Menetelmien luotettavuudesta

Kalium-argon -menetelmä käytetyin

Keskeistä menetelmien yhteensopivuudessa on, että mikä tahansa ajoitusten yhdenmukaisuutta odotettuihin arvoihin vertaileva kaavio sisältää sen tosiasian, ettei yhteensopivuutta todellisuudessa ole, koska niin monet mittaukset tehdään K-Ar -menetelmällä. Olisi siis välttämätöntä tietää, onko jossain olemassa varmaa tietoa siitä, kuinka usein ajoitusmenetelmät todella ovat yhteensopivia.

Kun kaikki edellä hahmoteltu aineisto yhdistetään, voidaan todeta, että olipa poikkeamien osuus 10 tai vaikkapa vain 5 prosenttia, sillä ei ole suurta merkitystä. Siksi on kummallista, että poikkeamien vähyys esitetään kovin usein todisteena ajoitusmenetelmien luotettavuudesta. Vahvaa näyttöä menetelmien yhteensopivuudesta ei ole ennen kuin joku esittää siitä todisteita. Ei ole yllätys, että kalium-argon -menetelmä antaa odotettuja tuloksia, koska geologiset kaudet on laajalti määritelty juuri sen perusteella. Sivumennen sanoen argonin eri isotooppien vertailu (Ar-Ar -menetelmä) on käytännössä sama kuin K-Ar- menetelmä.

Hieman radiometristen ajoitusten historiaa.

Ennen radioaktiivisuuden keksimistä geologinen aika-asteikko hahmoteltiin sen mukaan, paljonko aikaa tiettyjen geologisten prosessien, kuten eroosion ja sedimentaation, arveltiin vaativan hitaan ja tasaisen kehityksen perusteella. Muutoksen tähän käytäntöön toivat 1900-luvun alkupuolella joistakin kallioista tehdyt, radioaktiiviseen hajoamiseen perustuvat ikämääritykset.

Menetelmien kehittyminen ja evoluutioteorian vaatimat pitkät ajanjaksot saivat aikaan geologisen aika-asteikon laajenemisen. K-Ar -menetelmä kehitettiin toisen maailmansodan jälkeen ja nykyinen geologinen aikakausijako otettiin käyttöön vuonna 1964. Tämä asteikko perustuu n. 380:n radioaktiiviseen iänmääritykseen, jotka valittiin niiden yhteensopivuuden perusteella tiettyjen fossiilien ja geologisten jaksojen kanssa. Ajoitukset, jotka eivät vastanneet tätä vaatimusta, suljettiin pois sen otaksuman perusteella, että näytteissä oli tapahtunut kemiallista tai fysikaalista uudelleen muotoutumista, mikä teki niistä epäluotettavia ajoituksessa käytettäväksi. Noin 85 % ajoituksista perustui K-Ar -menetelmään, 8 % Rb-Sr -menetelmään ja 4 % ajoitettiin U-Pb -menetelmällä. Vulkaaniset kalliot ovat K-Ar -ajoitukseen sopivuutensa perusteella ratkaisevassa asemassa. Koska niistä lähes kaikki ajoitetaan tällä menetelmällä, saadaan aina kyseiselle geologiselle kaudelle 'sopivia' aikoja.

Vielä poikkeamista.

Eräs ajoituksia ja niiden luotettavuutta koskeva seikka on, että toisinaan kallioiden geologisia aikakausia 'tarkistetaan' vastaamaan saatuja ajoituksia. Myös tämä seikka vähentää poikkeamien merkitystä.

Joskus vaikuttaa siltä, että syyt sopimattomiin tuloksiin löytyvät aina huonoista ajoituksista. Sanotaan, että näytteeseen on joutunut tai siitä on poistunut liikaa argonia. Mutta miten siitä voidaan olla varmoja? Mistä tiedetään, mikä oikean pitoisuuden tulisi olla? Geologit näyttävät luottavan ajoitusten enemmistön antamiin tuloksiin, mutta - kuten edellä esitetyistä seikoista on käynyt ilmi - ne eivät välttämättä ole oikeita. Kaikki radioaktiiviset iänmäärittelyt perustuvat enemmän tai vähemmän tulkintoihin ja tulkitsijoiden ennakkonäkemyksiin ja ovat siten enemmän tulkitsijoiden käsityksiä kuin todellisia aikoja.

