Определение возраста Земли

1.

Жиронкин А.М. учитель физики
МБОУ Весёловская СОШ №1.

2.

Оборудование: Схемы и задания, подготовленные
на доске и компьютере.
Форма проведения: Урок – конференция (с
использованием машины времени).
Ход урока:
Организация урока. Проверка готовности класса к
уроку.
Новый материал.

3.

Цель урока:
Ознакомить учащихся с историей изменения
взглядов человека на возраст Земли и методом
«изотопного датирования»
Развитие интереса к астрономии и физике.
Укрепление и развитие связи с другими
предметами: математикой, биологией, химией.

4.

Епископа Ашера, как и многих
других людей интересовал
возраст Земли. Изучая
древнейшую книгу –
«Библию», он в 1654 году,
сложив возраст всех
поколений патриархов,
приведенных в ней, и добавив
период истории, для которого
имелись письменные
источники, определил, что
мир был сотворен в 4004 году
до нашей эры. То есть Земле
приблизительно 6 000 лет
(Ашер – 1654 г. Земле –
6 000 лет).

5.

Шотландец Джеймс Хаттон, занимаясь
геологическими исследованиями в 1785
году установил, что Земля
сформировалось в результате
физических, геологических и
химических процессов, медленно
действовавших в течение очень
длительных периодов времени и
продолжающих действовать сейчас. Эти
периоды времени превышают
человеческое воображение и могут
быть тысячами, миллионами, а может
быть и миллиардами лет. Точнее
сказать трудно.
(Хаттон – 1785г. – Земле миллионы,
а может миллиарды лет).

6.

Уильям Томсон (Кельвин)
к 1854 году по
излучаемому Солнцем
потоку энергии
рассчитал, что возраст
Солнца 32 000 лет и что
оно может излучать
энергию еще в 10 раз
дольше. Возраст Земли,
следовательно, никак не
дольше 32 000 лет.
(Томсон – 1854 год.
Земле – 32 000 лет).

7.

Чарльз Дарвин, в своем
труде «Происхождение
видов» опубликованный в
1859 году, указал, что виды
животного и
растительного мира
изменяются и
эволюционируют,
превращаясь в другие
виды, на протяжении как
минимум миллионов лет.
(Дарвин – 1859 год.
Земле – миллионы
лет).

8.

Уильям Томсон (Кельвин).
Под влиянием
доводов Дарвина и появившихся в последнее
время идей Гельмгольца, Томсон пересмотрел
свою точку зрения о возрасте Земли. По идее
Гельмгольца, Солнце и другие звёзды
образуются вследствие гравитационного
сжатия метеорных тел. При этом выделяется
гравитационная энергия достаточная, чтобы
Солнце и звёзды разогрелись до высокой
температуры и стали излучать свет и тепло. По
известной массе Солнца и измеренной
интенсивности излучения я вычислил, что
такой источник энергии мог бы существовать
20 млн. лет.
После этого он рассчитал возраст Земли,
исходя из представлений о том, что Земля
была вначале шаром расплавленной лавы, а
затем остывало и время остывания до
современного состояния по расчетам Томсона
(Кельвина) 25 млн. лет.
(Кельвин – 1860 год. Земле – десятки
миллионов лет).

9.

Джон Джоли, в 1900 году
обнародовал свои оценки
возраста Земли. Решая
вопрос о том, как океаны
стали солёными, он взял
измеренную концентрацию
ионов натрия, разделил её
на поток этих ионов,
приносимых в океан речной
водой, и вычислил, что для
достижения океаном такой
современной солености
потребовалось 80 – 100 млн.
лет.
(Джоли – 1900 год. Земле –
80 – 100 млн. лет.)

10.

Ко времени этих исследований
была открыта радиоактивность.
Уважаемые участники
конференции, что же такое
радиоактивность?
Кто и когда ее открыл?

11.

.
Уважаемые участники конференции, что же
такое радиоактивность? Кто и когда ее открыл?
Это явление самопроизвольного превращения
одних химических элементов в другие. Открыл А.
Беккерель в 1896 г.
Новозеландец Эрнест Резерфорд установил, что
радиоактивность сопровождается выделением тепла. Он
сделал вывод о том, что при непрерывном распаде
радиоактивных элементов в Земле могло выделится
значительное (с геологической точки зрения)
количество теплоты, что могло замедлить остывание, и
вычисленный возраст Земли может быть увеличен до
миллиардов лет.

12.

1. Из чего состоят ядра атомов
всех химических элементов?
2. Что показывает порядковый
номер элемента в таблице
Менделеева?
3. Что такое изотопы?

13.

1. Из чего состоят ядра атомов всех
химических элементов?
Из протонов и нейтронов.
2. Что показывает порядковый номер
элемента в таблице Менделеева?
Количество протонов в ядре.
3. Что такое изотопы?
Химические элементы с одним и тем
же числом протонов в ядре, но с разным
числом нейтронов, химические свойства
одинаковы).
А теперь на шкале машины времени по
прежнему 20 век и слово самому Резерфорду.

14.

Эрнест Резерфорд,
вместе с Содди
разработал метод
«изотопного
датирования», с
помощью которого
можно определить
возраст Земли.

