Yaş Belirleme Yöntemleri Nelerdir? Tarihlendirme Nasıl Yapılır?

Dünyamızdaki kayaların, bulunan fosillerin hatta buzullar ve ağaçların tarihlendirilmesi, yaşlarının belirlenmesi nasıl yapılır? Tarihlendirme, yaş belirleme yöntemleri.

YAŞ BELİRLEME TEKNİKLERİ

Dünya ve Güneş sistemindeki diğer katı kütlelerin neredeyse hepsi aynı zamanda oluşmuştur. Boşlukta dolaşan kayalann bazıları gezegenlere çarpıp gömülür, bazılarıysa kuyruklu yıldız ve göktaşı olarak dolaşmaya devam eder. Dünya’yla yaşıt olduğu anlaşılan ve küçük bir kısmı Dünya’ya düşen bu göktaşlarının 4,54 milyar yaşında olduğu belirlenmiştir.

Radyometrik tarihlendirme

Radyoaktif maddeler doğanın en hassas saatleri arasındadır. Radyometrik tarihlendirme, radyoaktif maddelerin bozunma hızını dikkate alır. Bu yöntem yalnızca Dünya’nın değil, pek çok antik cismin yaşının belirlenmesinde kullanılan temel yöntemdir.

Ağır bir elementin nükleer fizyonla (çekirdek parçalanmasıyla) radyoaktif bozunma zincirine bir örnek.

Radyoaktivite 1896’da bir kaza sonucu keşfedildi. Fransız bilimci Antoine Henri Becquerel, uranyum tuzu kristallerinin güneş ışığından gelen enerjiyi emdikten sonra “fosforesans”la ışık yayacağını düşünmüştü. Fotoğrafik levha üzerine çıkan görüntüyü gördüğünde fikrinin işe yaradığını düşündü. Ne var ki ertesi gün hava bulutlu olduğundan deneye ara vermek zorunda kaldı. Kristalleri bir fotoğrafik çıkardığında yine görüntünün oluştuğunu gördü. Becquerel uranyumun içsel bir enerji kaynağı olması gerektiğini düşündü. Sonradan bunun uranyum atomlarının parçalanmasından kaynaklandığı anlaşılacaktı. Aslında “radyoaktif” sözü kafa karıştırıcıdır, çünkü hiç radyo dalgası oluşmaz. Gerçekteyse radyoaktif bozunum sonunda alfa, beta ve gama ışınları denilen dalgalar ortaya çıkar.

Ağır elementlerin çoğu kararsızdır.

Atomun merkezindeki yumru olan çekirdeğin 91’den fazla protonu varsa aşırı “ağır” hale gelir -protonların hepsi pozitif yüklü olduğundan birbirlerini iterler. Bunun tipik bir örneği 92 proton ve 143 nötronla toplam atom kütlesi 235 olan uranyum izotopudur.

Uzmanlar bunu diye gösterir. Doğadaki uranyumun yüzde birinden daha az bir kısmı bu izotoptandır. Bu izotoplar radyoaktif oldukları için er ya da geç kendiliğinden parçalanacak ve kurşun elementine dönüşecektir. Bu parçalanmaya nükleer fizyon (çekirdek parçalanması) denir.

Radyometrik tarihlendirme, “nükleer fiziğin babası” olarak da adlandırılan Yeni Zellanda’lı Emest Rutherford tarafından, Montreal Kanada’daki McGill Universitesi’nde fizik profesörlüğü yaptığı sırada keşfedilmiştir. Rutherford radyoaktif elementin yaydığı ışınımlara alfa, beta ve gama adını verdi. Ayrıca bu elementlerin saat gibi kullanılabileceğini de fark etmişti.

Tek bir atomun ne zaman bozunacağını kimse tam olarak bilemez. Fakat eğer bir milyon tane atomunuz varsa, yarısının 704 milyon yılda bozunacağından emin olabilirsiniz. Buna ’nun yanlanma ömrü denir. Aradan bir 704 milyon yıl daha geçtiğinde geriye kalanın da yansı bozunacak, ilk baştakinin çeyreği kadan kalacaktır. Onun ağabeyi diyebileceğimiz, fazladan üç nötronu olan ve doğal uranyumun % 99’unu meydana getiren izotopunun ise yarılanma ömrü 4,46 milyar yıldır. Dolayısıyla eğer bir kaya parçasındaki ’nun yarısı bozunup kurşuna dönüşmüşse, yaklaşık 704 milyon yaşında olmalıdır; ama eğer ’nun yarısı bozunup kurşuna dönüşmüşse, kaya 4,46 milyar yaşında olmalıdır. Uzmanların kayaları ve göktaşlarını tarihlendirmek için kullandıkları yöntem budur.

