Apsolutna geohronologija

Apsolutna geohronologija događaje iz historije Zemljine prošlosti određuje u manje ili više jasnim i preciznim iznosima godina (hiljadama i/ili stotinama, milionima i milijardama godina). Na osnovu ana1itike (ne)posrednosti, možemo razlikovati:

• direktno (neposredno), i
• indirektno (posredno)

određivanje starosti paleoantropoloških ili bilo kojih drugih paleobioloških ili paleogeoloških uzoraka. Metodi direktne procjene starosti počivaju na neposrednom proučavanju osteološkog ili (rjeđe) nekog drugog materijala organskog porijekla. Shodno tome, procjenjuju se i apsolutne starosti tragova materijalne kulture. Indirektnim putem, apsoiutna procjena starosti posmatranog nalaza izvodi se na temelju njegove hronološke povezanosti ili međuodnosa sa materijalnim ostacima i fenomenima pouzdano dokazane starosti. U vezi s tim, posredna procjena starosti nalaza se može oslanjati na odgovarajuée podatke o starosti

• izvornog sloja, tj. onog sloja Zemljine kore iz kojeg potiče proučavani nalaz, ili
• bilo kog stratuma ili nalaza sa kojim se posrnatrani objekt može dovesti u nesumnjivu hronološku vezu;

u ovu katcgoriju metoda apsolutne geohronologije spada i

• određivanje starosti uzoraka na osnovu teorijsko-matematičkih rekonstrukcija vremenskog slijeda dogaðaja iz Zernljine prošlosti.

I direktni i indirektni oblici apsolutne procjene starosti uzoraka koriste se dostignućima fundamentalnih prirodnih i matematičkih nauka, Na osnovu dosadašnjih iskustava u ovoj oblasti, paleoantropološka i paleogeološka nauka najveće povjerenje poklanja geohemijskim i geofizičkim metodima.

• Geohemijski metodi predstavljaju najpouzdanije oblike apsolutne procjene starosti materijalnih tragova antropogeneze i filogeneze, jer počivaju na (in)direktnoj radiometrijskoj analizi, odnosno poznavanj u dužine poluživota radioaktivnih hemijskih elemenata. Kao što je poznato, poluživot (poluvijek) ovakvih elemenata predstavlja vrijeme koje je potrebno da se početna građevna količina inicijalnog izotopa, procesom radioaktivnog raspadanja, smanji na polovinu. Imajući u vidu kontinuitet i postojanost brzine tog procesa, a na temelju brojčanog odnosa pojedinih faza (izotopa) radioaktivne transformacije, moguée je relativno precizno procijeniti apsolutnu starost proučavanih slojeva i nalaza.

Geohemijski metodi

Metod ¹⁴C

Glavni članak: Metod radiougljika

Metod radiougljika, analizira cikluse promjene radiougljika (¹⁴C), tj. količinski odnos između (radioaktivnog) ¹⁴C i ("običnog") ¹²C u ostacima organske tvari i atmosferi, koji se uzima kao direktni pokazatelj apsolutne starosti nalaza. Davno je zapaženo da u višim slojevima atmosfere kosmička radijacija oslobaða neutrone, koji bombardovanjem dušika, proizvode radiougljik (¹⁴N + neutron → ¹⁴C + proton). Stoga se i ugljendioksid javlja u oblicima ¹²CO₂ i ¹⁴CO₂. Također je poznato da period poluraspadanja ¹⁴C traje 5.568 ± 30 godina. U novije vrijeme ti proračuni su ispravljeni na 5.730 godina, što se ugrađuje kao popravka u ranije − standardizirane − krive proračuna starosti proučavanog materijala.

U procesu razmjene materije i energije između organizma i životne sredine, ostvaruje se prirodna ravnoteža količine ¹⁴C u atmosferi i živoj supstanci. Karakteristična brzina radioaktivne promjene tog elementa u živoj tvari iznosi 15,6 raspadâ, po gramu, u minuti. Smrću individue, organska materija se isključuje iz biociklusa, pa se (približno) svakih 5.600 godina koliéina ¹⁴C smanjuje na polovinu. Drugim rijeèima, odnos ¹²C : ¹⁴C mijenja se srazmjerno starosti uzorka. Za prvih 5.600 godina intenzitet radioaktivnog raspadanja opadne na 7,8 raspada po gramu u minutu, za naredni (toliki) period - na 3,9 takvih jedinica itd.

