Tarihöncesi Zamanların Bilimsel Tarihlendirilmesi

Radyoaktif saatler zamanı milyonlarca yıl biriminde belirlerler, fakat bunu ne derece doğru yaparlar?

Bu ve bunu izleyen diğer iki makale, bir zamanlar yaşamış olan organizmaların kalıntılarının ve kayaların yaşlarını ölçmek üzere jeologlar tarafından kullanılan radyoaktif tarihlendirmeyi tanımlar ve değerlendirir. Bu makaleler, radyoaktivite alanında hem araştırma hem de endüstri dallarında birçok yıllık tecrübesi olan bir nükleer fizikçi tarafından hazırlanmıştır.

“Sinkhole, zengin bir arkeolojik bölgedir. Bilim adamları, 10.000 yıllık kalıntılara dayanarak Buzul Çağında Florida’da insanların yaşadığına inanıyorlar.”

“Japonya’da en eski Taş Devri kulübesi Osaka yakınında ortaya çıkarılmıştır. Arkeologlar bu kulübenin yaklaşık 22.000 yıllık olduğunu tahmin ediyorlar.”

“Yaklaşık 1 milyon yıl önce, doğu Corona’da (Kaliforniya) bir nehir akardı ve mastodonlar, develer, atlar ve tavşanlar, kıyılarına sık sık uğrayan tarihöncesi hayvanlar arasındaydı.”

BU YENİ iddialar, arkeologlar ve paleontologların buluşlarıyla ilgili sözlerine tipik birer örnektir. Yeni bulunan bir kalıntı hakkında, insanların ilk olarak öğrenmek istedikleri şey, onun ne kadar eski olduğudur. Muhabirlerle konuşan bilim adamları, bir delile dayansalar da dayanmasalar da yahut sadece bir tahmin söz konusuysa bile hemen bir cevap vermeye hazırdırlar.

Bu tür haberleri okuduğumuzda, ‛bunu nasıl bilebilirler?’ sorusu zaman zaman aklınızdan geçer mi? 10.000 yıl önce Florida’da ve 22.000 yıl önce Japonya’da insanların yaşadığı veya mastodon ve develerin 1 milyon yıl önce Kaliforniya kırlarında dolaştığı ne kadar kesindir?

Eski kalıntıların yaşını belirlemek için çeşitli bilimsel ölçme yöntemleri vardır. Bazıları diğerlerine oranla daha güvenilir olmakla birlikte, hiçbiri tarihsel kayıtların gösterdiği yaşlar kadar kesin değildir. İnsanın tarihsel kayıtları en fazla 6.000 yıl öncesine dayanır. Bu tarihten daha geriye ait bilgiler, sadece bilimsel ölçme yöntemlerine dayanır.

Radyoaktif Tarihlendirme Yöntemi

Bilimsel tarihlendirmede kullanılan çeşitli ölçme yöntemleri arasında en güveniliri radyoaktif saatlerdir. Bunlar, parçalanma sürecindeki radyoaktif atom çekirdeğinin ölçülen oranlarına bağlıdır. Diğer yöntemler, ısı değişikliği gibi farklı çevre şartları altında hızlanan veya yavaşlayan bir yaşlanma sürecine bağlıdır. Oysa radyoaktivite oranlarının aşırı dış etkiler karşısında bile değişmediği anlaşılmıştır.

Uranyum-Kurşun Saati

Bu metodu, uranyumun kendi kendine parçalanarak kurşuna dönüşmesi sürecine dayanan, ilk radyoaktif saat örneği olarak tanımlayabiliriz. Radyoaktif parçalanma tam anlamıyla istatiksel olasılık kanununa göre gerçekleşir. Bir zaman biriminde kendiliğinden parçalanan uranyum miktarı, kalan miktarla daima orantılıdır. Bu olay sonucunda, belirli bir zaman geçtiğinde kalan miktarlar, sayfa 41’de bulunan şekildeki gibi bir eğri meydana getirir. Uranyumun yarısının kaybolması için gerekli süre yarılanma zamanı olarak adlandırılır. Kalan yarının bir yarısı, ilk miktarın çeyreğini bırakarak, sonraki yarılanma süresinde kaybolacaktır. Üç yarılanma süresi sonunda, sekizde biri kalır ve bu, böylece devam eder. Uranyumun yarılanma süresi (yarı ömrü) 4,5 milyar yıldır.

