 yıldan genç fosilleri tarihlendirmede kullanırsınız. Hatta 50.000 yılı geçtiğinizde %99'u yok olur.
Diğer yandan potasyum-40 1,25 milyar yıllık yarı ömre sahip ve kayaçlarda ve minerallerde oldukça yaygın bulunuyor. Bu da onu çok daha eski kayaçlar ve fosillerin yaşını bulmada ideal kılıyor. Uranyum, toryum ve kurşun da tarihlemede kullanılır. Uranyum-238 4,5 milyar, Thorium-232 14 milyar, Kurşun-205 1,73 milyar yıl yarı ömre sahip.
Tabii bir toplum yüzlerce yıl önce kopmuş bir odun parçasını kullandığında bu ölçüm yanıltıcı olabilir. Ayrıca gezegenin geçmişteki Güneş ışını bombardımanı hızı bugünden farklıdır ancak bu sorun kalibrasyon faktörü ile giderilebiliyor.
Radyokarbon tarihleme ile İtalya-Alpler'deki Buz Adam Ötzi'nin 5.300 yaşında bir gezgin olduğu anlaşıldı. Daha yakın zamanda, 2021'de Avustralyalı bilim adamları bir kaya sanatındaki kanguru çiziminin yaşını bulmak için üstündeki ve altındaki çamur eşek arısı yuvası kalıntılarını radyokarbon tarihlemesi ile inceledi ve sanat eserinin ait olduğu tarih aralığını (17.500 yıl) buldu.
Potasyum-Argon ve Argon-Argon Tarihlemesi
Potasyum-argon tarihlemesi, içindeki radyoaktif argonun radyoaktif potasyuma oranını ölçerek bir kayacın yaşını veya ne kadar zaman önce oluştuğunu hesaplamayı sağlayan bir yöntem. Radyoaktif potasyum (40K – katı) zamanla belirli oranda radyoaktif argona (40Ar – gaz) bozunur. Volkanik kayaçlar oluştuğunda ve soğuduğunda, kayaç içindeki tüm argon atmosfere salınır ve kayaç sertleşince tekrar içine giremez.
O halde volkanik bir kayaçtaki argon ancak radyoaktif potasyumun bozunmasıyla oluşacaktır. Bu ikilinin oranını ölçmek numunenin yaşını verir. Sadece volkanik kayalara uygulanabilir olduğundan sınırlıdır ancak 4,3 milyar ila 100.000 yıl gibi geniş bir tarih aralığını desteklediğinden arkeolojik kazılarda yararlı oluyor.
Bununla birlikte, potasyum-argon tarihlemesiyle ilgili sorunlar da var. Örneğin, derin deniz bazaltları, yüksek hidrostatik basınç nedeniyle oluşumdan sonra bir miktar argon tutar ve bazı kayaçlar oluşumdan kalan daha eski "argonca zengin" materyaller içerebilir.
Argon-argon tarihlendirme yöntemi ise kararlı bir potasyumu 39Ar argon izotopuna dönüştürmek için nükleer reaktörün nötron ışımasının kullanıldığı ve ardından 40Ar'ın 39Ar'a oranının ölçüldüğü K-Ar tarihleme tekniğine dayanan iyileştirilmiş bir yöntem.
Argon-argon tarihlemesi sayesinde Australopithecus Lucy'nin yaklaşık 3,18 milyon yıl önce yaşadığını belirledik ve hominin evrimi anlayışımız tümden değişti.
Uranyum-Kurşun Tarihleme
Bu teknik, uranyum izotoplarının (238U veya 235U) kararlı kurşun izotopları 206Pb, 207Pb ve 208Pb'ye oranının ölçülmesini içeriyor. 4,5 milyar yıldan 1 milyon yıla kadar yaş tayini yapmayı sağlar. İki milyon yıldan az hata payı ile yöntemin özellikle isabetli olduğu düşünülüyor – milyarlarca yıllık bir zaman dilimi için fena değil.
U-Pb tarihleme yöntemi çok eski kayaçları tarihlemede kullanılabiliyor ve 235U ila 207Pb ve 238U ila 206Pb oranları "konkordiya diyagramı" ile karşılaştırıldığından kendi yerleşik çapraz kontrol sistemine sahip: Örnekler düz bir çizgi boyunca yerleştirilir ve eğriyi numunenin yaşında keser.
U-Pb tarihlemesi çoğunlukla zirkon içeren magmatik kayaçlarda yapılıyor. Fisyon izi tarihlemesiyle birlikte antik hominidlerin yaşını belirlemede kullanıldı.
