Radiometryczne datowanie skał i minerałów przy użyciu naturalnie występujących, długożyciowych izotopów radioaktywnych jest kłopotliwe dla kreacjonistów młodej Ziemi, ponieważ techniki te dostarczyły przytłaczających dowodów na starożytność Ziemi i życia. Niektórzy tak zwani kreacjoniści próbowali wykazać, że datowanie radiometryczne nie działa na gruncie teoretycznym (na przykład Arndts i Overn 1981; Gill 1996), ale takie próby niezmiennie mają fatalne wady (zob. Dalrymple 1984; York i Dalrymple 2000). Inni kreacjoniści skupiają się na przypadkach, w których datowanie radiometryczne wydaje się dawać błędne wyniki. W większości przypadków próby te są błędne, ponieważ autorzy źle zrozumieli lub przeinaczyli dane, które próbują przeanalizować (np. Woodmorappe 1979; Morris HM 1985; Morris JD 1994). Tylko w rzadkich przypadkach kreacjonista faktycznie znajduje błędny wynik datowania radiometrycznego (Austin 1996; Rugg i Austin 1998), który nie został wcześniej ujawniony i omówiony w literaturze naukowej.
Podejście kreacjonistyczne polegające na skupianiu się na przykładach, w których datowanie radiometryczne daje błędne wyniki, jest ciekawe z dwóch powodów. Najpierw, ono zapewnia żadny dowód cosoever poparcie ich twierdzenie że the ziemia być bardzo młody. Jeśli ziemia miałaby tylko 6000-10 000 lat, to z pewnością powinny istnieć jakieś naukowe dowody potwierdzające tę hipotezę; jednak kreacjoniści nie wyprodukowali ani krztyny tego do tej pory. Gdzie są dane i obliczenia wieku, które prowadzą do spójnego zestawu wieku dla wszystkich skał na ziemi, jak również tych z księżyca i meteorytów, nie większych niż 10 000 lat? Wydaje się, że rażąco nieobecne.
Po drugie, jest to podejście skazane na porażkę już na samym początku. Kreacjoniści zdają się uważać, że kilka przykładów błędnych wieków radiometrycznych unieważnia wszystkie wyniki datowania radiometrycznego, ale taki wniosek jest nielogiczny. Nawet rzeczy, które działają dobrze, nie działają dobrze przez cały czas i we wszystkich okolicznościach. Spróbuj, na przykład, nosić zegarek, który nie jest wodoodporny podczas pływania. Prawdopodobnie zawiedzie, ale co rozsądna osoba mogłaby z tego wywnioskować? Że zegarki nie działają? Raczej nie.
Kilka sprawdzonych przykładów błędnych wieków radiometrycznych to po prostu za mało, by udowodnić, że datowanie radiometryczne jest nieważne. Wszystko na co wskazują to fakt, że metody te nie są nieomylne. Ci z nas, którzy opracowali i stosują techniki datowania do rozwiązywania problemów naukowych, doskonale wiedzą, że systemy te nie są doskonałe; sami podawaliśmy liczne przykłady przypadków, w których techniki te zawodzą. Często testujemy je w kontrolowanych warunkach, aby dowiedzieć się, kiedy i dlaczego zawodzą, aby nie używać ich niepoprawnie. Zdarzało się nawet, że dyskredytowaliśmy całe techniki. Na przykład, po wielu latach testów stwierdzono, że datowanie uranowo-heliowe jest wysoce niewiarygodne, ponieważ mały atom helu łatwo dyfunduje z minerałów w czasie geologicznym. W rezultacie, metoda ta nie jest stosowana z wyjątkiem rzadkich i wysoce wyspecjalizowanych zastosowań. Inne techniki datowania, takie jak K-Ar (potas-argon i jego nowsza odmiana 40Ar/39Ar), Rb-Sr (rubid-stront), Sm-Nd (samar-neodyn), Lu-Hf (lutet-hafn) i U-Pb (uran-ołowiu i jego odmiana Pb-Pb), wszystkie wytrzymały próbę czasu. Metody te dostarczają wartościowych i ważnych danych o wieku w większości przypadków, chociaż istnieje niewielki odsetek przypadków, w których nawet te ogólnie niezawodne metody dają nieprawidłowe wyniki. Takie niepowodzenia mogą być spowodowane błędami laboratoryjnymi (błędy się zdarzają), nierozpoznanymi czynnikami geologicznymi (natura czasem nas oszukuje) lub niewłaściwym zastosowaniem technik (nikt nie jest doskonały). Aby osiągnąć swój cel, jakim jest zdyskredytowanie datowania radiometrycznego, kreacjoniści muszą jednak sprostać trudnemu zadaniu wykazania, że przeważająca liczba datowań radiometrycznych jest błędna – że metody te są przez większość czasu niewiarygodne. Mało tego, muszą wykazać wady tych badań datowania, które dostarczają niezależnych dowodów potwierdzających, że metody radiometryczne działają. Jest to trudne zadanie, a kreacjoniści nie poczynili jak dotąd żadnych postępów.