İLK ALETLERİN TARİHLENDİRİLMESİ

ilk insanların kullandığı aletler taştan yapılmıştı. Bunların yaşını doğrudan belirlemek mümkün değildir. Yine de antik aletlerin bulunduğu bölgedeki malzemeler sağlam ipuçları sunar. Gona, Etiyopya’da bulunan taş baltalar ve bıçakların yaşlan bu sayede kesin olarak belirlenebilmiştir. Üzerlerindeki volkanik kül 2,5 milyon yıl yaşındadır. Altlarındaki kayalarsa manyetik izlerinden anlaşıldığı üzere 2,6 milyon yaşındadır, dolayısıyla bu aletlerin yaşı bu iki tarih arasında olmalıdır.

Radyometrik yaş ölçümüne güzel bir örnek

Radyometrik yaş ölçümüne güzel bir örnek Zimbabve’deki Pfunze Kemeri’ndeki zirkon minerali kayalarının tarihlendirilmesidir. Zirkon az miktarda uranyum tuzu içerir. Bozunarak kurşuna dönüşen ve ’nun oranlarına bakan uzmanlar, bu kayaların 2,6 milyar yaşında olduğunu söylemeyi başardı. Potasyum ve argon da buna benzer bir sistem oluşturur. Potasyum elementi çoğu mineralin içinde bulunur. Potasyumun izotopu radyoaktiftir ve yarılanma ömrü bir milyar yılın azıcık üzerindedir; bozunarak argon (Ar) gazı oluşturur. Kaya sıvı haldeyse bu gaz uçup gider, ama kaya katı haldeyken içine hapsolur. Bir kayadaki ve argonun bağıl oranlarına bakılarak kayanın yaşı belirlenebilir. Bu yöntem özellikle volkanik lav akıntıları için çok etkilidir. Lavlar sıvı haldeyken argonlar kaçsa da katılaştıkları anda saat sıfırlanmış olur. O andan itibaren argon hapsolmaya başlar. Doğu Afrika Oldupai Boğazı’ndaki arkeolojik kalıntıların yaşları, altlarındaki ve üstlerindeki lav kalıntılarının K-Ar tarihlemesiyle belirlenmiştir.

Canlılar organik bileşenlerden oluşur; kimyaları karbon elementini temel alır. Karbonun karbon-14 (veya ) izotopu radyoaktiftir. Yarılanma ömrü 5730 yıldır. ölü maddenin içindeyken bozunmaya başlar, dolayısıyla içindeki oranına bakarak bir bitkinin veya hayvanın ne zaman öldüğü belirlenebilir. ’nin yarılanma ömrü uranyum atomuna göre çok daha kısa olduğundan en fazla 60.000 yıl öncesine kadarki yaş belirlemelerinde kullanılabilir. Yine de 1949’da Chicago’da Willard Libby tarafından geliştirilen bu yöntem, antik Mısır’daki yaşı zaten bilinen bir saltanat kayığından tutun, yalnızca 700 yıllık olduğu ortaya çıkarılan ünlü Torino kefenine kadar her türlü insan yapımı ürünün tarihlendirilmesinde çok etkili olmuştur.

Işığa göre tarihlendirme

Antik insan aletlerinin yaşını belirleme konusundaki en güzel yöntemlerden biri “termoluminesans”dır (TL). Bir çömlek parçası yüzyıllar boyunca olduğu yerde öylece durursa radyoaktif mineraller tarafından kozmik ışın ve radyasyon bombardımanına tutulur. Bu bombardıman malzemenin içindeki bazı elektronların daha yüksek enerji düzeylerine hapsolmasına neden olur. Bunları, büyüdüğü için potadan geçemeyip çemberin üstünde kalan basket toplarına benzetebiliriz. Çömlek parçası laboratuarda ısıtıldığında hapsolmuş elektronlar tekrar doğru enerji düzeylerine döner. Bunu yaparken de çok az bir ışık yayarlar. Yaydıkları ışığın miktarı cismin yaşı hakkında bilgi verir.