Uranyum, kurşuna dönüştüğünden, kurşun miktarı sürekli artar. Belirli bir zamanda biriken kurşun miktarı, şekilde kesik eğri ile gösterilmiştir. Kurşun eğrisi uranyum eğrisinin tümlecidir; bu nedenle kurşun ve uranyum atomlarının toplam sayısı daima aynıdır; baştaki sayıya eşittir.

Şimdi, içinde kurşun bulunmayan sadece uranyum bulunan bir kayanın varlığını düşünüyoruz ve bu kayayı içeriden dışarıya veya dışarıdan içeriye hiçbir şeyin geçemeyeceği şekilde sıkıca kapatıyoruz. Bir süre sonra açıp iki elementin miktarını ölçüyoruz. Bu ölçüm sonunda kayanın ne kadar süre kapalı kaldığını bilebiliriz. Örneğin, eğer eşit miktarda uranyum ve kurşun bulursak, bir yarılanma süresinin, yani 4,5 milyar yılın geçtiğini anlarız. Sadece yüzde bir oranındaki uranyumun kurşuna dönüştüğünü bulursak, eğrinin matematik formülünü kullanarak, 65 milyon yıl geçtiğini hesaplayabiliriz.

Kayada başlangıçta ne kadar uranyum olduğunu bilmemize gerek olmadığına dikkat edelim, çünkü ölçmemiz gereken, sadece sürenin sonunda oluşan kurşunun kalan uranyum miktarına oranıdır. Bu böyle kabul edilmeli, çünkü hiçbirimiz deneyin başında herhangi bir şeyi ölçmek için orada değildik.

Belki de milyon, hatta milyar yıl gibi çok geniş zaman dilimlerinden söz ettiğimizi düşünebilirsiniz. Bu kadar yavaş işleyen bir saatin ne gibi işlevleri olabilir? Bundan, bizzat dünyanın birkaç milyar yıldan beri var olduğunu ve bazı yerlerde, bu sürenin büyük bir kısmı boyunca var olduğu sanılan kayaların bulunduğunu öğreniyoruz. Bu nedenle jeologlar, dünya tarihi incelemelerinde böyle bir saati çok yararlı buluyorlar.

Bunlar Ne Kadar Güvenilirdir?

Tarihlendirme yönteminin aslında burada tanımladığımız kadar basit olmadığını kabul etmeliyiz. Kayanın başta kurşunsuz olması gerektiğini belirttik. Durum çoğunlukla böyle değildir; başlangıçta bir miktar kurşun vardır. Bu da kayanın yaşına belirli bir yaş ekler, yani kaya başlangıçta sıfır yaşında değildir. Aynı zamanda uranyumun hiçbir şeyin içeri veya dışarı sızamayacağı şekilde kayaya kapatıldığını varsaymıştık. Bu, bazen doğru olabilir, fakat her zaman böyle değildir. Uzun zaman devreleri boyunca bir miktar kurşun veya uranyum dışarı sızarak, yeraltı sularına karışabilir. Veya kaya özellikle tortul bir kaya ise, daha fazla uranyum veya kurşun içeri girebilir. Bu nedenle uranyum-kurşun saati en iyi sonucu ancak volkanik kayalar üzerinde verir.

Madende bulunabilen toryum adlı diğer bir elementin, radyoaktif oluşu ve zamanla kurşuna dönüşmek üzere kendiliğinden parçalanması da, başka zorluklar oluşturmaktadır. Bunun yanı sıra uranyum, kimyasal olarak aynı, fakat kütle olarak farklı ikinci bir izotopa sahiptir ve bu da değişik bir oranda kurşuna dönüşmek üzere parçalanır. Bunlardan her biri farklı bir kurşun izotopu ile sonuçlanır; bu nedenle, sadece deney tüpleri ile bir kimyagere değil, aynı zamanda çeşitli izotopları ve farklı kütleye sahip kurşunları sınıflandıran özel aleti olan bir fizikçiye de ihtiyaç vardır.

Böylece uranyum-kurşun saatini kullanan jeologlar, makul ölçüde güvenilir cevaplar vermek istiyorlarsa, birçok tuzağa dikkat etmelidirler. Onlar, yaş ölçümlerini doğrulayacak başka radyometrik yöntemlere sahip olduklarından dolayı memnundurlar. Çoğu kez aynı kaya üzerinde uygulanabilen başka iki metot geliştirilmiştir.