Rzadko zdarza się, aby badania z wykorzystaniem datowania radiometrycznego zawierały tylko jedno określenie wieku. Zazwyczaj oznaczenia wieku są powtarzane w celu uniknięcia błędów laboratoryjnych, są uzyskiwane dla więcej niż jednej jednostki skalnej lub więcej niż jednego minerału z jednostki skalnej w celu zapewnienia kontroli krzyżowej, lub są oceniane przy użyciu innych informacji geologicznych, które mogą być wykorzystane do testowania i potwierdzania wieku radiometrycznego. Naukowcy stosujący datowanie radiometryczne zazwyczaj używają wszelkich dostępnych im środków do sprawdzania, ponownego sprawdzania i weryfikowania swoich wyników, a im ważniejsze są wyniki, tym bardziej są one skłonne do sprawdzania i ponownego sprawdzania przez innych. W rezultacie prawie niemożliwe jest całkowite oszukanie dobrego zestawu danych o wieku radiometrycznym, zebranych w ramach dobrze zaprojektowanego eksperymentu.
Celem tego artykułu jest krótki opis kilku typowych badań datowania radiometrycznego, spośród setek możliwych przykładów udokumentowanych w literaturze naukowej, w których wiek jest potwierdzony przez inne dostępne informacje. Wybrałem cztery przykłady z najnowszej literatury, głównie z badań dotyczących mojej pracy i kilku bliskich współpracowników, ponieważ było to łatwe do wykonania. Mógłbym wybrać o wiele więcej przykładów, ale wtedy zamieniłoby się to w książkę, a nie w zamierzony krótki artykuł.
Uderzenie meteorytu Manson i łupki Pierre
W okresie kredowym duży meteoryt uderzył w ziemię w miejscu niedaleko obecnego miasta Manson w stanie Iowa. Ciepło uderzenia roztopiło niektóre kryształy skalenia w granitowych skałach strefy uderzenia, tym samym resetując ich wewnętrzne zegary radiometryczne. Te stopione kryształy, a tym samym uderzenie, zostały datowane metodą 40Ar/39Ar na 74,1 Ma (milion lat; Izett i inni 1998), ale to jeszcze nie wszystko. Uderzenie spowodowało również powstanie zszokowanych kryształów kwarcu, które zostały wyrzucone w powietrze, a następnie spadły na zachód do morza śródlądowego, które zajmowało wówczas większą część środkowej części Ameryki Północnej. Dziś ten wstrząśnięty kwarc można znaleźć w Południowej Dakocie, Kolorado i Nebrasce w cienkiej warstwie (Crow Creek Member) w grubej formacji skalnej znanej jako Pierre Shale. Pierre Shale, podzielone na identyfikowalne pokłady osadowe zwane członami, zawierają również liczne skamieniałości licznych gatunków amonitów, przodków nautilusa komorowego. Skamieniałości te, w połączeniu z mapami geologicznymi, pozwalają połączyć różne odsłonięte fragmenty łupków Pierre’a w ich właściwych pozycjach względnych, tworząc kompletny, złożony przekrój (Ryc. 1). Pierre Shale zawiera również popiół wulkaniczny, który został wyrzucony z wulkanów, a następnie wpadł do morza, gdzie zachował się w postaci cienkich pokładów. Te pokłady popiołu, zwane bentonitami, zawierają skalenie sanidynowe i biotyt, które zostały datowane przy użyciu techniki 40Ar/39Ar.