Optik izomerliğe göre tarihlendirme

Canlıların yapıtaşı olan proteinler uzun aminoasit zincirlerinden meydana gelir. Aminoasitlerin bazıları solak, bazıları sağlak yapıdadır -yani sol ve sağ eldiven gibi birbirlerinin ayna-simetriğidirler. Canlılardaki 22 aminoasitten biri dışındaki hepsi solaktır (O bir tanesi olan glisin ise her iki türlü olabilir). Canlı öldüğünde, aminoasitlerden bazıları geometri değiştirerek örneğin solakken sağlak olur. Öyle ki, (sıcaklığa vs bağlı olarak) binlerce yıl sonra solak ve sağlak aminoasitlerin sayıları eşitlenir. Bunlara “rasemik karışım”, bu sürece ise “rasemizasyon” denir.

Uzmanlar, solak ve sağlak aminoasit oranına bakarak bir numunenin yaşını tahmin edebilir. İngiliz bilimci Simon Parfitt ve arkadaşları 2OO5’te İngiltere’nin doğu yakasındaki Pakefield’da bulunan kalıntıların yaşını bu yöntemle tahmin ettiler. Eski insanların, bir olasılıkla Homo Heidelbergensis’lerin 700.000 yıl önce o bölgede alet yapmış oldukları sonucu çıktı.

Halkalarla tarihlendirme

Yaş belirlemek için kullanılan çok daha basit bir yöntem ağaç halkalarını saymaktır. Ağaçlar büyüdükçe gövdeleri kalınlaşır. Kesildiklerinde ise bu büyüme halkaları genelde kolayca görülür. Ağaçlar yazın büyür, kışınsa büyümeyi keserler. Böylece her yıl yeni bir halka oluşur. Bu halkaları ciddi bir tarihlendirme yöntemi olarak kullanma fikrini Arizona Üniversitesi’nden Amerikalı gökbilimci A. E. Douglass geliştirmiştir. Güneş lekelerini incelediği bir dönemde, pek çok güneş lekesinin olduğu yıllarda ağaç halkalarının normalden farklılık göstereceği aklına geldi; böylece güneş lekelerinin tarihini İncelemek için ağaç halkalarını kullanabileceğini keşfetti.

“Dendrokronoloji” adıyla bilinen (Yunanca dendros, “ağaç” sözcüğünden) ağaç halkalarından yaş belirleme tekniği, her türlü kalıntı için kullanılmıştır. Bazı ağaçlar yüzyıllarca, bazı çam ağaçlarıysa binlerce yıl yaşar. Halkaları incelendiğinde gelişim örüntüleri görülebilir. Örneğin 6 yıl boyunca hızlı gelişimle oluşan 6 geniş halkayı iki yıl boyunca zayıf gelişimle oluşan iki dar halka izleyebilir. Sonra diyelim ki yine bir geniş, üç dar halka. Eğer başka ağaçlarda da aynı örüntüler bulunabilirse bir zaman cetveli oluşturulabilir. Birçok ağacı karşılaştıran uzmanlar çok kesin ölçümler yapabilen bu cetveli binlerce yıl geriye götürmeyi başarmış, güvenilir bir veri bankası oluşturmuştur.

Bir bina veya gemiden çıkan bir kerestenin halka örüntülerini inceleyerek ağacın hâlâ büyümekte olduğu yılı tam olarak söyleyebiliriz. Bu da binanın en eski hangi tarihten kalmış olabileceğini verir. Örneğin bir kerestedeki halka çizgileri örüntüsü ağacın 1756 yılında hâlâ büyümekte olduğunu gösteriyorsa, ağaç 1756’da veya daha sonra kesilmiş demektir; bina ise ağaç kesildikten sonra yapılmış olmalıdır.

Bu teknik özellikle Amerikan yerlilerinin yaptığı binalarda çok faydalı olmuştur. Douglass 1930 civarlarında, dendrokronoloji kullanarak Yeni Meksiko, Chaco Kanyonu’ndaki en büyük “Koca Ev” olan Pueblo Bonito’nun yaklaşık 1100 yıllık olduğunu göstermiştir. İşin güzel yanı kerestenin yaşını anlamanız için ortasından kesmeniz gerekmiyor; keresteyi parçalamadan dıştan merkeze doğru ince bir boru şeklinde kesip üstündeki halkaları saymak yetiyor.