Potasyum-Argon Saati

En yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri, potasyum-argon saatidir. Potasyum, uranyuma göre daha sıradan bir elementtir—potasyum klorür, bildiğimiz tuzun yerine geçebilen bir madde olarak satılır. Genellikle kütleleri 39 ve 41 olan iki izotopu vardır, kütlesi 40 olan üçüncü bir izotopu ise hafif radyoaktiftir. Atom çekirdeğinin parçalanmasının bir ürünü de, atmosferin yaklaşık yüzde birini oluşturan etkisiz bir gaz olan argondur. Kütlesi 40 olan potasyumun yarılanma süresi, 1,4 milyar yıldır. Bu da uygun olarak on milyonlarca yıldan milyarlarca yıla kadar değişen yaş sürelerini ölçmekte kullanılabildiğini gösterir.

Uranyumun tersine potasyum, yerkabuğunda yaygındır. Volkanik ve tortul kayalar gibi en yaygın kayalardaki birçok maddenin bileşiminde vardır. Potasyum-argon saatinin çalışması için gereken koşullar yukarıda açıklananların aynıdır: Saatin çalışmaya başladığı an, yani maddenin oluştuğu zaman, potasyumun argonsuz olması gerekir. Ve sistemin, bu sürenin sonuna kadar, herhangi bir miktar potasyum veya argonun dışarı veya içeri sızmasına izin vermeyecek şekilde kapalı kalması gerekir.

Uygulamada saat ne kadar iyi çalışır? Bazen gayet iyi, bazen de başarısızdır. Bazen uranyum-kurşun saatinin gösterdiği yaş sürelerinden çok daha farklı ve çoğunlukla daha küçük yaşlar gösterir. Bu tür sonuçların argon kaybından kaynaklandığı sanılmaktadır. Fakat diğer kayalarda potasyum ve uranyumla ölçülen yaşlar birbirine çok yakındır.

Potasyum-argon saatinin çok sözü edilmeye değer bir kullanımı, Apollo 15’in astronotları tarafından aydan getirilen bir kayanın tarihlendirilmesinde olmuştur. Bilim adamları, bu kayanın ufak bir parçasını kullanarak, potasyum ve argonu ölçtüler ve kayanın yaşını 3,3 milyar yıl olarak belirlediler.

Rubidyum-Stronsiyum Saati

Daha yakın bir tarihte, madenler için başka bir radyoaktif saat geliştirildi. Bu, rubidyumun stronsiyuma dönüşürken uğradığı parçalanmaya dayanır. Rubidyum atomunun çekirdeği inanılmaz derecede yavaş parçalanır. Yarılanma süresi 50 milyar yıldır! En eski kayalarda bile o kadar az parçalanmıştır ki eklenen stronsiyum 87’yi, başlangıçta mevcut olan stronsiyumdan ayırt edebilmek için çok titiz ölçümler gereklidir. Madenin içinde, rubidyumdan 100 kat fazla stronsiyum bulunabilir, oysa 1 milyar yılda bile rubidyumun sadece yüzde birinden biraz fazlası parçalanır. Bu zorluklara rağmen, bazı olaylarda parçalanmanın sonucu ortaya çıkan çok az miktardaki stronsiyum ölçülmüştür. Bu saat, diğer yöntemlerle bulunan yaşları kontrol etmekte yararlıdır.

Bu yöntemin ilgi çekici bir kullanım örneği, güneş sistemini oluşturan ilk malzemelerin bir kalıntısı olabileceği düşünülen bir meteor taşı üzerinde oldu. Bu taş, astronomların inancına göre, gezegenleri oluşturmak için kuramsal olarak birlikte düşen kayalara benziyordu. 4,6 milyar yıl olarak belirlenen yaşı, bu görüşle uyum içindeydi.

Rubidyum-stronsiyum saatinin göze çarpan bir başarısı, yukarıda açıklandığı gibi aydan getirilen kaya parçasının tarihlendirilmesidir. Kayadaki 5 farklı maden analiz edildi ve hepsi, aynı sonuçta birleşerek bu yaş, potasyum-argon yaşının aynı olmak üzere 3,3 milyar yıl olarak belirlendi.a

Bazı durumlarda, bu üç jeolojik saat tarafından elde edilen karşılaştırmalı yaşlar, birbiri ile yakından uyum içindedir. Oysa bu gibi durumların, böyle bir uyumun sadece tümüyle uygun koşullar altında mümkün olduğunu gösterdiğini vurgulamak gerekir. Ve genellikle koşullar uygun değildir. Birbiri ile uyuşmayan karşılaştırmaların daha uzun bir listesini vermek mümkündür.