Figura 1
Wyniki badań datowania Manson Impact/Pierre Shale (Izett i inni 1998) pokazane są na Figurze 1. Należy zwrócić uwagę na trzy ważne rzeczy dotyczące tych wyników. Po pierwsze, każdy wiek oparty jest na licznych pomiarach; błędy laboratoryjne, gdyby takie istniały, byłyby łatwo widoczne. Po drugie, wiek zmierzono dla dwóch bardzo różnych minerałów, sanidynu i biotytu, pochodzących z kilku pokładów popiołu. Największa różnica między tymi parami minerałów, w popiele z pokładu Gregory, wynosi mniej niż 1%. Po trzecie, wiek radiometryczny zgadza się, w granicach błędu analitycznego, ze względnymi pozycjami datowanych pokładów popiołu, ustalonymi na podstawie map geologicznych i zespołów skamieniałości; to znaczy, wiek starzeje się z góry na dół, tak jak powinien. Wreszcie, wnioskowany wiek wstrząśniętego kwarcu, określony na podstawie wieku stopionego skalenia w strukturze impaktu Manson (74,1 ± 0,1 Ma), bardzo dobrze zgadza się z wiekami pokładów popiołu powyżej i poniżej. Jak to wszystko mogłoby być możliwe, gdyby technika datowania 40Ar/39Ar nie działała?
Wieki meteorytów
Meteoryty, z których większość to fragmenty asteroid, są bardzo interesującymi obiektami do badania, ponieważ dostarczają ważnych dowodów na temat wieku, składu i historii wczesnego Układu Słonecznego. Istnieje wiele rodzajów meteorytów. Niektóre pochodzą z prymitywnych asteroid, których materiał jest mało zmieniony od czasu, gdy uformowały się z wczesnej mgławicy słonecznej. Inne pochodzą z większych asteroid, które rozgrzały się na tyle, że stopiły się i wysłały na powierzchnię strumienie lawy. Kilka pochodzi nawet z Księżyca i Marsa. Najbardziej prymitywny rodzaj meteorytów nazywany jest chondrytami, ponieważ zawierają one małe kuleczki kryształów oliwinu zwane chondrami. Ze względu na swoje znaczenie, meteoryty są obszernie datowane radiometrycznie; większość z nich ma 4,4-4,6 Ga (miliardów lat). Niektóre meteoryty, ze względu na swoją mineralogię, mogą być datowane więcej niż jedną techniką datowania radiometrycznego, co daje naukowcom możliwość dokładnego sprawdzenia poprawności wyników. Wyniki dla trzech meteorytów pokazane są w Tabeli 1. Dużo więcej, plus omówienie różnych typów meteorytów i ich pochodzenia, można znaleźć w Dalrymple (1991).
Tabela 1W tabeli 1 są 3 ważne rzeczy, które należy wiedzieć o wiekach. Pierwszą z nich jest to, że każdy meteoryt był datowany przez więcej niż jedno laboratorium – Allende przez 2 laboratoria, Guarena przez 2 laboratoria, a St Severin przez cztery laboratoria. To całkiem dobrze eliminuje jakiekolwiek znaczące błędy laboratoryjne lub jakiekolwiek poważne błędy analityczne. Drugą rzeczą jest to, że niektóre z wyników zostały powtórzone przy użyciu tej samej techniki, co stanowi kolejną kontrolę błędów analitycznych. Po trzecie, wszystkie trzy meteoryty były datowane więcej niż jedną metodą – po dwie metody dla Allende i Guareny oraz cztery dla St Severin. Jest to niezwykle mocna weryfikacja słuszności zarówno teorii, jak i praktyki datowania radiometrycznego. W przypadku St Severin, na przykład, mamy 4 różne naturalne zegary (właściwie 5, ponieważ metoda Pb-Pb wykorzystuje 2 różne radioaktywne izotopy uranu), każdy działający w innym tempie i każdy wykorzystujący pierwiastki, które reagują na warunki chemiczne i fizyczne w znacznie odmienny sposób. A jednak wszystkie one dają ten sam wynik z dokładnością do kilku procent. Czy jest to niezwykły zbieg okoliczności? Naukowcy doszli do wniosku, że nie; jest to raczej konsekwencja faktu, że datowanie radiometryczne rzeczywiście działa i to całkiem dobrze. Creationists who wants to dispute the conclusion that primitive meteorites, and therefore the solar system, are about 4.5 Ga old certainly have their work cut out for them!