Odgovarajuáa ispitivanja starosti antropoloških nalaza pomoću radioaktivnog ugljika pokazala su da mogućnost procjene starosti ovim metodom doseže 40.000 (prema nekiin podacima i do 70.000) godina, a precizinost mu se mijenja u granicama od ± 100 do ± 1 200 godina, što u najvećoj mjeri zavisi od starosti i kvaliteta, odnosno stepena očuvanosti proučavanog materijala. Ovo je jedini metod direktne procjene apsolutne starosti fosilnih ostataka života na Zemlji i daje ogroman doprinos razbijanju minulih i savremenih zabluda o filogenetsko-evolucijskim tokovima i odnosima.

Metod radija

"Metod radija" (u novije vrijeme češče pominjan pod nazivom metod uranija) se primjenjuje u indirektnoj procjeni apsolutne hronologije nalaza organskog porijekla i događaja iz proteklih (oko) 300.000 godina. U antropološkim istraživanjima najčešće je korišten za procjenu starosti nalaza iz slojeva morskog dna. Ovaj metod apsolutne hronologije se zasniva na analizi pokazatelja kvantitativnih odnosa medu pojedinim izotopima iz lanca radioaktivne transformacije uranija:

²³⁸U → ²³⁸Th → ²³⁴Pa → ²³⁴U → ²³⁰Th → ²²⁶Ra → ..... ²⁰⁶Pb.

Pošto je dužina poluživota (t/2) nekih elemenata iz ove sekvence, u geohronološkim razmjerima, sasvim zanemarljiva (²³⁴Pa - protaktinijum: 1,14 minuta, ²³⁴Th - torij: 24,1 dan itd.), u odgovarajuáiin istraživanjima se posmatraju samo odnosi između ²³⁸uranija (t/2=4,49 milijardi godina), ²³⁴uranija (t/2=269.000 god.), ²³⁰Th - torija (t/2=80.000 godina), ²²⁶radijuma (t/2=1.622 godine) i stabilnog izotopa ²⁰⁶olova. Na osnovu ovoga je moguće procijeniti starost inicijalne faze radioaktivnog procesa, odnosno procijeniti apsolutnu starost posmatranog sloja. Tako, naprimjer, podjednaka količina ²³⁶uranija i ²⁰⁶olova (1 : 1) dokazuje da je od nastanka analiziranog uzorka prošlo jedno poluvrijeme raspada ²³⁰U (oko 4,5 milijardì godina). Kao hronološki indikator može dobro poslužiti i registrirani gradijent radioaktivnosti radijuma u proučavanom profilu Zemljine kore.

Apsolutna starost minerala, u kojima se odvija proces radioaktivne transformacije ²³⁸U (i njegovih izotopa), također se može procijeniti i mikroskopskom analizom. Fisijom uranijevih izotopa odvajaju se teški energetski djelići koji (u izvjesnim mineralima) ostavljaju mikroskopski vidljive tragove (koji podsjećaju na godove na presjeku stabla). Broj tih linijskih tragova posredno određuje dužinu perioda koji je protekao od nastanka minerala.

Kalij − Argon tehnika

Tzv. "Kalijum-argon tehnika" apsolutne procjene starosti uzoraka se temelji na pojavi da prirodni kalij sadrži izvjesnu količinu radioaktivnog izotopa ⁴⁰K, koji se spontano uz stalnu brzinu raspada u argon:

⁴⁰K (EC) → ⁴⁰Ar, uz paralelni proces –

⁶⁰K (β) → ⁴⁰Ca.

Pošto je ⁴⁰Ca široko rasprostranjen u stijenama i zemljištu, njegov brojni odnos sa sup>40K ne daje pouzdane informacije o trajanju ove radioaktivne promjene. Gasoviti argon se relativnoo rijetko susreće u prirodi, ali se u nekim kalijevim mineralima gotovo redovno javlja.

Brojčanim dokazivanjem odnosa argona i kalijuma (Ar - K ratio) u mineralima proučavanih naslaga, može se posredno odrediti i apsolutna starost prisutnih fosilnih ostataka i geoloških slojeva. Poluvijek ⁴⁰K → ⁴⁰Ar transformacije traje preko milijardu (1,2 x 10⁹) godina, pa se ovaj metod primjenjivao i u starosnoj procjeni najstarijih krupnih formacija Zemljine kore. U paleoantropološkim istraživanjima (zbog toga što se u nalazonosnim slojevima argon javlja tek u tragovima) pouzdanost "K - Ar tehnike" ne doseže dalje od oko 20 hiljada godina unazad. Posebno je bila atraktìvna primjena ovog metoda u nekim novijim pokušajima apsolutne procjene starosti paleoantropoloških tragova koji su nađeni u okamenjenoj lavi. Naime, u uzavreloj lavi u utrobi Zemlje odnos između argona i kalijuma ravan je nuli (Ar: K=0), pošto tu nije prisutan ⁴⁰Ar. U trenutku erupcije, između ostalog, uključuje se i ⁴⁰K − ⁴⁰Ar sat. Jcdan poluživot (1,2 x 10⁹ godina) kasnije, 50% ⁴⁰K se raspadne na izotope ⁴⁰Ar (11%) i ⁴⁰Ca (89%); Ar - K odnos tada iznosi 0,11. Vremenom on raste i predstavlja pouzdanu osnovu za tačnu procjenu starosti okamenjene lave (i u njoi zarobijenih fosila).

