خطوات الاستخدام
الخطوة الأولى: إدخال كمية النظير الأم (Parent Isotope). يجب عليك إدخال عدد ذرات النظير المشع الأصلي المتبقية في العينة، أو يمكن إدخال التركيز النسبي المئوي. هذا الرقم يمثل كمية المادة التي لم تتحلل بعد. كلما قلت هذه الكمية، زاد عمر العينة. يتم قياس هذه الكمية عادة بواسطة مطياف الكتلة أو أجهزة قياس الإشعاع.
الخطوة الثانية: إدخال كمية النظير الابن (Daughter Isotope). هذا هو ناتج تحلل النظير الأم. يجب إدخال عدد ذرات النظير الثابت الناتج من التحلل الإشعاعي. مجموع النظير الأم والابن يعطي الكمية الأصلية للنظير الأم قبل التحلل. في الصيغة الأساسية للتأريخ الإشعاعي، يتم استخدام نسبة الابن إلى الأم (D/P) لحساب العمر.
الخطوة الثالثة: إدخال عمر النصف (Half-Life) للنظير الأم. عمر النصف هو الزمن اللازم لتحلل نصف كمية النظير المشع. يجب أن يكون بوحدة مليون سنة لتتناسب مع الناتج. على سبيل المثال، عمر النصف لليورانيوم-238 هو 4468 مليون سنة. هذه القيمة ثابتة لكل نظير مشع وتحدد دقة التأريخ.
الخطوة الرابعة: حساب العمر. تقوم الحاسبة بتطبيق قانون التحلل الإشعاعي: العمر = (عمر النصف / ln(2)) × ln(1 + (D/P)). حيث ln هو اللوغاريتم الطبيعي. الناتج هو العمر بوحدة مليون سنة. يتم استخدام هذا القانون في تأريخ الصخور والحفريات باستخدام نظائر مثل الكربون-14 (لعمر النصف القصير) أو البوتاسيوم-أرجون (لعمر النصف الطويل).
الخطوة الخامسة: تفسير النتائج. العمر المحسوب هو عمر العينة منذ أن بدأ النظير الأم بالتحلل (عادة منذ تصلب الصخر أو موت الكائن الحي). يجب مراعاة الظروف البيئية التي قد تؤدي إلى فقدان أو إضافة نظائر (مثل الترشيح أو التلوث) للحصول على نتائج دقيقة. يفضل استخدام أكثر من نظام نظائري للتأكد من صحة العمر.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على التأريخ الإشعاعي بخطوات الحل كاملة.
الحل
لحساب العمر، نستخدم نسبة النظير الابن إلى النظير الأم: D/P = 75/25 = 3. ثم نطبق القانون: العمر = (4468 / ln(2)) × ln(1 + 3). ln(2) ≈ 0.6931، لذا 4468 / 0.6931 ≈ 6446. ثم ln(1+3) = ln(4) ≈ 1.3863. العمر ≈ 6446 × 1.3863 ≈ 8935 مليون سنة. هذا العمر كبير جداً وهو نموذجي لصخور قديمة من الدهر السحيق. لاحظ أن النسبة D/P = 3 تعني أن كمية النظير الأم أصبحت ربع الكمية الأصلية (لأن الكمية الأصلية = الأم + الابن = 100%، والأم 25% يعني تحلل 75%، وهو ما يعادل 3 أنصاف عمر تقريباً، لأن كل نصف عمر يقلل الأم للنصف: 100% → 50% → 25% → 12.5% ... بالضبط 2 نصف عمر يعطي 25%، لكن النسبة هنا 3 لأسباب حسابية). في الواقع، عند نسبة D/P = 3، العمر يساوي 2 × نصف العمر = 8936 مليون سنة، ما يؤكد الحساب.
الحل
في نظام البوتاسيوم-أرجون، جزء فقط من تحلل البوتاسيوم-40 ينتج أرجون-40 (نسبة الفرع = 10.7% تقريباً). لذلك يجب تعديل الكمية المقاسة للأرجون-40 لتعكس الكمية الفعلية الناتجة عن التحلل. أولاً، نحول الكميات إلى عدد ذرات أو نستخدم النسب. كمية الأرجون-40 المقاسة هي 0.8 ميكروغرام، لكن الكمية الحقيقية الناتجة من التحلل تساوي (0.8) / (نسبة الفرع) ≈ 0.8 / 0.107 ≈ 7.48 ميكروغرام مكافئ (أي ما يعادل كمية البوتاسيوم-40 التي تحللت). لكن في الواقع، الصيغة التقليدية تستخدم النسبة بين الأرجون-40 والبوتاسيوم-40 المتبقي دون تعديل، مع الأخذ بعين الاعتبار أن الجزء غير المنتج للأرجون لا يؤثر على العمر طالما نستخدم النسبة الصحيحة. لذا: D/P = 0.8 / 0.2 = 4. العمر = (1250 / 0.6931) × ln(1+4) = 1803 × ln(5) ≈ 1803 × 1.6094 ≈ 2902 مليون سنة. هذا العمر يتوافق مع صخور بركانية قديمة. يجب ملاحظة أن النسبة D/P = 4 تعادل تحلل 80% من البوتاسيوم-40 (لأن 0.2/1 = 20% متبقي، لذا تحلل 80%)، وهو ما يعادل حوالي 2.32 نصف عمر (لأن 0.2 = (0.5)^n => n = log2(5) ≈ 2.32). 2.32 × 1250 = 2900 مليون سنة.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة التأريخ الإشعاعي.
قيم مُدخَلة قياسية
- النظير الأصلي (%)
- 50
- النظير الابن (%)
- 50
- عمر النصف (مليون سنة)
- 30
قيم مُدخَلة مرتفعة
- النظير الأصلي (%)
- 85
- النظير الابن (%)
- 85
- عمر النصف (مليون سنة)
- 70
قيم مُدخَلة منخفضة
- النظير الأصلي (%)
- 10
- النظير الابن (%)
- 10
- عمر النصف (مليون سنة)
- 5
قيم مُدخَلة مرتفعة
- النظير الأصلي (%)
- 80
- النظير الابن (%)
- 80
- عمر النصف (مليون سنة)
- 80
قيم مُدخَلة منخفضة
- النظير الأصلي (%)
- 10
- النظير الابن (%)
- 10
- عمر النصف (مليون سنة)
- 10