תיארוך רדיומטרי – הבדלי גרסאות

'''תיארוך רדיומטרי''' ([[אנגלית]]: '''Radiometric dating''', נקרא גם '''תיארוך רדיואקטיבי''') היא שיטה ל[[תיארוך]] [[חומר]]ים. השיטה מבוססת על ידיעת [[תדירות|קצב]] [[רדיואקטיביות|הדעיכה הרדיואקטיבית]] של [[איזוטופ]]ים טבעיים, ושיעורו של קצב זה בעת ה[[מדידה]]. שיטה זו היא הבסיס העיקרי לקביעת, למשל, גיל [[כדור הארץ]] ומהווה מקור מידע משמעותי ביותר לגבי קצב השינוי ה[[אבולוציה|אבולוציוני]].

חומר רגיל מורכב משילובים של [[יסוד כימי|יסודות כימיים]], כל אחד מהםמהיסודות עםהוא בעל [[מספר אטומי]] משלו, המציין את מספר [[פרוטון|הפרוטונים]] ב[[גרעין האטום|בגרעין]]. בנוסף, יסודות מופיעים כ[[איזוטופ]]ים שונים, הנבדלים זה מזה במספר ה[[נייטרון|נייטרונים]] שבגרעין. איזוטופ מסוים של יסוד מסוים נקרא [[נוקליד]]. מספרחלק נוקלידיםמנוקלידים אינם יציבים במידה רבהבמיוחד. כלומר, בנקודת זמן אקראית כלשהי, האטום של נוקליד כזה יהפוך לנוקליד אחר בתהליך התפרקות רדיואקטיבית. המעבר הזה מתרחש על ידי פליטה של חלקיקים כגון [[אלקטרון|אלקטרונים]] (הידוע כ[[קרינת בטא|התפרקות בטא]]) או גרעיני [[הליום]] ([[קרינת אלפא|התפרקות אלפא]]).

בעוד שהרגעהרגע בו גרעין מסוים יתפרק הוא אקראי, אך קבוצת [[אטום|אטומים]] של נוקליד [[רדיואקטיביות|רדיואקטיבי]] מתפרקת באופן [[פונקציה מעריכית|מעריכי]] בשיעורקבוע. שיעור זה המתואר על ידי הפרמטר הידועהמוכר כ[[זמן מחצית חיים]], שנמדד בשנים כשמדובר. בשיטות תיארוך. משמעותו שלתארוך זמן מחציתזה החייםנמדד היאשני. שלאחר כלבכל פעם שמסתיים מחזור אחד שלו (כלומר, אם זמן מחצית החיים הוא דקה אחת אזי מדובר על דקה אחת שחלפה), נותרת בדגימה מחצית מכמות האטומים שהיו בה בתחילת המדידה, וזאת כיוון שחצי מהאטומים התפרקו. חומרים רדיואקטיביים רבים מתפרקים מנוקליד אחד לתוצר התפרקות (או "גרעין בת") סופי ויציב דרך סדרה של שלבים הידועים כסדרת התפרקות. במקרה זה, זמן מחצית החיים שמדובר עליו הוא הארוך ביותר בכל השרשרת, ולא רק שלב אחד בשרשרת.

לנוקלידים שמשתמשים בהם בתיארוך רדיומטרי יש זמן מחצית חיים הנע בין אלפי שנים למיליארדי שנים. היות שיש יסודות שונים בעלי זמני התפרקות שנים, וכן שיטות תארוך אחרות כמו [[תיארוך באמצעות טבעות עצים]], ניתן לבצע מדידות כיול בין שיטות שונות כדי להעריך את רמת הדיוק של השיטות הארוכות יותר באמצעות השיטות קצרות החיים יותר.

לרוב, זמן מחצית החיים של נוקליד תלוי אך ורק בתכונות הגרעין. גורמים חיצוניים כגון [[טמפרטורה]], סביבה [[כימיה|כימית]], [[שדה חשמלי]], [[שדה מגנטי]] אינם משפיעים עליו{{הערה|1= http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/decay_rates.html ראו כאן]}}. עם זאת, ראוי לציין כי שיעור ההתפרקות של יסודות כגון [[בריליום]]-7, [[סטרונציום]]-85 ו[[זירקוניום]]-89 עשוי להיות מושפע מצפיפות האלקטרונים של הדגימה. כיוון שכך, לא נהוג להשתמש באיזוטופים אלה לצורך תיארוך רדיומטרי.