Fisyon İzli Tarihleme
Bu yöntem 238U safsızlığının kendiliğinden fisyonuyla kayaç diliminin cilalı yüzeyinde kalmış izlerin yoğunluğunun hesaplanmasını içeriyor. Numunenin uranyum içeriği bilinmelidir; bu da parlatılmış dilimin üzerine plastik bir film yerleştirilerek ve yavaş nötronlarla (düşük kinetik enerjili nötronlar) bombardıman edilerek yapılır. Bu bombardıman sayesinde özgün iz miktarıyla karşılaştırılacak yeni izler üretilir ve yaşı tayini yapılır.
Bu yöntem ile doğal olarak oluşan mineraller ve insan yapımı camların tarihi belirleniyor. Meteoritler gibi çok eski örneklerde ve arkeolojik eserler gibi çok genç örneklerde kullanılabiliyor.
Fisyon izli tarihleme sayesinde 19. yüzyılda Belarus'ta bulunan bir göktaşı olan Brahin Pallasite'nin son yoğun termal evresinin 4,26-4,2 milyar yıl önce gerçekleştiği keşfedildi. Göktaşının her bir dilimi koleksiyon parçası olmuştur.
Klor-36 Tarihleme
Bu yöntem, atmosferdeki argon atomlarını bombardıman eden kozmik ışınların ürettiği çok nadir bir izotop olan klor-36'nın (36Cl) prevalansının hesaplanmasını içeriyor. Yaklaşık 100.000 ila 1 milyon yıllık çok eski yeraltı sularını tarihlendirmede kullanılır.
1952 ve 1958 arasındaki nükleer silahların patlaması sırasında bolca Klor-36 salındı. Atmosferde yaklaşık bir hafta kaldı ve 1950'lerdeki yeraltı sularına bulaştı.
Lüminesans Tarihleme
Lüminesans tarihleme yöntemleri, radyoaktif izotop oranının hesaplanmasını içermediğinden teknik olarak radyometrik sayılmaz. Ancak radyoaktif materyali kullanıyor. Bu yöntem bir kristal materyalin en son ne zaman ısıtıldığını söyler, kaynak insan yapımı ateş veya güneş ışığı olabilir.
Bu yöntemi mümkün kılan, tortuldaki mineral tanelerin zamanla iyonlaştırıcı radyasyonu emmesi ve taneleri "elektron tuzağıyla" yüklemesi oluyor. Güneş ışığına veya ısıya maruz kalmak, bunları serbest bırakır ve numunedeki yükler ortadan kalkar.
Materyal, ışık (optik olarak uyarılmış lüminesans) veya ısı (termolüninesans) kullanılarak uyarılır ve nesneden sinyal salınmasına neden olur. Bu sinyalin yoğunluğu materyal gömüldükten sonra ne kadar radyasyon emdiğinin ölçüsü oluyor – tabii gömü alanındaki arka plan radyasyon miktarı bilinmelidir.
Bu yöntem ile seramik gibi arkeolojik materyalleri ve lav akıntıları ve kireçtaşı gibi mineralleri tarihlendirebilirsiniz. Birkaç on yıl ile 100.000 yıl arasında bir aralığı destekler, ancak bazı araştırmalarda çok daha antik şeyleri tanımlamada kullanıldı.
Diğer Radyometrik Tarihleme Türleri
Samaryum-neodimyum, rubidyum-stronsiyum ve uranyum-toryum dahil olmak üzere bir kayaçta belirli oranda bulunan ve yaş ölçümü sağlayan birkaç radyoaktif izotop var. Bunların her birinin kendi avantajları ve kendine has özellikleri bulunuyor ve aynı radyoaktivite mantığına dayanarak yaş tayini sağlıyor.
Göreli Tarihleme Yöntemi
Fosiller bugün sık sık göreli tarihleme yaklaşımıyla tarihlendiriliyor. Göreli tarihlemede fosilin yaşı halihazırda radyometrik tarihleme ile tarihi öğrenilmiş bir nesneyle karşılaştırılır. Örneğin bir kayaç oluşum türü olan Wheeler kayacı 507 milyon yaşındadır ve bu kayaçta bulunan bir trilobit (eklembacaklı) fosili de yaklaşık aynı yaşta olacaktır.
Brakiyopod, trilobit ve ammonit gibi yaygın coğrafi dağılıma sahip olan fosiller var ve bunlar indeks fosildir. Tarihlendirmeye çalıştığınız fosil, bu indeks fosilin yanındaysa aynı yaş aralığında dersiniz. Ayrıca kayaç katmanlarını incelemek de faydalı. Dünyanın kayaçları farklı katmanlar halinde üst üste birikir. Fosil içeren bir kayaç tabakası, diğer tabakaya göre yukarıdaysa, o tabakanın ve fosilin daha genç olduğunu söylersiniz.
