geologisk datering

Geologisk datering, aldersbestemmelse.

Geologisk datering er dels relativ, dels absolutt. Under en relativ aldersbestemmelse blir en begivenhet eller en geologisk fase datert i forhold til en annen som er kjent, og vil da være eldre, yngre eller samtidig med den kjente. Et geologisk lag som for eksempel ligger over et annet, må være yngre enn det som det ligger på, hvis lagene har ligget uforstyrret siden de ble dannet.

Normalt vil den relative bestemmelsen gå ut på å plassere begivenheten inn i den geologiske tidsskala ved hjelp av fossiler eller andre stratigrafiske hjelpemidler.

Under en absolutt aldersbestemmelse forsøker man å uttrykke alderen i eksakt antall år; ofte blir det millioner av år. Tidligere prøvde man å bygge aldersbestemmelsen på tykkelsen av alle yngre lag eller på saltinnholdet i havet, men disse metodene er meget unøyaktige. En absolutt aldersbestemmelse får man når man teller årringer på stammer av trær (dendrokronologi) eller årslag (varv) i istidssedimenter. Den siste metoden ble brukt av svensken Gerhard de Geer til aldersbestemmelse innenfor den yngre del av istiden i Sverige, og metoden kan brukes med stor nøyaktighet for tidsrom inntil omkring 15 000 år tilbake.

Den vanligste form for absolutt aldersbestemmelse er basert på radioaktive isotoper i bergarter, mineraler og fossiler. Ved radioaktiv nedbryting går slike isotoper ofte gjennom flere trinn, men med konstant hastighet over til en stabil isotop. Halveringstiden er den tid det tar for at halvparten av det opprinnelige radioaktive stoffet vil bli spaltet. Ved å undersøke hvor meget som er igjen av den radioaktive isotopen, og hvor meget som er dannet av den stabile isotopen, kan man beregne alderen.

Eldst er uran-blymetoden hvor ²³⁸U, uran med nukleontall 238, som utgjør 99,28 prosent av naturlig uran, går over til det stabile ²⁰⁶Pb (bly med nukleontall 206). Halveringstiden er her 4,51 milliarder år. Isotopen ²³⁵U som nå utgjør 0,71 prosent av naturlig uran, går over til ²⁰⁷Pb, og halveringstiden er her 713 millioner år. Uran-blymetoden har den fordel at man kan bruke begge isotopene på én gang, og dermed få en kontroll på resultatet. På den annen side foregår nedbrytingen over mange mellomledd, og noen av disse er gassformede og kan derfor lekke bort. Dette skyldes ofte at den indre oppbygningen av de uranrike mineraler kan bli ødelagt av den kraftige strålingen. Metoden brukes derfor nå mest på mineraler med lavt uraninnhold.

Professor Ellen Gleditsch brukte i 1911 denne metoden til den første absolutte aldersbestemmelse av et norsk mineral, uraninitt (bekblende) fra Moss. Selv om metoden var meget primitiv, var resultatet forbausende riktig, ca. 850 millioner år. En variant av uran-blymetoden bygger på den lange tiden det tar før det blir likevekt mellom alle de forskjellige spaltningsproduktene i serien. Ved å måle hvor mye «for mye» det er av de tidlige spaltningsproduktene i forhold til de senere, kan man angi aldere fra ca. 50 000 år til 500 000 år.

Kalium-argonmetoden er basert på at en kalium-isotop, \(\ce{^40_19K}\)(kalium med nukleontall 40 og protontall 19), som utgjør 0,012 prosent av det naturlige kalium, går over til \(\ce{^40_18Ar}\) (argon med nukleontall 40 og protontall 18) med en halveringstid på 1,28 milliarder år. Fordelen ved denne metoden er at kalium forekommer i de fleste bergarter, så det er lett å få dateringsmateriale. Det er imidlertid en mangel at argon er en gass som damper vekk hvis bergarten blir varmet opp til mer enn 300 °C. Metoden brukes til aldere over 500 000 år.

Rubidium-strontiummetoden bygger på at rubidium \(\ce{^87_37Rb}\) (med nukleontall 87 og protontall 37) går over til strontium \(\ce{^87_38Sr}\) (med nukleontall 87 og protontall 38) med en halveringstid på 47 milliarder år. Denne metoden er mindre utsatt for feilkilder enn de andre, men fordi det er lite rubidium i de fleste mineraler, og fordi halveringstiden er så lang, kan den bare brukes til prøver som er mer enn 10 millioner år gamle.

C-14-datering bygger på at ¹⁴C (karbon med nukleontall 14) stadig dannes ved stråling i Jordens atmosfære. Slike ¹⁴C-atomer går inn i organiske stoffer, blant annet tre og muslingskall, slik at disse blir svakt radioaktive. Med tiden (halveringstiden er 5730 år) blir denne radioaktiviteten svakere. På denne måten kan man aldersbestemme gjenstander opp til 65 000 år, men nøyaktigheten blir dårlig når tiden overstiger 25 000 år til 30 000 år.

Denne metoden, som brukes meget til arkeologiske dateringer, forutsetter at ¹⁴C dannes med jevn hastighet, men sammenligning med alderen av årringer i gamle trær viser at dette ikke er helt riktig. Det er derfor nødvendig å korrigere C-14-dateringen med opp til 10 prosent. Prøver som er fra årene etter 1945, vil, på grunn av effekten av kjernefysiske sprengninger, gi negative aldere.

De eldste bergartene som er aldersbestemt på Jorden, er 3,8 milliarder år gamle (Grønland). De eldste norske bergartene (Vesterålen) er 2,8 milliarder år gamle. Mesteparten av grunnfjellet i Norge er forholdsvis ungt, ca. 1700 millioner år og 800–1000 millioner år. Den kaledonske fjellkjedes bergarter er 400–500 millioner år gamle, og Oslofeltet ca. 250–300 millioner år.