Buzla tarihlendirme

Antarktika, Grönland’da ve yüksek dağ tepeleri gibi bazı yerlerde sıcaklık, buzun erime derecesi olan 0°C ‘nin altına hiç inmez. Her yıl kar yağar ve yeni katmanlar oluşturur. Alttaki karlar üsttekilerin ağırlığıyla basıklaşır ve toz şekere benzeyen, “buzulkar” adı verilen bir tür buza dönüşür. Baskı daha da artınca buzulkar katı buza dönüşür. Atmosferdeki gazlar, tozlar, volkanik küller vs buzun içine hapsolur.

Bu buz katmanlarını ilk olarak Alman bilimciler incelemiştir. 1930’da Alfred Wegener’in merkez Grönland’daki Eismitte’e (buz merkezi) yaptığı keşif gezisinin bir parçası olarak, buzulbilimci Ernst Sorge, kendi eliyle kazdığı 15 metre derinliğindeki bir kuyunun yanlarındaki kar ve buzulkar katmanlarını inceledi. Yaptığı çalışmalar bunun faydalı bir araştırma konusu olabileceğini ortaya koydu.

O zamandan beri tüm dünyada pek çok araştırmalar yapıldı. Normal yöntem buzu uzunlamasına bir kalıp şeklinde alıp incelemek. Buna “buz çekirdeği” deniyor. Buza 10 cm çapında, su borusu kalınlığında bir tüp sokulup buzla beraber çıkartılıyor ve saklanıyor. 1960’larda Grönland’daki Camp Century’de 1390 metre derinlikten bir buz çekirdeği bu şekilde çıkartıldı. Bugüne kadar çıkartılan en uzun buz çekirdeği ise 3270 metre. Bu çekirdek, uzmanlar için son 740.000 yıldaki atmosfer koşullarıyla ilgili kesintisiz bir kayıt oluşturuyor. Çıkarma işlemi; Belçika, Danimarka, Fransa, Almanya, İtalya, Hollanda, Norveç, İsveç, İsviçre ve İngiltere’nin ortak projesi olan “Avrupa Antarktika’dan Buz Çekirdeği Çıkarma Projesi (EPlCA)”nın sonucuydu.

Bu çekirdeklerin üst kısımları gözle bakarak tarihlendirilebiliyor. Katmanlar yaklaşık 1800 metreye kadar net bir şekilde görülebiliyor ve ağaç halkaları gibi sayılabiliyor. Belli bir düzeyin altındaysa katmanlar o kadar basılmış oluyor ki buz haline geliyorlar. Bu durumda gözle bakmak yerine buzun içindeki volkanik küller inceleniyor. Asırlar içinde meydana gelmiş, dünyanın her yanında iklimsel etkileri olmuş ve tarihleri bilinen volkanik patlamaların külleri buzun içinde net bir şekilde görülebiliyor. Bu sayede belirli derinliklerin yaşı anlaşılabiliyor.

BUZ ÇEKİRDEKLERİNDEN NELER ÖĞRENEBİLİRİZ?

Buz çekirdekleri belirli bir yıla, veya daha ziyade yıllara ait bilgi verir. Analiz sonucunda çok çeşitli ayrıntılar ortaya çıkabilir:

• O sıradaki yerel sıcaklıklar. Küresel ısınma ve soğunmanın ipuçları ortaya çıkabilir.
• Karbondioksit ve metan da dâhil olmak üzere o dönemde atmosferdeki yeşil-sera gazlarının miktarları.
• Volkanik küller ve dolayısıyla volkanik patlamalar.
• Organik küller ve dolayısıyla orman yangınları.
• Çölleşme sonrası kum ve toz.
• İlk olarak 1880’lerde üretilen organo-halojen bileşiklerden 20. yüzyılın ikinci yarısında bol miktarda üretilen kloroflorokarbonlara (CFC) kadar, ozon tabakasına verdiği zararlardan dolayı günümüzde yasaklanan insan yapımı kimyasallar.
• Normalin çok üstünde klor-36 (36CI) atomu içeren bileşikler üreten atmosferik nükleer silah denemeleri.

Buz çekirdeklerinin çıkarılması ve incelenmesi, atmosferin geçmiş çağlardaki durumunu anlamak için temel bilgi kaynağı haline gelmiştir. Buz çekirdekleri doğanın en faydalı saatleri arasında yerlerini aldı.