Pekerjaan dari ahli geologi adalah menceritakan kisah nyata sejarah Bumi — lebih tepatnya, kisah sejarah Bumi yang lebih benar. Seratus tahun yang lalu, kami tidak tahu panjang cerita itu — kami tidak punya tolok ukur yang baik untuk waktu. Hari ini, dengan bantuan metode penanggalan isotop, kita dapat menentukan usia batu hampir sama baiknya dengan kita memetakan batu itu sendiri. Untuk itu, kita dapat berterima kasih kepada radioaktivitas, yang ditemukan pada pergantian abad terakhir.
Kebutuhan akan Jam Geologis
Seratus tahun yang lalu, gagasan kami tentang zaman batu dan zaman Bumi tidak jelas. Tapi jelas, batu adalah benda yang sangat tua. Dilihat dari jumlah batuan yang ada, ditambah laju proses pembentukannya yang tak terlihat — erosi, penguburan, fosilisasi, terangkat — catatan geologis harus mewakili waktu jutaan tahun yang tak terhitung. Wawasan itulah yang pertama kali diungkapkan pada 1785, yang menjadikan James Hutton bapak geologi.
Jadi kami tahu tentang "waktu yang dalam, "tetapi menjelajahinya membuat frustrasi. Selama lebih dari seratus tahun metode terbaik untuk mengatur sejarahnya adalah penggunaan fosil atau biostratigrafi. Itu hanya bekerja untuk batuan sedimen dan hanya beberapa di antaranya. Batuan dari zaman prekambrian hanya memiliki gumpalan fosil paling langka. Tidak ada yang tahu berapa banyak sejarah Bumi yang tidak diketahui! Kami membutuhkan alat yang lebih tepat, semacam jam, untuk mulai mengukurnya.
Bangkitnya Kencan Isotopik
Pada tahun 1896, penemuan radioaktivitas Henri Becquerel yang tidak disengaja menunjukkan apa yang mungkin terjadi. Kami belajar bahwa beberapa elemen mengalami peluruhan radioaktif, berubah secara spontan ke atom jenis lain sambil mengeluarkan ledakan energi dan partikel. Proses ini terjadi pada kecepatan yang seragam, sama mantapnya dengan jam, tidak terpengaruh oleh suhu biasa atau kimia biasa.
Prinsip menggunakan peluruhan radioaktif sebagai metode kencan sederhana. Pertimbangkan analogi ini: pemanggang barbekyu yang penuh dengan arang yang terbakar. Arang terbakar pada tingkat yang diketahui, dan jika Anda mengukur berapa banyak arang yang tersisa dan berapa banyak abu yang terbentuk, Anda dapat mengetahui berapa lama panggangan dinyalakan.
Setara geologis dengan pencahayaan panggangan adalah waktu di mana butiran mineral memadat, apakah itu dahulu kala di granit kuno atau hanya hari ini dalam aliran lava segar. Butir mineral padat menjebak atom radioaktif dan produk peluruhan mereka, membantu memastikan hasil yang akurat.
Segera setelah radioaktivitas ditemukan, para peneliti menerbitkan beberapa tanggal uji coba batuan. Menyadari bahwa peluruhan uranium menghasilkan helium, Ernest Rutherford pada tahun 1905 menentukan usia untuk sepotong bijih uranium dengan mengukur jumlah helium yang terperangkap di dalamnya. Bertram Boltwood pada tahun 1907 menggunakan timbal, produk akhir dari peluruhan uranium, sebagai metode untuk menilai usia mineral uraninite di beberapa batu purba.
Hasilnya spektakuler tetapi prematur. Batu-batu itu tampak sangat tua, berkisar dari 400 juta hingga lebih dari 2 milyar tahun. Tetapi pada saat itu, tidak ada yang tahu tentang isotop. Sekali isotop itu dijelaskan, selama 1910-an, menjadi jelas bahwa metode penanggalan radiometrik tidak siap untuk prime time.
Dengan ditemukannya isotop, masalah penanggalan kembali ke titik awal. Sebagai contoh, kaskade peluruhan uranium menjadi timah adalah dua — uranium-235 meluruh menjadi-207 dan uranium-238 meluruh menjadi-206, tetapi proses kedua hampir tujuh kali lebih lambat. (Itu membuat uranium-lead dating sangat berguna.) Sekitar 200 isotop lainnya ditemukan pada dekade berikutnya; mereka yang radioaktif kemudian ditentukan tingkat peluruhannya dalam percobaan laboratorium yang melelahkan.
Pada 1940-an, pengetahuan mendasar dan kemajuan instrumen ini memungkinkan untuk mulai menentukan tanggal yang berarti bagi geolog. Tetapi teknik masih maju hari ini karena, dengan setiap langkah ke depan, sejumlah pertanyaan ilmiah baru dapat ditanyakan dan dijawab.
Metode Kencan Isotopik
Ada dua metode utama penanggalan isotop. Seseorang mendeteksi dan menghitung atom radioaktif melalui radiasi mereka. Pelopor penanggalan radiokarbon menggunakan metode ini karena karbon-14, isotop karbon radioaktif, sangat aktif, membusuk dengan waktu paruh hanya 5.730 tahun. Laboratorium radiokarbon pertama dibangun di bawah tanah, menggunakan bahan-bahan antik dari era 1940-an sebelum kontaminasi radioaktif, dengan tujuan menjaga radiasi latar tetap rendah. Meski begitu, perlu berhitung minggu pasien untuk mendapatkan hasil yang akurat, terutama dalam sampel lama di mana sangat sedikit atom radiokarbon. Metode ini masih digunakan untuk isotop langka dan sangat radioaktif karbon-14 dan tritium (hidrogen-3).
Sebagian besar proses pembusukan kepentingan geologis terlalu lambat untuk metode penghitungan pembusukan. Metode lain mengandalkan benar-benar menghitung atom masing-masing isotop, tidak menunggu beberapa dari mereka membusuk. Metode ini lebih sulit tetapi lebih menjanjikan. Ini melibatkan persiapan sampel dan menjalankannya melalui a spektrometer massa, yang memilah mereka atom demi atom menurut beratnya serapi salah satu mesin penyortir koin.
Sebagai contoh, pertimbangkan metode penanggalan kalium-argon. Atom kalium datang dalam tiga isotop. Kalium-39 dan kalium-41 stabil, tetapi kalium-40 mengalami pembusukan yang mengubahnya menjadi argon-40 dengan waktu paruh 1.277 juta tahun. Jadi semakin tua sampel, semakin kecil persentase kalium-40, dan sebaliknya semakin besar persentase argon-40 relatif terhadap argon-36 dan argon-38. Menghitung beberapa juta atom (mudah hanya dengan mikrogram batuan) menghasilkan kurma yang cukup baik.
Penanggalan isotop telah mendasari seluruh abad kemajuan yang telah kita buat tentang sejarah sejati Bumi. Dan apa yang terjadi dalam milyaran tahun itu? Itu cukup waktu untuk menyesuaikan semua peristiwa geologis yang pernah kita dengar, dengan miliaran yang tersisa. Tetapi dengan alat kencan ini, kami sibuk memetakan waktu yang dalam, dan ceritanya semakin akurat setiap tahun.