Tarvetta kaksois-sokkotesteille?

Näyttää siltä, että monin paikoin terve harkintakyky johtaisi hylkäämään tehdyt ajoitukset. Huolellinen tutkimustapa edellyttäisi ensinnäkin tarkkoja ehtoja hyväksyttäville mittauksille ja niiden suoritustavalle. Pitäisi esimerkiksi olla pätevä näyttö siitä, miten kaasu on poistunut laavasta tai miten sitä on tullut lisää tai ettei näyte ole jostain syystä muuten turmeltunut. Muuten voi vaikuttaa siltä, että geologit olisivat jotenkin sitoutuneet antamaan yhteneviä aikoja. Emme tiedä missä määrin inhimilliset päätelmät vaikuttavat tuloksiin, mutta voisi olla aihetta ottaa kaksois-sokkoperiaate yleiseen käyttöön myös radiometrisissä ajoituksissa.

Mahdolliset muutokset hajoamisnopeuksissa.

Radiometrinen ajoitus perustuu otaksumaan, että radioaktiivinen hajoaminen on aina tapahtunut samalla vakionopeudella. Jotkut tutkijat ovat asettaneet tämän kyseenalaiseksi. Asiaa tutkittu ainakin radiohiilen (C14) osalta.

Altistuminen kuumuudelle, paineelle, kosmiselle säteilylle tai muulle hiukkasvirtaukselle voi saada aikaan muutakin kuin normaalia hajoamista. Näyttää siltä, että radioaktiivisten aineiden spontaani hajoaminen on suhteessa kosmisen säteilyn aktiivisuuteen ja että hajoamisnopeus vaihtelee vuosisadasta toiseen säteilyn voimakkuuden mukaan. Viime vuosikymmeninä kiihtynyt maapallon magneettikentän heikkeneminen on entistä selvemmin tuonut esiin tuon säteilytulvan laajuuden.

Useimpien geokronologien mielestä on kuitenkin todisteita, mitkä kumoavat hajoamisnopeuden muutokset. Monet vulkaaniset ja metamorfiset kivilajit sisältävät pienen pieniä hitusia uraania ja toriumia, joiden hajoamisen tuloksena syntyy mikroskooppisia ns. halorenkaita. Näiden renkaiden muoto ja koko ilmeisesti vaihtelisi, mikäli hajoamisnopeus muuttuisi. Mutta onko näin?

Halokuviot

Useimmat aikaisemmista halokuvioiden tutkimuksista suorittivat Joly ja Henderson. Joly päätteli hajoamisnopeuden vaihdelleen, koska hänen mielestään eri aikakausien kuviot olivat erilaisia. Tätä melko 'haitallista' tulosta vähäteltiin sanomalla Jolyn havaintojen edustavan vain pientä osaa havainnoista, ja että samankin aikakauden sisällä kuvioissa esiintyy Jolyn toteamaa vaihtelua.

Mittauksia on myöhemmin suoritettu huomattavasta määrästä halokuvioita. Niissä on todettu suurta vaihtelua, jopa saman hiukkasmateriaalin samassa ympäristössä tuottamana. Vaihtelu rajoittuu kuitenkin määrättyihin ryhmiin eli mikroneissa mitattuina 5, 7, 10, 17, 20, 23, 27 ja 33.

Viimeisimmät halotutkimukset on suorittanut Robert V. Gentry. Myös hän löysi halokuvioissa vaihtelua, mistä hän päätteli, ettei hajoamisnopeus ollut pysynyt vakiona. Hän kiinnitti huomiota myös siihen, että halokuvioita olivat synnyttäneet sellaisetkin radioaktiiviset alkuaineet, joiden puoliintumisajat ovat hyvin lyhyitä; muutama minuutti tai vain minuutin murto-osia. Mm. polonium-218:n puoliintumisaika on vain 3 minuuttia. Tämä johti hänet päättelemään, että materian on täytynyt jäähtyä välittömästi syntyessään, muuten hajoamistuotteet olisivat haihtuneet eikä halokuvioita olisi syntynyt. Tämä viittasi välittömään luomistapahtumaan. Näitä havaintoja on tehty laajalti eri paikoissa, mm. Kanadassa, Ruotsissa ja Japanissa, joten niitä on vaikea kiistää. Joka tapauksessa ne osoittavat hajoamisnopeuksissa olevan vaihtelua, mikä tekee radioaktiivisista mittausmenetelmistä huonoja kelloja mittaamaan todellisia geologisia aikoja.

