זמן גאולוגי

הזמן הגאולוגי הוא קצב התרחשותם של המאורעות הגאולוגיים. הוא איטי מאוד וכה ארוך עד שקשה לנו לתפוס אותו בתודעתנו. ובכל זאת פיתח מדע הגאולוגיה שיטות למדידת הזמן הגאולוגי - שתי השיטות הנפוצות ביותר הן שיטת המאובנים והשיטה הרדיואקטיבית, אך יש גם שיטות נוספות.

שיטת המאובנים

שלד מאובן של זוחל מהעת העתיקה

מאובן הוא כל שריד של בעלי חיים או צמחים (או שרידים של פעילות של בעלי חיים) שהשתמרו באופן טבעי בסלע. יש מאובנים של עופות, של דגים, של יונקים, אבל גם של עלים או עצים, של מחילות וטביעות כף רגל - כל אלו נחשבים למאובנים.

שיטת המאובנים היא שיטה למדידת גיל של סלע. היא לא נותנת גיל מוחלט/מדויק (כלומר אומרת "בן כמה הסלע"/מתי נוצר הסלע) אלא זמן יחסי, כלומר האם הסלע עתיק יותר מסלע אחר או צעיר ממנו.

שיטת המאובנים מבוססת על רעיון האבולוציה שהגה צ'ארלס דרווין.

לא כל מאובן הוא מאובן טוב לצורך השוואה בין דוגמאות סלע, ונעדיף מאובנים בעלי התכונות הבאות:

• מאובנים שלמין שלהם היה טווח קיום קצר (המין נכחד תוך זמן קצר).
• מאובנים של בעלי חיים שהייתה להם תפוצה גאוגרפית נרחבת ביותר (כדי שההשוואה תהיה כלל עולמית ולא מקומית).

בעלי חיים ימיים עונים של שני הקריטריונים (תפוצה גאוגרפית וזמן חיים קצר למין).
המאובנים הטובים ביותר להשוואה נקראים מאובנים מנחים - אלו מאובנים של בעלי חיים ימיים שהיה להם טווח קיום קצר (למין שלהם, לא לפרט בודד), שהייתה להם התפשטות גאוגרפית נרחבת, בעלי קליפה קשה, נוכחות נרחבת בסלעים והם קלים להגדרה. דוגמאות בעזרת הטבלה מספרו של עקיבא פלכסר "גיאולוגיה - יסודות ותהליכים", עמוד 203:

מהדוגמאות הנ"ל ראינו שניתן לקבוע גיל של סלע בעזרת מספר מאובנים או על פי מאובן בודד בעל טווח קיום קצר.

יתרונות השיטה

• מהירה יחסית - רואים ומזהים מאובן ומיד יודעים את הזמן היחסי.
• אין צורך במכשור מיוחד ומסובך - אם המאובנים אינם נראים בעין ניתן לראותם במיקרוסקופ פשוט, כך שניתן לשתמש בשיטת המאובנים גם בשדה (בשטח).

חסרונות השיטה

• השיטה אינה נותנת גיל מוחלט אלא גיל יחסי בלבד.
• לא בכל סלע יש מאובנים - למשל גרניט הוא סלע ללא מאובנים כלל ולכן לא נוכל לתארך אותו בעזרת שיטת המאובנים.

השיטה הרדיואקטיבית

ערך מורחב – תיארוך פחמן-14

השיטה הרדיואקטיבית נותנת זמן מוחלט - מתי בדיוק נוצר הסלע, ובכך יתרונה הגדול. השיטה הרדיואקטיבית מבוססת על העובדה שאיזוטופים מסוימים הם בלתי יציבים ומתפרקים בצורה ספונטנית ליסודות אחרים (תוך שחרור אנרגיה). למשל אשלגן מתפרק והופך לארגון, אורניום הופך לעופרת וכו'. מתברר שלהתפרקות הרדיואקטיבית יש קצב מסוים וקבוע, ששונה מחומר לחומר, לדוגמה: יש לנו 800 אטומים של רובידיום. אחרי 1622 שנים חצי מהאטומים של הרובידיום הפכו לאטומים של רדון. נשארנו עם 400 אטומים של רובידיום. כעבור עוד 1622 שנה, חצי מהם הפכו לרדון, וכך הלאה. הזמן שבו מופחתת כמות מסוימת של חומר למחציתה על ידי פירוק רדיו אקטיבי נקרא "זמן מחצית חיים" והוא שונה מחומר לחומר.

פחמן 14 הוא איזוטופ בלתי יציב אשר מתפרק והופך לפחמן-12. בעזרת פחמן-14 מתארכים גיל של מאובנים, וגם ממצאים אחרים ממקור אורגני (חי וצומח). לדוגמה, רמת הגולן עשויה בזלת - סלע שאין בו חלקים אורגניים. באחד מזרמי הלבה שהתקשו והפכו לסלע בזלת נמצאה כבשה מאובנת אשר נלכדה בזרם הלבה החם, מתה, וכשהלבה התקררה לבזלת היא נשארה בתוכה. תיארוך שרידי הכבשה על ידי פחמן-14 קבע שהיא בת 4000 שנה. מכאן מסיקים שהרי הגעש של רמת הגולן היו פעילים גם לפני 4000 שנה.