Geofizički metodi

Geofiziëki metodi apsolutne procjene starosti nalaza, u dosadašnjim paleoantropološkim istraživanjima, širu prijemnu uglavnom su imali na osnovu odgovarajućih podataka o cikličnosti i intenzitetu insolacije Zemljine kore i fenomenu "paleomagnetizma".

Glaciološko-astronomski metod

Glaciološko-astronomski metod određivanja starosti uzoraka zasniva se na teorijskoj rekonstrukciji odgovarajućih astronomskih fenomena i njihovih mogućih veza sa prirodom stvarnih klimatskih promjena tokom geološke prošlosti, po čemu je poznat pod nazivom astronomski, glaciološki, klimatološki itd. metod. Astronomski proračuni apsolutne geohronologije polaze od teorijskih konstanti za prosječnu dužinu karakterističnih perioda u:

• (1) nagnutosti Zemljine ekliptike (42.000 godina),
• (2) ekscentričnosti Orbite (92.000 godina) i
• (3) longitude perihela (21.000 godina).

Na osnovu tih elemenata moguće je matematički rekonstruirati minula i prognozirati buduća kolebanja u intenzitetu insoliranosti Zemljine atmosfere. Proračune ovih promjena na geografskim širinama 55°, 60° i 65°, tokom posljednjeg miliona godina, klimatolozi dovode u vezu sa slijedom i dinamikom pleistocenskih (inter)giacijacija u tom području. Ovi materijalizirani klimatski orijentiri pomenutih astronomskih fenomena u lìteraturi se ponekad uglavnom objašnjavaju kao posljedice djelovanja nekih drugih činilaca (razvoj geomorfoloških prilika u polarnirn područjima, promjene u koncentraciji atmosferskog CO₂, na primjer). Zbog toga, rezultate primjene klimatološkog (glaciološkog) metoda procjene starosti uzoraka paleoantropologija i prahistorija još uvijek često prihvataju kao pokazatelje relativne geohronologije. Polazeći od logične pretpostavke da je kolebanje intenziteta insolacije (i u kompleksu sa ostalim mogućim klimatskim faktorima) moglo da bude jedan od izrazito djelotvornih odrdnica pojave glečera i glacijalne aktivnosti, postaje nedvojbeno da astronomsko-klimatološko apsolutna procjena starosti pleistocenskih naslaga i nalaza (i pored svih ograničenja) ima izuzetan i samosvojni i naponjujući značaj. Kada je riječ o Sjevernoj hemisferi, u slijedu krupnih klimatskih promjena tokom kvartara, općeprihvaćena literatura obično razlikuje četiri velika ledena i tri međuledena doba.

Istovremeno, Južna hemisfera je bila zahvaćena odgovarajućim brojem pluvijalnih (kišnih) i interpluvijalnih (međukišnih, sušnih) perioda. Pouzdano je dokazano da je nakon (najmanje) 100 miliona godina blage klime, tokom proteklih milion godina Sjeverna hemisfera doživje1a devet velikih glacijalnih udara, koji se (na osnovu karakterističnog hronološkog grupiranja) svrstavaju u ćetiri pomenute pleistocenska ledena doba. Prva tri ledena doba su imala po dva, a četvrto – tri jača zahlaðenja (stadijala), razdvojena kratkotrajnim razdobljima slabljenja glacijalne aktivnosti (interstadijalima). Prema sasvim grubim kriterijumima, u srednjoevropskim prilikama, glacijacijom se označava onaj period u kome se današnja granica "vjeóitog snijega i leda" na vertikalnom profilu (oko 3.000 m nad razinom mora) spuštala za oko 600 m. Na podruëju bivše Jugoslavije, međutim, ta granica se pomjerala čak i za 1.800 m. Prosječna temperatura je bila niža za oko 10–12 °C, a razina mora – za preko 100 m. Četiri velika srednjoevropska ledena doba, svoje tipične odraze su imala u području gornjeg dijela Dunavskog sliva; oznake

• (I) Günz,
• (II) Mindel
• (III) Riss i
• (IV) Würm,

dobile su po abecednom slijedu desnih pritoka Dunava. Tri manje (pret)pleistocenske hladne pulsacije, koje su se javile oko 500 hiljada godina prije Günza, označavaju se zajedničkim irnenom − Dunav.