15.

Рассмотрим метод «изотопного
датирования» на примере распада
радиоактивного изотопа К40.
Изотоп К40 самопроизвольно
распадается на изотопы Аr40 и Са40.
Как же это происходит?

16.

Как же это происходит?
K40 + e0 → Ar40 (β – захват ),
К40 → Ca40 + e0 (β – распад).
Скорость распада неизменна во времени и не
зависит от внешних условий. Каждые 1,3
млрд. лет из N имевшихся атомов К40
половина, т.е. N/2, распадается, причем 11%
распавшихся атомов превращаются в Ar40 , а
89% – в Са40. Химические свойства К40 и Ar40
различны: К40 обычный породообразующий
элемент, а Ar40 – газ.

17.

Магма быстро остывает и затвердевает, образуя
извержённую породу, обычно первоначально
содержащую несколько процентов К40 и не содержащую
Ar40, так что отношение Ar40/К40=0, – это определяет
точку отсчёта для данной породы. С этого момента
времени атомы Ar40, образующиеся при распаде атомов
К40, будут задерживаться в кристаллической решётке
породы, и по мере того как количество атомов К40
непрерывно уменьшается, количество атомов Ar40
увеличивается.
Отношение Ar40/К40, которое устанавливается
химическим путём, определяется исключительно
возрастом породы и не зависит ни от каких других
факторов, и поэтому его определение непосредственно
даёт возраст.

18.

Давайте вместе посмотрим график зависимости
возраста породы от отношения Ar 40 / K40.
Через 1,3 млрд. лет: атомов Ar 40 будет
0,11 N/2, а К40 – N/2 и Ar 40 / К40 = 0,11.
Через 2,6 млрд. лет: атомов Ar 40 будет
0,11 N/4+ + 0,11 N/2 = 0,11 • 3N/4,
а К40 – N/4 и Ar 40 /К40 = 0,33.
Через 3,9 млрд. лет: атомов Ar 40 будет
0,11 • N/8 + 0,11 • 3N/4 = 0,11 • 7N/8,
а К40 – N/8 и Ar 40/ К40 = 0,77.
Через 5,2 млрд. лет: атомов Ar 40 будет
0,11 • N/16 + 0,11 • 7N/8 = 0,11 • 15N/16,
а К40 – N/16 и Ar 40 /К40 = 1,65.
На графике это будет выглядеть так.

19.

t 109 лет
6
5
4
3
2
1
0
Ar40/K40
0,5
1
1,5
2

20.

1) Исследовать породу химическими средствами и установить
количество Ar40 и К40 в ней.
2) Найти отношение Ar 40 /К40.
3) По графику, зная отношение Ar 40 /К40, определить возраст
породы
Очевидно, что возраст Земли по меньшей мере равен
возрасту самых старых пород. Наиболее точные результаты даёт
метод изучения распада урана, хотя этот метод и сложнее, чем
калиево-аргоновый.
Резерфорд и Содди, используя распад урана, нашли
породы возрастом до 2 млрд. лет.
Первое точное определение возраста Земли было
осуществлено Кларой Паттерсон, в 1955 году в США. Ей слово.

21.

Клара Паттерсон,
определила изотопный состав
свинца (конечный продукт
распада урана) в
океанических осадках
(средний по всей земной
коре).
Как же уран распадаясь,
превращается в конце
концов в свинец?

22.

Как же уран распадаясь,
превращается в конце концов в
свинец?
Серия из восьми α – превращений
и шести β - превращений.
Ах - 4Nα = Ay (238 - 4 8 = 206);
Zx + Nβ - 2Nα = Zy (92 + 6 - 2 8 = 82).
Таким образом из урана
получился свинец.
Произведя расчеты я получила
возраст Земли 4,5±0,2 млрд. лет.
Этот результат многократно
проверялся и уточнялся, и сейчас
принято считать возраст Земли
равным 4,6± 0,1 млрд. лет.

23.

1. Каков «библейский» возраст Земли?
2. Опишите и сопоставьте сущность воззрений
на возраст Земли Хаттона, Кельвина, Дарвина,
Джоли.
3. В чём была новизна взглядов Резерфорда на
возраст Земли?
4. Какова сущность метода «изотопного
датирования»?
5. Как определяется возраст пород методом
«изотопного датирования».
6. Каковы современные представления о возрасте
Земли?

24.

Ашер – 1654 г. Земле – 6 000 лет.
Хаттон – 1785г. Земле миллионы, а может миллиарды
лет.
Томсон – 1854 год. Земле – 32 000 лет.
Дарвин – 1859 год. Земле – миллионы лет.
Кельвин – 1860 год. Земле – десятки миллионов лет.
Джоли – 1900 год. Земле – 80 – 100 млн. лет.
Резерфорд и Содди, используя распад урана, нашли
породы возрастом до 2 млрд. лет.
Паттерсон – 1955г. Возраст Земли 4,5±0,2 млрд. лет.

25.

III. Творческое домашнее
задание исследовательского
характера:
1. Где ещё используется метод
«изотопного датирования»?
2. Найти другие методы
определения возраста земных
пород, останков растений и
животных.

26.

Спасибо
за
внимание