The K-T Tektites
Jednym z najbardziej ekscytujących i ważnych odkryć naukowych od dziesięcioleci było odkrycie w 1980 roku, że duża asteroida, o średnicy około 10 kilometrów, uderzyła w Ziemię pod koniec okresu kredowego. Zderzenie to wyrzuciło do atmosfery wiele ton odłamków i prawdopodobnie doprowadziło do wyginięcia dinozaurów i wielu innych form życia. Opad po tym ogromnym zderzeniu, w tym wstrząśnięty kwarc i wysokie stężenia pierwiastka irydu, został znaleziony w skałach osadowych w ponad 100 miejscach na całym świecie w dokładnej lokalizacji stratygraficznej granicy kredy i trzeciorzędu (K-T) (Alvarez i Asaro 1990; Alvarez 1998). Obecnie wiemy, że miejsce uderzenia znajduje się na Półwyspie Jukatan. Pomiar wieku tego impaktu, niezależnie od dowodów stratygraficznych, jest oczywistym testem dla metod radiometrycznych i wielu naukowców w laboratoriach na całym świecie zabrało się do pracy.
Tabela 2 Oprócz wstrząśniętych ziaren kwarcu i wysokich stężeń irydu, impakt K-T wytworzył tektyty, czyli małe szklane kuleczki, które tworzą się ze skał natychmiast stopionych przez duży impakt. Tektyty K-T zostały wyrzucone do atmosfery i osadzone w pewnej odległości od niej. Tektyty są łatwo rozpoznawalne i nie tworzą się w żaden inny sposób, więc odkrycie złoża osadowego (formacja Beloc) na Haiti, które zawierało tektyty i które, na podstawie dowodów kopalnych, pokrywało się z granicą K-T, było oczywistym kandydatem do datowania. Naukowcy z US Geological Survey jako pierwsi uzyskali wiek radiometryczny dla tektytów, a wkrótce w ich ślady poszły laboratoria w Berkeley, Stanford, Kanadzie i Francji. Wyniki uzyskane we wszystkich laboratoriach były niezwykle spójne, a zmierzony wiek wahał się jedynie od 64,4 do 65,1 Ma (Tabela 2). Podobne tektyty znaleziono również w Meksyku, a laboratorium w Berkeley stwierdziło, że są one w tym samym wieku co tektyty z Haiti. Ale na tym historia się nie kończy.
Granica K-T jest zapisana w licznych pokładach osadowych na całym świecie. Węgiel Z, węgiel Ferris i węgiel Nevis w Montanie i Saskatchewan występują bezpośrednio nad granicą K-T. Liczne cienkie pokłady popiołu wulkanicznego występują w obrębie tych węgli zaledwie centymetry powyżej granicy K-T, a niektóre z tych pokładów popiołu zawierają minerały, które można datować radiometrycznie. Pokłady popiołu z każdego z tych węgli datowane były metodami 40Ar/39Ar, K-Ar, Rb-Sr i U-Pb w kilku laboratoriach w USA i Kanadzie. Ponieważ zarówno pokłady popiołu jak i tektyty występują na granicy K-T lub bardzo blisko niej, co zostało stwierdzone na podstawie skamieniałości diagnostycznych, tektyty i pokłady popiołu powinny mieć prawie ten sam wiek, i tak właśnie jest (Tabela 2).
W tych wynikach należy zwrócić uwagę na kilka ważnych rzeczy. Po pierwsze, okresy kredy i trzeciorzędu zostały zdefiniowane przez geologów na początku XIX wieku. Granica między tymi okresami (granica K-T) jest zaznaczona przez gwałtowną zmianę w skamieniałościach znalezionych w skałach osadowych na całym świecie. Jej dokładne umiejscowienie w kolumnie stratygraficznej w dowolnym miejscu nie ma nic wspólnego z datowaniem radiometrycznym – lokalizuje się ją poprzez staranne badanie skamieniałości i skał, które je zawierają, i nic więcej. Po drugie, pomiary wieku radiometrycznego, a było ich 187, wykonano na 3 różnych minerałach i na szkle za pomocą 3 wyraźnie różnych metod datowania (K-Ar i 40Ar/39Ar to techniczne odmiany, które wykorzystują ten sam schemat rozpadu rodzic-córka), z których każda obejmuje inne pierwiastki o różnych okresach półtrwania. Co więcej, datowania przeprowadzono w 6 różnych laboratoriach, a materiały zebrano z 5 różnych miejsc na półkuli zachodniej. A jednak wyniki są takie same w granicach błędu analitycznego. Gdyby datowanie radiometryczne nie działało, tak piękne i spójne wyniki nie byłyby możliwe.
