7.3: Kuunganisha Nyuso za Sayari

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi wanaastronomia wanaweza kujua kama uso wa sayari ni mdogo au mzee wa kijiolojia
• Eleza mbinu tofauti za sayari za dating

Tunajuaje umri wa nyuso tunazoziona kwenye sayari na miezi? Ikiwa dunia ina uso (kinyume na kuwa zaidi ya gesi na kiowevu), wanaastronomia wameanzisha baadhi ya mbinu za kukadiria muda gani uliopita uso huo uliimarishwa. Kumbuka kwamba umri wa nyuso hizi sio lazima umri wa sayari kwa ujumla. Katika vitu kijiolojia kazi (ikiwa ni pamoja na Dunia), outpourings kubwa ya mwamba kuyeyuka au athari erosive ya maji na barafu, ambayo tunaita sayari weathering, kufutwa ushahidi wa nyakati za awali na sasa sisi na uso tu kiasi vijana kwa ajili ya uchunguzi.

Kuhesabu Craters

Njia moja ya kukadiria umri wa uso ni kwa kuhesabu idadi ya volkeno za athari. Mbinu hii inafanya kazi kwa sababu kiwango ambacho athari zimetokea katika mfumo wa jua kimekuwa takribani mara kwa mara kwa miaka bilioni kadhaa. Kwa hiyo, kwa kutokuwepo kwa nguvu za kuondokana na craters, idadi ya craters ni sawa na urefu wa muda uso umefunuliwa. Mbinu hii imetumika kwa mafanikio kwa sayari nyingi na miezi imara (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo Mwezi\(\PageIndex{1}\) wetu Cratered. Picha hii ya kiunganishi ya uso wa Mwezi ilitengenezwa kutokana na picha nyingi ndogo zilizochukuliwa kati ya Novemba 2009 na Februari 2011 na Orbiter ya Lunar Recnessory Orbiter (LRO) na inaonyesha volkeno za ukubwa tofauti. (mikopo: muundo wa kazi na NASA/GSFC/Chuo Kikuu cha Jimbo la Arizona)

Kumbuka kwamba makosa ya volkeno yanaweza kutuambia tu wakati tangu uso uzoefu mabadiliko makubwa ambayo inaweza kurekebisha au kufuta craters preexisting. Kukadiria umri kutoka kwa makosa ya volkeno ni kidogo kama kutembea kando ya barabara katika dhoruba ya theluji baada ya theluji imeshuka kwa kasi kwa siku moja au zaidi. Unaweza kuona kwamba mbele ya nyumba moja theluji ni kirefu, wakati mlango wa pili barabara ya barabara inaweza kuwa karibu wazi. Je, unahitimisha kuwa theluji ndogo imeshuka mbele ya nyumba ya Bi Jones kuliko Mheshimiwa Smith? Uwezekano mkubwa zaidi, wewe kuhitimisha kwamba Jones hivi karibuni swept kutembea safi na Smith hana. Vilevile, idadi ya volkeno zinaonyesha muda gani umekuwa tangu uso wa sayari mara ya mwisho “ulifutwa safi” kwa mtiririko unaoendelea wa lava au kwa vifaa vya kuyeyuka vilivyotupwa wakati athari kubwa ilitokea karibu.

Hata hivyo, wanaastronomia wanaweza kutumia idadi ya volkeno katika sehemu mbalimbali za dunia moja kutoa dalili muhimu kuhusu jinsi mikoa ya dunia hiyo ilibadilika. Katika sayari iliyotolewa au mwezi, ardhi ya eneo lenye nguvu zaidi litakuwa kubwa zaidi (yaani, muda mwingi utakuwa umepita huko tangu kitu kilichotolewa kanda safi).

mionzi miamba

Njia nyingine ya kufuatilia historia ya ulimwengu imara ni kupima umri wa miamba ya mtu binafsi. Baada ya sampuli zilirudishwa kutoka Mwezi na wanaanga wa Apollo, mbinu ambazo zilikuwa zimeandaliwa hadi sasa miamba duniani zilitumika kwa sampuli za mwamba kutoka Mwezi ili kuanzisha chronology ya kijiolojia kwa Mwezi. Zaidi ya hayo, sampuli chache za nyenzo kutoka Mwezi, Mars, na kubwa asteroid Vestavimeanguka duniani kama meteorites na inaweza kuchunguzwa moja kwa moja (angalia sura juu ya Sampuli za Cosmic na Mwanzo wa Mfumo wa Jua).