למרות שניתן להאיץ התפרקות על ידי הפגזה רדיואקטיבית (הפגזה רדיואקטיבית היא תהליך שבו מכוונים [[אלומת חלקיקים]] רדיואקטיביים לעבר דגימת האיזוטופ), הפגזה זו נוטה להשאיר עדויות על התרחשותה. אם מזניחים את השיקולים האלה, הדעה הרווחת היא כי זמן מחצית החיים של כל נוקליד הוא קבוע (ואיתו קצב ההתפרקות). לפיכך, בכל חומר המכיל נוקליד רדיואקטיבי, היחס הכמותי בין הנוקליד המקורי לבין תוצר (י) ההתפרקות שלו משתנה בדרך הניתנת לניבוי כשהנוקליד המקורי מתפרק. יכולת הניבוי הזאת מאפשרת לעשות שימוש בכמויות היחסיות של הנוקלידים מבין כל הנוקלידים הקיימים כשעון שמודד את הזמן מהפכת הנוקליד המקורי לתוצר הבת עד להווה.

התהליכים היוצרים חומרים מסוימים הם לעיתים נוחים מאוד בשל כך שהם בוררים את החומרים שאותם מכניסים לתרכובותיהם. במקרה האידאליהאידיאלי, החומר יכלול את נוקליד האב ויפלוט את נוקליד הבת. במקרה זה, נוקליד הבת היחיד שיימצא במהלך בחינת דגימה בוודאי יהיה בה מאז שהיא נוצרה. כשחומר מכיל את נוקליד האב ואת נוקליד הבת בזמן היווצרותו, ייתכן ויהיה זה הכרחי להניח שהיחסים ההתחלתיים של [[חומר רדיואקטיבי]] ונוקליד הבת שלו ידועים. תוצר הבת לא יכול להיות מולקולת [[גז]] קטנה שיכולה לעזוב את החומר, והוא חייב להיות בעל זמן מחצית חיים ארוך מספיק משל עצמו על מנת שיהיה ניתן למצוא אותו בכמות מספיקה. בנוסף, ליסוד ההתחלתי ותוצר ההתפרקות אסור להיווצר או להיצרך בכמויות משמעותיות על ידי [[תגובה כימית|תגובות]] אחרות. התהליכים שבהם עושים שימוש כדי לבודד ולנתח את תוצרי התגובה הכימית חייבים להיות ישירים ואמינים.

בניגוד לרוב שיטות התיארוך הרדיומטריות הפשוטות, תיארוך איזוכרוני, בו עושים שימוש ברצפי התפרקות של איזוטופים רבים (לדוגמה רצף ההתפרקות [[רובידיום]]-[[סטרונציום]]), לא דורש מידע מוקדם לגבי היחס ההתחלתי. כמו כן, עושים שימוש בשיטת התיארוך [[ארגון (יסוד)|אָרגון]]-ארגון ברצף ההתפרקות [[אשלגן]]-ארגון על מנת לוודא שלא הייתה כמות התחלתית כלשהי של ⁴⁰Ar.

ניתן לבצע תיארוך רדיומטרי על דגימות קטנות ביותר (כמיליארדית הגרם) בעזרת שימוש בספקטרומטר מסות. מכשיר זה הומצא ב[[שנות ה-40 של המאה ה-20|שנות ה-40]] והשימוש בו במסגרת תיארוך רדיומטרי החל ב[[שנות ה-50 של המאה ה-20|שנות ה-50]]. המכשיר פועל על ידי יצירת קרן של אטומים מיוננים מהדגימה הנבדקת. היונים עוברים דרך שדה מגנטי, המסיט אותם לכיוון חיישני דגימה שונים, הידועים בתור "גביעי [[מייקל פאראדיי|פאראדיי]]", באופן התלוי במסה ובדרגת היינון שלהם. כשהם פוגעים בגביעים, היונים יוצרים [[זרם חשמלי]] חלש מאוד שיכול להימדד על מנת לקבוע את שיעור הפגיעות ואת הריכוזים היחסיים של האטומים השונים בקרניים.