Datowanie erupcji Wezuwiusza
Wczesnym popołudniem 24 sierpnia 79 roku, Wezuwiusz wybuchł gwałtownie, wysyłając gorące strumienie popiołu pędzące w dół jego boków. Spływy te pogrzebały i zniszczyły Pompeje i inne pobliskie rzymskie miasta. Znamy dokładny dzień tej erupcji, ponieważ Pliniusz Młodszy dokładnie zapisał to wydarzenie. W 1997 roku zespół naukowców z Centrum Geochronologii w Berkeley i Uniwersytetu w Neapolu postanowił sprawdzić, czy metoda datowania radiometrycznego 40Ar/39Ar może dokładnie określić wiek tego bardzo młodego (według standardów geologicznych) materiału wulkanicznego. Oddzielono kryształy sanidynu z próbki jednego z popiołów. Eksperymenty z przyrostowym ogrzewaniem 12 próbek sanidynu dały 46 punktów danych, które dały wiek izochronowy 1925 94 lat. Rzeczywisty wiek przepływu w 1997 roku wynosił 1918 lat. Czy to tylko zbieg okoliczności? Nie – jest to wynik niezwykle starannych analiz przy użyciu techniki, która działa.
Nie jest to jedyne badanie datowania, które zostało przeprowadzone na historycznym strumieniu lawy. Dwa szeroko zakrojone badania przeprowadzone ponad 25 lat temu dotyczyły analizy składu izotopowego argonu w takich przepływach w celu określenia, czy źródło argonu było atmosferyczne, jak należy zakładać w datowaniu K-Ar (Dalrymple 1969, 26 przepływów; Krummenacher 1970, 19 przepływów). W obu badaniach wykryto, w kilku przepływach, odchylenia od atmosferycznego składu izotopowego, najczęściej w postaci nadmiaru 40Ar. Większość przepływów nie miała jednak wykrywalnego nadmiaru 40Ar, a więc zgodnie z oczekiwaniami dawała prawidłowy wiek. Z garstki przepływów, które zawierały nadmiar 40Ar, tylko kilka z nich miało go w znaczących ilościach. Przepływ z Etny z 122 roku p.n.e., na przykład, dał błędny wiek 0,25 0,08 Ma. Zauważ jednak, że nawet błąd 0,25 Ma byłby nieistotny w przepływie 20 Ma z równoważną zawartością potasu. Austin (1996) udokumentował nadmiar 40Ar w przepływie dacytu z Mount St Helens z 1986 roku, ale ilości te są niewystarczające, by spowodować znaczące błędy we wszystkich, poza najmłodszymi, skałach.
Przepływ z Mt Vesuvius z 79 CE, którego datowanie opisano powyżej, również zawierał nadmiar 40Ar. Metoda izochronowa 40Ar/39Ar stosowana przez naukowców z Berkeley nie wymaga jednak żadnych założeń co do składu argonu uwięzionego w skale w momencie jej formowania – może to być skład atmosferyczny lub jakikolwiek inny. Tak więc wszelkie potencjalne błędy wynikające z nadmiaru 40Ar zostały wyeliminowane dzięki zastosowaniu tej techniki, która nie była dostępna w czasie, gdy badania Dalrymple’a (1969) i Krummenachera (1970) były prowadzone.
Więc znaczna większość historycznych przepływów lawy, które były badane, albo podaje prawidłowy wiek, zgodnie z oczekiwaniami, albo posiada ilości nadmiaru radiogenicznego 40Ar, które byłyby nieistotne we wszystkich, ale najmłodszych skałach. Technika 40Ar/39Ar, która jest obecnie używana zamiast metod K-Ar w większości badań, ma możliwość automatycznego wykrywania, a w wielu przypadkach korygowania obecności nadmiaru 40Ar, jeśli taki występuje.
Podsumowanie
W tym krótkim artykule opisałem pokrótce 4 przykłady datowań radiometrycznych, w których istnieją zarówno wewnętrzne, jak i niezależne dowody na to, że wyniki dały prawidłowy wiek dla znaczących wydarzeń geologicznych. To właśnie tymi badaniami i wieloma innymi podobnymi udokumentowanymi w literaturze naukowej kreacjoniści muszą się zająć zanim będą mogli zdyskredytować datowanie radiometryczne. Ich szanse na sukces są bliskie zeru. Nawet gdyby wbrew wszystkiemu im się udało, to i tak nie będzie to dowodem na to, że Ziemia jest młoda. Tylko wtedy, gdy kreacjoniści młodej Ziemi przedstawią przekonujące ilościowe, naukowe dowody na to, że Ziemia jest młoda, będą warci wysłuchania w tej ważnej naukowej sprawie.
Podziękowania
.