Wanasayansi hupima umri wa miamba kwa kutumia mali ya radioactivity ya asili. Karibu na mwanzo wa karne ya ishirini, wanafizikia walianza kuelewa kwamba baadhi ya viini vya atomiki si imara lakini vinaweza kugawanyika mbali (kuoza) kwa hiari kuwa viini vidogo. Mchakato wa kuoza kwa mionzi unahusisha chafu ya chembe kama vile elektroni, au ya mionzi kwa namna ya mionzi ya gamma (tazama sura juu ya Mionzi na Spectra).

Kwa kiini chochote cha mionzi, haiwezekani kutabiri wakati mchakato wa kuoza utatokea. Uozo huo ni random katika asili, kama kutupa dice: kama wacheza kamari wamegundua mara nyingi mno, haiwezekani kusema tu wakati dice atakuja 7 au 11. Lakini, kwa idadi kubwa sana ya tosses dice, tunaweza kuhesabu tabia mbaya kwamba 7 au 11 kuja. Vile vile, ikiwa tuna idadi kubwa sana ya atomi za mionzi ya aina moja (kwa mfano, uranium), kuna kipindi cha muda maalum, kinachojulikana kama nusu ya maisha, wakati ambapo nafasi ni hamsini na hamsini kwamba kuoza itatokea kwa kiini chochote.

Kiini fulani kinaweza kudumu muda mfupi au mrefu kuliko nusu yake ya maisha, lakini katika sampuli kubwa, karibu nusu hasa ya nuclei itakuwa imeharibika baada ya muda sawa na nusu ya maisha moja. Nusu ya nuclei iliyobaki itakuwa na kuoza baada ya nusu mbili ya maisha kupita, na kuacha nusu moja tu ya nusu-au robo-moja ya sampuli ya awali (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Mionzi Kuoza Grafu hii inaonyesha (katika pink) kiasi cha sampuli ya mionzi iliyobaki baada ya maisha kadhaa ya nusu yamepita. Baada ya nusu ya maisha, nusu ya sampuli imesalia; baada ya nusu ya maisha mawili, nusu moja ya salio (au robo moja) imesalia; na baada ya nusu ya maisha matatu, nusu moja ya hiyo (au moja ya nane) imesalia. Kumbuka kwamba, kwa kweli, kuoza kwa vipengele vya mionzi katika sampuli ya mwamba hakutasababisha mabadiliko yoyote inayoonekana katika kuonekana kwa mwamba; splashes ya rangi huonyeshwa hapa kwa madhumuni ya dhana tu.

Ikiwa ulikuwa na gramu 1 ya nuclei safi ya mionzi na nusu ya maisha ya miaka 100, basi baada ya miaka 100 ungekuwa nayo

1/2 gramu; baada ya miaka 200, 1/4 gramu; baada ya miaka 300, tu 1/8 gramu; na kadhalika. Hata hivyo, nyenzo hazipotee. Badala yake, atomi za mionzi zinabadilishwa na bidhaa zao za kuoza. Wakati mwingine atomi za mionzi huitwa wazazi na bidhaa za kuoza huitwa vipengele vya binti.

Kwa njia hii, vipengele vya mionzi na nusu ya maisha tuliyoamua vinaweza kutoa saa sahihi za nyuklia. Kwa kulinganisha kiasi gani cha kipengele cha mzazi cha mionzi kinachoachwa katika mwamba kwa kiasi gani cha bidhaa zake za binti zimekusanywa, tunaweza kujifunza kwa muda gani mchakato wa kuoza umeendelea na hivyo ni muda gani uliopita mwamba uliumbwa. \(\PageIndex{1}\)Jedwali linafupisha athari za kuoza zinazotumiwa mara nyingi hadi sasa miamba ya mwezi na duniani.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Mmenyuko wa Uozo wa Mionzi ^Imetumiwa

Mzazi	Binti	Nusu ya maisha (mabilioni ya miaka)
Samariumu-147	Neodymium-143	106
Rubidium-87	Strontium-87	48.8
Thorium-232	Kiongozi-208	14.0
Uranium-238	Kiongozi-206	4.47
Potasiumi-40	Argon-40	1.31

PBS hutoa mfululizo wa mageuzi Excerpt inayoelezea jinsi tunavyotumia vipengele vya mionzi hadi sasa Dunia.