למספר שיטות תיארוך יש טווח קצר ולכן עושים בהן שימוש למחקרים היסטוריים או [[ארכאולוגיה|ארכאולוגיים]]. אחת הידועות שבהן היא שיטת פחמן-14 (C14).

מספר בדיקות הצלבה של שיטת פחמן 14 עם שיטות תיארוך אחרות נתנו תוצאות עקביות, וכתוצאה מכך הוסקה המסקנה כי שיעור היצירה של פחמן 14 הוא קבוע, בקירוב. אולם, התפרצויות מקומיות של [[הר געש|הרי געש]] או אירועים אחרים שמפיקים כמויות גדולות של פחמן דו-חמצני יכולים לגרום לירידת הריכוזים המקומיים של פחמן-14 ולתת תאריכים לא מדויקים. השחרור של פחמן-14 ל[[ביוספירה]] כתוצאה מתיעוש שינה גם כן את השיעור היחסי של פחמן-14 במספר אחוזים. גורם נוסף שגרם לעלייה בכמות הפחמן 14 הוא ה[[ניסוי גרעיני|ניסויים הגרעיניים]] ה[[אטמוספירה|אטמוספיריים]] שבוצעו במהלך [[שנות ה-60 של המאה ה-20|שנות ה-60]] המוקדמות. כמו כן, גידול בשטף של [[רוח השמש]] או ה[[שדה מגנטי|שדה המגנטי]] של כדור הארץ מעל הערך הקבוע יורידו את כמות הפחמן-14 שנוצרת ב[[אטמוספירת כדור הארץ]]. השפעות אלו מתוקנות על ידי כיול של סקלת התיארוך הרדיו-פחמני.

שיטת תיארוך עקבות [[ביקוע גרעיני]] כוללת בדיקה של פיסת חומר ממורקת על מנת לקבוע את צפיפות סימני "העקבות" שנותרו בו על ידי ביקוע ספונטאניספונטני של אורניום-238 שהוא האיזוטופ הנדיר של אורניום. תכולת האורניום של דגימה חייבת להיות ידועה, אבל זה ניתן לקביעה על ידי הנחת [[סרט צילום]] מעל חתיכת החומר הממורקת, והפצצתו בנייטרונים איטיים. תהליך זה גורם להשראה של ביקוע אורניום-235, בניגוד לביקוע ספונטני המתרחש באורניום-238. עקבות הביקוע הנוצרות על ידי תהליך זה מתועדות בסרט הצילום. ניתן לחשב את תכולת האורניום של חומר ממספר העקבות ומזרם הנייטרונים.

בתקופה שלאחר היווצרות [[מערכת השמש]] היו בה מספר נוקלידים רדיואקטיביים קצרי ימים כגון ²⁶Al, ⁶⁰Fe, ⁵³Mn ו-¹²⁹I, שקודם לכן בערפיליתב[[ערפילית]] השמש. הנוקלידים הרדיואקטיביים האלה – שייתכן ונוצרו על ידי פיצוץ של [[סופרנובה]] – לא קיימים היום אולם ניתן לאתר את תוצרי הדעיכה שלהם בחומרים הקיימים מאז ראשית קיומה של מערכת השמש, כגון מטאוריטים. באמצעות מדידת תוצרי הדעיכה של נוקליד רדיואקטיבי שאיננו קיים עם ספקטרומטר מסות ושימוש בתרשימים איזוכרוניים, ניתן לקבוע זמנים יחסיים בין מאורעות שונים בהיסטוריה המוקדמת של מערכת השמש. ניתן לכייל שיטות תיארוך המבוססות על נוקלידים רדיואקטיביים שאינם קיימים עם שיטת אורניום-עופרת על מנת לתת טווח מדויק.

* [https://web.archive.org/web/20061123073137/http://www.gpc.edu/~pgore/geology/geo102/radio.htm עקרונות התיארוך הרדיומטרי]