Tại sao chuẩn đoán niên đại qua chất phóng xạ lại có tên trong danh sách 100 phát hiện vĩ đại nhất?

Trước đây, các nhà khoa học đã đoán rằng trái đất khoảng mấy nghìn năm tuổi, nhưng đây chỉ là sự suy đoán không có căn cứ khoa học. Boltwood là người đầu tiên tìm ra phương pháp đáng tin cậy nhất để tính toán niên đại của trái đất. Bởi vì các loại đá này cũng có mặt gần như cùng thời điểm với trái đất, nên phán đoán niên đại các loại đá đó sẽ cung cấp một bằng chứng khá hợp lý cho việc tính toán niên đại trái đất.

Khám phá của Boltwood cũng cho phép các nhà khoa học có thể phán đoán niên đại các lớp đá riêng biệt, địa tầng trái đất và nghiên cứu lịch sử hình thành vỏ trái đất. Phát hiện này cũng tạo điều kiện cho nghiên cứu lịch sử hình thành lớp vỏ trái đất. thúc đẩy phát triển kĩ thuật phán đoán tuổi của thực vật, các văn tự ghi chép, xã hội, các kiến trúc cổ đại. Boltwood đã một lần nữa mang đến cho địa chất học một quan niệm về thời gian mà nó đã từng bị những tính toán sai lầm trước đây hủy hoại.

Chuẩn đoán niên đại qua chất phóng xạ được phát hiện ra như thế nào?

Vào cuối thế kỷ XIX, Marie Curie đã tìm ra chất phóng xạ. Năm 1902, Frederick Soddy (người đầu tiên trên thế giới phát hiện ra chất đồng vị) và Ernst Rutherford cùng khám phá ra tốc độ phân hủy chất phóng xạ urani và thori không đổi. (Thời gian cần thiết cho số nguyên tử chất phóng xạ trong tiêu bản tiến hành phân hủy là như nhau, nó được gọi là “chu kỳ bán rã”). Họ còn phát hiện hai nguyên tố phóng xạ này đều phân đôi theo trình tự cố định thành nguyên tố khác (chúng luôn luôn dùng phương pháp nhân đôi này để tạo thành một nguyên tố khác giống như nguyên tố ban đầu). Điều này đã giúp các nhà khoa học nghĩ đến việc làm thế nào để có thể tận dụng thành quả này vào trong các nghiên cứu khoa học khác.

Bertram Boltwood sinh năm 1870 tại Amherst, Massachusetts. Ông theo học về chuyên ngành vật lý (sau này giảng dạy môn vật lý) tại trường Đại học Yale. Năm 1905, trong khi làm nghiên cứu, Boltwood nhận thấy luôn luôn có chì trong khi phân tích vật chất chứa urani và thori.

Bertram Boltwood nghĩ rằng điều này sẽ vô cùng có ý nghĩa và ông đã tiếp tục nghiên cứu 43 loại mẫu khoáng sản tiếp theo và sắp xếp theo trình tự của chúng theo niên đại. Nếu mẫu khoáng vật tuổi càng cao thì hàm lượng chì trong đó thu được càng nhiều và hàm lượng uranium càng giảm. Boltwood đưa ra kết luận, sự phân hủy phóng xạ này bắt đầu từ uranium và kết thúc sẽ tạo ra chì - chất phi phóng xạ (uranium cuối cùng phân hủy thành chì). Ông tiếp tục nghiên cứu quá trình này xảy ra với nguyên tố thori và cũng thu lại kết quả như vậy.

Boltwood phỏng đoán rằng nếu tốc độ phân hủy urani và thori là cố định thì chúng ta có thể tiến hành đo được hàm lượng chì trong mẫu khoáng vật và hàm lượng hai chất phóng xạ urani và thori có trong lớp đá để đoán biết được tuổi của chúng (phải mất bao nhiêu lâu kể từ khi bắt đầu tiến trình phân hủy phóng xạ trong đá). Trong khi kiểm tra mẫu thí nghiệm này, ông dùng máy đếm ghai-ghe để đếm cứ mỗi phút urani phân hủy được bao nhiêu nguyên tử và dùng quang phổ kế đo khối lượng để xác định xem trong mẫu đá đó tồn tại bao nhiêu nguyên tố vi lượng.

Nếu biết được trong mẫu đá hiện tồn tại bao nhiêu chì và urani thì có thể biết được tốc độ phân hủy của urani và biết được “chu kỳ bán rã” của nguyên tố đồng vị urani. Nhờ đó, Boltwood có thể tính toán được thời gian phân hủy của chất phóng xạ xảy ra trên mẫu đá đó và có thể biết được mẫu đá này đã bao nhiêu tuổi.

Năm 1907, Boltwood cho công bố kết quả tính toán niên đại của ông trên 10 mẫu khoáng vật. Mỗi loại đều có niên đại rất cao, chúng lâu đời tới mức khiến người ta phải kinh ngạc, có thể gấp vài chục lần, thậm chí tới vài trăm lần so với tưởng tượng của con người trước đây. Boltwood ước đoán trái đất có cách đây khoảng 2,2 tỷ năm (tuy con số này nhỏ hơn so với hiện nay nhưng so với quá khứ nó có thể lớn hơn mười mấy lần).

Năm 1947, nhà hóa học người Mỹ, Willard Libby, đã phát hiện ra chất đồng vị cacbon mới nhất, loại cacbon 14 có thể dùng để tính toán niên đại của xác thực vật và động vật. Cacbon 14 của Libby đã tính được chính xác niên đại của một tổ chứ thực vật có cách đây 45.000 năm. Ngoài ra, loại cacbon 14 này cũng có thể dùng để phán đoán được cả niên đại của các mẫu giấy.

schoolnet@