Video hii ya Sayansi Channel inaonyesha Bill Nye Sayansi Guy kuonyesha jinsi wanasayansi wametumia dating mionzi kuamua umri wa Dunia.

Wakati astronauts kwanza walipopanda Mwezi, mojawapo ya kazi zao muhimu zaidi ilikuwa kurejesha miamba ya mwezi kwa umri wa mionzi. Hadi wakati huo, wanaastronomia na wanajiolojia hawakuwa na njia ya kuaminika ya kupima umri wa uso wa mwezi. Kuhesabu volkeno alikuwa hebu mahesabu ya umri jamaa (kwa mfano, volkeno sana nyanda za juu mwezi walikuwa wakubwa kuliko giza lava tambarare), lakini wanasayansi hawakuweza kupima umri halisi katika miaka. Wengine walidhani kwamba umri huo ulikuwa mdogo kama ule wa uso wa Dunia, ambao umefufuliwa na matukio mengi ya kijiolojia. Kwa uso wa Mwezi kuwa mdogo sana ingekuwa na maana ya jiolojia hai kwenye satellite yetu. Tu mwaka wa 1969, wakati sampuli za kwanza za Apollo zilipigwa, tulijifunza kwamba Mwezi ni ulimwengu wa kale, wa kijiolojia. Kutumia mbinu hizo za dating, tumeweza kuamua umri wa Dunia na Mwezi: kila mmoja iliundwa kuhusu miaka bilioni 4.5 iliyopita (ingawa, kama tutakavyoona, Dunia labda iliundwa mapema).

Tunapaswa pia kutambua kwamba kuoza kwa nuclei ya mionzi kwa ujumla hutoa nishati kwa namna ya joto. Ingawa nishati kutoka kiini kimoja si kubwa sana (kwa maneno ya kibinadamu), idadi kubwa ya viini vya mionzi katika sayari au mwezi (hasa mapema kuwepo kwake) inaweza kuwa chanzo kikubwa cha nishati ya ndani kwa ulimwengu huo. Wanajiolojia wanakadiria kuwa karibu nusu ya bajeti ya sasa ya joto ya ndani ya Dunia inatokana na kuoza kwa isotopu za mionzi katika mambo yake ya ndani.

Dhana muhimu na Muhtasari

Miaka ya nyuso za vitu katika mfumo wa jua inaweza kuhesabiwa kwa kuhesabu volkeno: kwenye ulimwengu uliopewa, eneo lenye nguvu zaidi litakuwa la zamani zaidi kuliko moja ambayo ni chini ya cratered. Pia tunaweza kutumia sampuli ya miamba na elementi mionzi ndani yao ili kupata muda tangu safu ambayo mwamba sumu mwisho solidified. Nusu ya maisha ya elementi ya mionzi ni wakati inachukua kwa nusu sampuli kuoza; tunaamua jinsi nusu-maisha mengi yamepita kwa kiasi gani cha sampuli kinabaki kipengele cha mionzi na kiasi gani kimekuwa bidhaa ya kuoza. Kwa njia hii, tumekadiria umri wa Mwezi na Dunia kuwa takribani miaka bilioni 4.5.

maelezo ya chini

¹ Idadi baada ya kila elementi ni uzito wake atomia, sawa na idadi ya protoni pamoja na nyutroni katika kiini chake. Hii inataja isotopi ya elementi; isotopi tofauti za elementi ileile zinatofautiana katika idadi ya nyutroni.

faharasa

nusu ya maisha

muda required kwa nusu ya atomi mionzi katika sampuli ya disintegrate

unururifu

mchakato ambao aina fulani za viini vya atomiki huharibika kwa kawaida, na chafu ya pekee ya chembe za subatomic na mionzi ya gamma