הנוסחה לחישוב גיל הסלע באמצעות השיטה הרדיו-אקטיבית

אם מחצית מהאטומים מסוג "מקור" (או מוצא) הופכים לאטומים מסוג "תוצאה" כעבור Y שנים, ואם יש בסלע S אטומים מסוג מקור ו- R אטומים מסוג תוצאה, אז גיל הסלע הוא:

$Y\times \operatorname {log} _{2}\left({\frac {S+R}{S}}\right)$

הנוסחה משתנה קצת במקרה שבמצב ההתחלתי נוכחים בסלע גם חומר המוצא וגם חומר התוצאה, כמו במקרה של תיארוך לפי פחמן 14.

דוגמה ליישום השיטה: נניח שמצאנו בסלע 600 אטומים של רדון ו- 200 אטומים של רובידיום. בן כמה הסלע?
אפשר לחשב בלי הנוסחה: בעבר היו בו 800 אטומים, וכולם של רובידיום. כעבור 1622 שנים הפכו מחציתם לרדון. עתה היו בסלע 400 אטומי רדון ו- 400 אטומי רובידיום. כעבור עוד 1622 הפכו מחצית מ-400 אטומי הרובידיום הנותרים לרדון, ונותרו 200 אטומי רובידיום ו- 600 אטומי רדון. כלומר, התקופה שחלפה היא 2*1622=3244 שנים.

אפשר גם להציב בנוסחה:
${\begin{matrix}Y=1622\\S=200\\R=600\end{matrix}}$

הגיל הוא
${\begin{matrix}Y\times \operatorname {log} _{2}\left({\frac {S+R}{S}}\right)&=&1622\times \operatorname {log} _{2}\left({\frac {200+600}{200}}\right)\\\ &=&1622\times \operatorname {log} _{2}\left({\frac {800}{200}}\right)\\\ &=&1622\times \operatorname {log} _{2}\left(4\right)\\\ &=&1622\times 2\\\ &=&3244\end{matrix}}$

יתרונות השיטה

• נותנת זמן מוחלט של גיל הסלע
• ההתפרקות הרדיואקטיבית היא ספונטנית ואינה תלויה בגורמים חיצוניים כמו לחץ וטמפרטורה - אם יש חומר רדיואקטיבי בסלע הוא יתפרק בוודאות ובקצב קבוע.

חסרונות השיטה

• מסובכת יותר ולוקחת זמן רב יותר משיטת המאובנים.
• דורשת מכשור מתקדם (שיספור אטומים) שקיים רק במעבדות.
• לא בכל סלע יש יסודות רדיואקטיביים וגם אם יש, ייתכן שהם "נשטפו" בחלקם מהסלע או שהתווספו אטומים נוספים של החומר ממקור חיצוני אחר, וזה משנה את מספר האטומים של החומר ומעוות את התוצאה.
• הדיוק מוגבל למשכי זמן שבהם יש כמויות משמעותיות הן מחומר המוצא והן מחומר התוצר.

ראוי לציין שלמעשה שיטת המאובנים כיום הפכה משיטה שנותנת גיל יחסי, לשיטה שנותנת זמן מוחלט - בעזרת השיטה הרדיואקטיבית תארכו מתי חי כל מאובן ומאובן כך שמאובן מעכשיו יעיד על זמנו המוחלט של הסלע ולא על זמנו היחסי.

שיטות נוספות למציאת הזמן הגאולוגי

1. קביעת גיל בעזרת טבעות עצים - גזעי עצים גדלים מן המרכז והחוצה, בטבעות. עובי הטבעת משתנה בהתאם לתנאי האקלים. ספירת הטבעות מעידה על הגיל.
2. קביעת גיל הסלע בעזרת פלאומגנטיזם - כלומר בעזרת התכונות המגנטיות ש"התאבנו" בסלע. בסלעים מסוימים ישנם מינרלים ברזליים שמצביעים לכיוון צפון בדומה למצפן. מסתבר שהיו תקופות בהם הצפון היה דווקא בדרום כלומר תקופות בהם המצפן היה מצביע דרומה. בסלעים מסוימים אכן המינרלים מצביעים דרומה וזה עוזר בתארוך הסלע לאותן התקופות.
3. קביעת גיל הסלע בעזרת משקעים אגמיים הנקראים וורוות - בתחתית כל אגם מצטברים משקעים: בעונה הגשומה צבעם יהיה חום בגלל הסחף המגיע לאגם עם הנחלים, ובעונה היבשה יהיה צבע המשקעים לבן. כשהאגם נעלם נשארו רק אותם שכבות דקות של משקעים (ורוות) וכל מה שנותר לנו לעשות הוא לספור: שכבה לבנה + שכבה חומה = שנה אחת.

הערות שוליים

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

25091851זמן גאולוגי