Procjenjuje se da je posljednja velika glacijacija (Würm) završena prije oko 8-12 hiljada godina. Izrazito naglašene klimatske promjene koje su se dešavale tokom kvartara (za vrijerne interglacijacija u Evropi je vladala suptropska klima, na primjer) imale su ogromne posljedice i u strukturi i u distribuciji živog svijeta. Mnogi biljni i životinjski oblici nestaju sa lica naše planete, a ljudski preci i srodnici preživ1javaju zahvaljujući bitnim posebnostima svoje prilagodbene vrste, prije svega umnim sposobnostima, proizvodnji oruđa za obezbjeđivanje egzistencijalnih potreha i društvenom načinu života. Među značajnijim pretpostavkama ljudskog opstanka bila su svakako i otkrića vatre i odjeće, sigurnijih skloništa i obitavališta itd.

Geomagnetni metod

Geomagnetni meiod apsolutne procjene starosti uzoraka počiva na teorijskim i empirijskim pretpostavkama minule periodičnosti u ponašanju inklinacijske krive Zemljinog magnetnog polja. U antropološka istraživanja je uveden još krajem 17. stoljeća, kada je dokazan magnetizam arheološkog materijala (posebno keramike). Tom prilikom je zapažena podudarnost glavne magnetne orijentacije tog materijala, putem igle sa geomagnetnim usmjerenjem. Tako je, teorijski gledano, uporednom analizom inklinacijske krive i magnetne usmjerenosti nalaza ili matičnog sloja, moguće procijeniti apsolutnu starost bilo kog posmatranog objekta. Iako je to otkriće otvorilo široke perspektive za primjenu ovog metoda u apsolutnoj procjeni starosti različitih materijalnih tragova antropogeneze, dosadašnja iskustva u ovoj oblasti stečena su procjenom starosti pretežno mlađih (prahistorijskih) ostataka materijalne kulture.

Geomagnetni metod se najčešće primjenjujc u određivanju apsolutne starosti keramike i opeke, ali su zadovoljavajući rezultati dobijcni i odgovarajućim analizama magnetizma u glečerskim glinama, morskim talozima i u vulkanskoj lavi. Treba naglasiti, međutim, da zbog određenih nejasnoća u proteklom kolebanju geomagnetizna, geohronolozi i arheolozi upozoravaju na niz ograničenja u primjeni ovog metoda. Poseban oprez zahtijeva čitanje podataka o starosti nefiksiranih nalaza, odosno predmeta koji su sekundarno mogli biti pomijerani sa početnog položaja. I pored tih ograničenja, ovaj metod procjene starosti može biti veoma efikasan, osobito u kompleksnom postupku analize, kada se nekim drugim tehnikama (radiohemijskim, naprimjer) pouzdanije ograniči širi vremenski interval nastanka proučavanog sloja ili nalaza.

Ostali metodi

Ostali metodi apsolutne geohronologije obuhvataju niz relativno rjeđe primjenjivanih postupaka procjene starosti nalaza i slojeva. Od svojih prapočetaka, historijska geologija, paleobiologija, uključujući i paleoantropologiju, nastoje što pouzdanije odrediti starost pojedinih slojeva Zemljine kore, odnosno traženih materijalnih tragova. Metodološki pristupi tih pokušaja su veoma heterogeni, što je dovelo do relativno česte pojave nepodudarnosti dobijenih podataka o istom objektu istraživanja. Pored prethodno navedenih apsolutnohronoloških metoda, u širu primjenu su uključivani:

• analiza dinamike i posljedica vulkanske i seizmičke aktivnosti,
• debljina pojedinih slojeva,
• intenzitet erozije,
• brzina denudacije (ogoljavanja)
• dendrologija
• palinologija, te specijalne modifikacije
• geofizičkog,
• geohemijskog,
• litološkog,
• stratigrafskog,
• geomorfološkog,
• pedološkog, i ostalih raspoloživih metoda (u nedostatku uslova za primjenu pouzdanijih).

Također pogledajte

• Radioaktivnost