Paleontologlar Fosilleri Tarihlendirmeyi Deniyorlar

Paleontologlar, jeologların, yaşları birkaç milyon yıl olan kayaları tarihlendirmekteki başarılarını taklit etmeye kalkıştılar. Onlar, fosillerden bazılarının bu yaş grubuna girebileceğine inanıyorlar. Ne yazık ki, potasyum-argon saati onlar için bu kadar iyi çalışmıyor! Tabii fosiller, volkanik kayalarda değil, sadece tortullarda bulunur ve bunlar için bu radyometrik tarihlendirme çoğunlukla güvenilir değildir.

Bunun bir örneği, fosillerin daha sonra süngertaşı oluşturmak üzere birleşerek kalın bir volkanik kül tabakası altına gömülmesidir. Bu, gerçekte tortul bir katmandır, fakat hava ile katılaşan volkanik bir maddeden yapılmıştır. Eğer bu katman tarihlendirilebilirse, içinde kapalı kalan fosilin yaşının belirlenmesinde yardımcı olacaktır.

Böyle bir duruma, Tanzanya’da Olduvai Vadisinde rastlanmıştır. Oradaki maymun benzeri fosiller özel ilgi çekti, çünkü bu fosilleri bulanlar, onların insanöncesi bir halkayı oluşturduklarını iddia ettiler. Fosillerin içinde bulunduğu volkanik süngertaşının ilk argon ölçümleri 1,75 milyon yıllık bir yaş belirledi. Fakat başka bir ehliyetli laboratuvarda yapılan sonraki ölçümlerde sonuç yarım milyon yıl eksik bulundu. Evrimcileri en fazla hayal kırıklığına uğratan etken, altta ve üstteki diğer süngertaşı tabakalarının yaşlarının tutarlı olmamasıydı. Bazen üst tabakada alttakinden daha fazla argon vardı. Fakat bu tamamen yanlıştı, jeolojik olarak, alttakinden daha sonra birikmiş olması gerektiğinden, üstteki tabaka daha az argon içermeliydi.

Böylece sonuç, “argon kalıntısı”nın ölçümleri bozduğudur. Önceden oluşmuş argonun tümü, erimiş kayadan kaynayarak buharlaşıp ayrılmadı. Saat sıfıra ayarlanmamıştı. Yanardağın içinde eridiği zaman, kayada potasyumun önceden oluşturduğu argonun sadece binde biri bile kalmış olsa, saat yaklaşık bir milyon yıl geriden başlamış olacaktı. Bir uzmanın ifade ettiği gibi: “Tarihlerden bazıları yanlış olmalıdır ve eğer bazıları yanlış ise, belki hepsi yanlıştır.”

Her ne kadar uzmanların görüşüne göre bu tarihler tamamen anlamsız olabilirse de, Olduvai Vadisindeki fosillerin, 1,75 milyonluk yaşı, evrimi savunan gözde yayınlarda yinelenmeye devam eder. Bu konuda bilgisi olmayan okuyuculara, bu tür tarihlerin, gerçekte tahminden başka bir şey olmadığı uyarısında bulunulmaz.

[Dipnotlar]

[Sayfa 40’taki pasaj]

Uranyum-Kurşun saatini kullanan jeologların birçok tuzağa karşı dikkatli olmaları gerekmektedir

[Sayfa 42’deki pasaj]

Böyle yaşların, tahminden öteye gitmediği iddiasına karşı hiçbir söz söylenemez

[Sayfa 41’deki grafik]

(Ayrıntılı bilgi için lütfen yayına bakın.)

Uranyumun eksilmesi kurşunun çoğalması ile ters orantılıdır

100%

50%

25%

12.5%

Yarı ömürler

kurşun (argon)

(potasyum) uranyum

[Sayfa 40’taki şema]

(Ayrıntılı bilgi için lütfen yayına bakın.)

Uranyum

Kurşun

Başlangıçta bu kayada ne kadar uranyum (veya kurşun) vardı?

Ne kadar uranyum (veya kurşun) daha sonra kayaya sızdı?

Ne kadar kurşun, toryumun parçalanmasından türedi?