Tähtitieteilijät ovat havainneet mm. eräiden pulsarien lähettävän voimakasta neutriinosäteilyä. Neutriinojen tiedetään vaikuttavan atomien ytimiin, joten ne saattaisivat vaikuttaa myös niiden hajoamisnopeuteen.

Isochron-menetelmä.

Isochron -nimitys tulee sanoista 'isos' = yhtäläinen + 'chronos' = aika. Menetelmässä mitataan samasta näytteestä useampia pitoisuuksia ja suhteita. Alkuperäisen radioaktiivisen alkuaineen lisäksi huomioidaan sen hajoamistuote (tytär) ja lisäksi toinen ei-radiogeeninen tytär. Menetelmässä mittauksia suoritetaan useista kohdista ajoitettavaa esiintymää. Useita mineraaleja sisältävät kalliot ovat tähän ihanteellisia kohteita. Mittaustulokset sijoitetaan graafiseen kaavioon, jonka X-akseli kuvaa emo- ja tytär-alkuaineen suhdetta ja Y-akseli ensimmäisen tytär-aineen suhdetta toiseen tytär-aineeseen. Mitä paremmin mittaustulokset osuvat samalle viivalle, sitä parempi 'isokroni' on. Jos osumat ovat kovin hajallaan, tulos on kelvoton.

 
Isochron-menetelmän periaate

'Hullunvarma' menetelmä sekään ei siis ole, ja sillä on saatu koko joukko virheellisiäkin ajoituksia. Sen luotettavuuden takeena pidetään - jälleen kerran - yhteensopivuutta yleisen näkemyksen kanssa maapallon historiasta. Menetelmä edellyttää kuitenkin tiettyjen ehtojen täyttymistä, jotta isohron-tulos ylipäätään saadaan. Sitä koskevat myös osaksi samat ongelmat kuin muitakin menetelmiä.

Mittausten perusteella voidaan saada ns. super-isochron, jossa kaikki pisteet ovat samalla viivalla ja 'oikeilla' paikoilla. Tulos voi silti antaa virheellisen ajan. Jos esim. laava purkautumisvaiheessa sisältää joukon ylimääräistä Ar40:tä sekoittuneena K40:n ja Ar36:n kanssa, sen jäähtyessä (tai jolloinkin myöhemmin) Ar40:tä ja Ar36:ta voi imeytyä kallioon paikoin enemmän, paikoin vähemmän. Samoin voi käydä argonin muille isotoopeille. Tällöin saatetaan saada hyvältä näyttävä isochron-tulos, mutta silti virheellinen aika.

Virheellinen tulos saattaa syntyä myös esim. tapauksessa, jossa kalium-40:tä on tasaisesti kaikkialla sekä myös menetelmän edellyttämää Ar40:tä ja Ar36:ta. Jos nyt Ar40:tä imeytyy tasaisesti maankuoren onkaloista tai kuumenemisen johdosta, isotooppien pitoisuudet voivat antaa hyvän isochron-tuloksen, joka kuitenkin näyttää liian vanhaa aikaa.

Tutkittavat näytteet saattavat usein olla tulos hyvin monenlaisesta ja moninkertaisesta laava-ainesten sekoittumisesta, jolloin isochronit saattavat itse asiassa mitata viimeisestä sekoittumisesta kulunutta aikaa. Toisaalta ei liene tilastoja siitäkään, miten usein hyviä tuloksia eli super-isochroneja saadaan. Jos vain osa niistä on kunnollisia, ei tämäkään menetelmä anna varmuutta ajoitusten suhteen.

