Når den kosmiske strålings sekundære kaskader at partikler rammer jordens klipper skabes der forandringer i disse, som kan danne grundlag for aldersdatering. Denne datering rækker fra ca. 1000 år til ca. 10 millioner år tilbage. Den kosmiske stråling frembringer spalleringer i grundstoffer i klippernes øverste lag og danner derved nye isotoper. Disse isotoper (ioniserede stoffer) bliver en slags “forurening” i kvartskrystallernes gitre.
I kvarts kan silicium og ilt ændres til henholdsvis radioaktivt Al-26 og Be-10, som opbygges, så længe sandet/stenen ligger på overfladen og kan eksponeres af kosmisk stråling. Be-10 har en halveringstid på 1,6 millioner år og Al-26 har en halveringstid på 705.000 år. Når kvarts bliver eksponeret for sekundær kosmisk stråling, vil Be-10 blive produceret med en rate på 4,7-6,4 atomer pr gram kvarts pr år og Al-26 bliver produceret med en rate på 29-40 atomer pr gram kvarts pr år, forudsat at den kosmiske stråling som når jordens overflade er konstant over tid.
Begge produktioner er dog også afhængige af geografisk placering og placeringens højde over vandoverfladen samt eventuelle afskærmninger pga, bjerge, vegetation, isdækning etc. Produktionsraten for disse to isotoper har et konstant forhold: Al-26/Be-10 = 6,75. Forholdet i niveauet af de to isotoper fungerer så at sige som et kosmisk drevet ur, og med et nyt, meget præcist instrument kan man helt præcis tælle antallet af de radioaktive kerner. (Nishiizumi et al. 1989, Gosse & Philipps 2001, Philipps et al. 2016).
Ved at tælle de radioaktive isotoper Be-10 og Al-16 og måle antallet i forholdt til andre isotoper medfører at videnskabsmændene kan estimere det antal år klippen har været eksponeret for den kosmiske stråling. Koncentrationen af disse stoffer falder jo længere man kommer ind i klippen, derfor undersøger man kun de øverste lag.
| Faktaboks Det foregår i praksis ved at man borer et hul skråt ind i klippen og derefter slår en stift ind i hullet hvorved der løsnes et lille stykke klippe, svarende til hvad man kan have i en håndflade. Dette bliver efterfølgende bragt til laboratorier hvor det knuses. Knusemaskinen skal være helt ren for at undgå kontraminering. Den knuste klippe sigtes derefter til den rigtige størrelse. Magnetisk separation fjerner mineraler med indhold af jern, hvilker efterlader f.eks. 100 g sand som består af kvarts og feldspat. Feldspat fjernes ved at sandet anbringes i et bad med f.eks. flussyre på et rystebord i ca 2 uger. Syren skiftes hver dag. Nu er det mest modstandsdygtige kvarts tilbage. Efter andre kemiske bearbejdninger er stoffet klar til at blive analyseret i en Accelerator Mass Spektrometer (AMS). |
Når man har bestemt forholdet mellem de naturligt forekommende isotoper og de isotoper fremkaldt ved kosmisk stråling kan man beregne eksponeringstiden under forudsætning af en konstant produktionsrate over tid. Denne forudsætning holder dog ikke idet der også skal tages højde for at den kosmiske strålings intensitet på jordoverfladen varierer pga. topografisk afskærmning, højde- og breddegrad, afskærmning fra sne og vegetation m.m. Desuden spiller jordens og solens magnetfelt også ind på intensiteten af den stråling der når jorden. Ligesom det forudsættes at den kosmiske stråling fra universet har været konstant over tid.
Metoden bruges ofte til at bestemme af hvor længe der er gået siden en ”ledeblok” blev efterladt af den is der tidligere transporterede den til dens nuværende placering. Da isen således smeltede bort efterlod den stenen blottet på jordoverfladen og den kosmiske stråling her herefter haft frit spil. Antallet af Be-10 og Al-26 isotoper som måles i stenens overflade har, under forudsætning af konstant påvirkning af kosmisk stråling, en direkte sammenhæng til det antal år stenen nar været eksponeret af den kosmiske stråling.
Måleusikkerhed
Denne usikkerhed knytter sig især til dårlig indsamlingsstrategi samt kontaminering af prøven i forbindelse med udtagelsen og i forbindelse med den efterfølgende håndtering. Fordi de kosmiske stråler kun penetrerer få centimeter af stenen, er det vigtigt at sikre sig at den har ligget samme sted. At den ikke har været trillet rundt eller ned af en skråning, eller at den i perioder har været dækket af vegetation eller sne. Desuden vil forvitringsprocesser over tid have fjernet noget af overfladen. Desuden er der usikkerhed der knytter sig til selve målingen i laboratoriet. Det er meget små mængder radioaktivt Be-10 og Al-26 der dannes i løbet af året. Blot en lille uregelmæssighed i dataindsamling kan medføre rimeligt store divergenser i forholdet til målt- og reel alder.
Usikkerhed som følge af fortolkning af resultatet
Denne usikkerhed knytter sig især til fastsættelse af t=0, dvs. hvornår startede ”uret”. Fx har den pågældende sten været eksponeret inden den blev lagt til hvile. Har stenen været midlertidigt afskærmet fra den kosmiske stråling (vegetation, sne, is m.m.)
Usikkerhed som følge af de gjorte antagelser
Den største usikkerhed i det hele taget er nok knyttet til antagelsen af at den kosmiske strålings intensitet har været den samme gennem tusinder eller endda millioner af år, og at de geologiske processer har været konstante over tid (forvitringsprocesser, sedimentering etc.).