Atlantin merenpohjan ajoitukset

Usein kuulee Atlantin merenpohjan K-Ar -ajoituksista, jotka Keski-Atlantin selänteellä antavat aikoja nollasta 150 miljoonaan vuoteen riippuen näytteen läheisyydestä magmapurkautumaan. Tätä pidetään todisteena siitä, että mannerlaatat alkoivat etääntyä toisistaan noin 150 miljoonaa vuotta sitten. Tämä voi kuitenkin selittyä sillä, että purkausaukon reunamilla syvemmällä oleva magma on hitaammin jäähtyessään menettänyt enemmän argonia, minkä vuoksi se vaikuttaa nuoremmalta. Se saattaisi nousta pintaan sitten myöhemmin, ja siitä syystä sijaita lähempänä selännettä. Jos mannerlaatat erkanivat nopeasti, kuten jotkut uskovat, havaitut ajat voitaisiin selittää myös veden sisältämän argonin määrän vähenemisellä. Joka tapauksessa on vaikea ymmärtää, miten keskellä Atlantia oleva laava voi yleisesti ottaen näyttää nuorelta, koska se veden alla jäähtyy nopeasti ja sen pitäisi siten jättää paljon argonia sisäänsä.

Ei voine väittää, ettei radiometrisessä ajoitusmenetelmissä olisi lainkaan uskottavuutta, mutta se sisältää kuitenkin niin paljon epävarmuustekijöitä, että täytyy ihmetellä, elleivät kenttägeologit lainkaan epäilisi saamiaan tuloksia.

Halokuviot kivihiilessä.

Robert Gentry väittää löytäneensä 'kutistuneita' poloniumin ja uraanin radioaktiivisen hajoamisen muodostamia halokuvioita useista kivihiilikerrostumista, joiden sanotaan olevan satoja miljoonia vuosia vanhoja. Kutistuminen viittaa siihen, että radioaktiivinen hajoaminen alkoi osaksi jo ennen materian puristumista kivihiileksi, joten siinä on täytynyt olla poloniumia ennen sitä. Koska hiili on suhteellisen kutistumatonta, Gentry päätteli uraani- ja poloniumhiukkasten joutuneen kerrostumiin ennen niiden kovettumista kivihiileksi. Uraanin ohella oli kuitenkin hyvin vähän lyijyä; jos uraania olisi ollut siellä satoja miljoonia vuosia, lyijyä olisi pitänyt olla paljon enemmän. Sen määrä viittasi pikemminkin tuhansiin kuin miljooniin vuosiin. Niinpä on syytä uskoa, että lähes kaikki lyijy on on tullut kivihiileen samanaikaisesti uraanin kanssa, eikä myöhemmän radioaktiivisen hajoamisen tuloksena. Kivihiilellä on siten ikää enintään muutama miljoona vuotta, ehkä vähemmänkin. Jotkin halorenkaista näyttävät 200 000 - 300 000 vuoden ikää; todellinen ikä saattaisi olla sitä nuorempikin, päätellen siitä, että muutamat näyttivät vain tuhansia vuosia vanhoilta.

Uraanin hajoamisketjuun sisältyy kevyt kaasu radon-222. Jos sitä pääsee poistumaan, kivihiileen syntyy vain vähän lyijyä. Tämä voisi saada aikaan vanhalta vaikuttavat halokuviot. Kuitenkin se tosiseikka, että kyseiset kuviot ovat hyvin heikkoja, viittaa puolestaan niiden nuoreen ikään. Lisäksi kaikki syntyvä radon ei voi olla uraanihiukkasten pinnalla tai ulkopuolella, osa on niiden sisällä eikä todennäköisesti voi helposti poistua sieltä. Radonin puoliintumisaika on vain noin 4 päivää, joten sillä ei olisi missään vaiheessa juurikaan aikaa paeta. Samanlaisia kuvioita on löydetty myös uraani-lyijy -menetelmällä nuoreksi ajoitetusta saviliuskeesta, josta radonin poistuminen on vielä epätodennäköisempää.

 
Edellinen     Seuraava
Edellinen osa     Seuraava osa


15.08.04