Kuvaterner tarihlendirme yöntemleri

Tarihlendirme (veya yaşlandırma) yöntemleri özellikle sağladığı yüksek doğruluk derecesi ve güvenilir sonuçlar veriyor olması nedeniyle başta yerbilimleri olmak üzere birçok disiplin tarafından, çok çeşitli amaçlar için kullanılmaktadır.

Ağaç halkaları her yıl büyür. Bir ağaçtan küçük bir sondajla örnek alınarak halkalar sayılır ve bu şekilde son derece yüksek güvenilirlikte dendrokronolojik bir zaman ölçeği oluşturulabilir ve karbon-14 tarihlemesi ile denetimleri gerçekleştirilebilir. Kuvaterner çalışmalarında dendrokronoloji yöntemi birçok alana uygulanabilir. Örneğin; İklim çalışmalarında, jeomorfolojinin (dendrojeomorfoloji) kendi içindeki birçok alanda; buzul çalışmalarında (dendroglasiyoloji), volkanik faaliyetlerde (dendrovolkanoloji), depremler ve kaya glasiyelleri çalışmalarında, enkaz akışları, kaya düşmeleri ve heyelan sahalarının belirlenmesinde, çığlar, termokarst süreçleri, seviye değişiklikleri, flüvyal süreçlerin yaşlandırılması ve kumul hareketleri gibi çalışmalarda dendrokronoloji yöntemi uygulanır.

Başta buzul gölleri olmak üzere, birçok gölde bulunan farklı çökel katmanları yıllık olarak oluşmaktadır. Bazı göllerde varv katmanları binlerce yıl geriye gidebilmektedir. Varvlar jeolojik kayaç oluşumlarında, hatta Prekambriyen yaşlı çökellerin içinde dahi ayırt edilebilir.

Radyokarbon, uzaydan Yer atmosferine ulaşan kozmik ışın nötronları ile atmosferin üst katında bulunan nitrojen atomları arasındaki kimyasal etkileşimin bir ürünüdür. Bu etkileşim, nitrojen atomunun 14C izotopunu meydana getirmek üzere nötron kazanması ve bir proton kaybetmesi sürecini içermektedir. 14C, oluşumunu takiben atmosferde çok hızlı bir şekilde okside olarak 14CO2 molekülünü meydana getirir ve diğer radyoaktif olmayan CO2 molekülleriyle birleşerek stratosferik rüzgarlarla tüm atmosfere yayılır. Böylelikle biyosfere dahil olan radyokarbon, bitkiler tarafından gerçekleştirilen fotosentez ve hayvanların bitki tüketimi süreçleriyle besin zincirine girerek küresel karbon döngüsünün bir parçası haline gelir.

Amerikalı kimyacı Williard Libby 1947 yılında bitkilerin fotosentez esnasında karbon-14’ü absorbe ettiğini belirlemiştir. Canlının ölümü gerçekleştiği zaman fotosentez duracağı için karbon-14’ünde emilimi sona erecek ve mevcut karbon-14 bilinen oranda radyoaktif bozuşmaya başlayacaktır. Libby, bir bitkinin kalıntılarında mevcut olan kalıntı karbon-14 konsantrasyonunun ölçümüyle bitkinin ölümünden bu yana geçen zamanın hesaplanmasının mümkün olabileceğini keşfetmiş ve bu buluşuyla 1960 yılında kimya dalında Nobel ödülünü almıştır. Kuvaterner süreçlerinin aydınlatılmasında kullanılan radyokarbon (Karbon-14, 14C) tarihlendirme yöntemi, jeolojik zaman kavramı içinde en önemli buluşlardan birisidir. Radyokarbon tarihlendirmeleri Kuvaterner döneminin son 45 – 50 bin yıllık bölümüne hitap eder.). Karbon-14, odun kömürü, turba, kemik, hayvan dokusu, deniz kabukları, mağara çökelleri, yeraltı suyu, deniz suyu ve buzda bulunur. Dolayısıyla yöntem için kullanılacak materyallerin çoğu bunlardır. Bu yöntem arkeologlara ve Kuvaterner paleoekolojisi çalışanlara, Geç Pleyistosen ve Holosen Dönemleri için yüksek güvenilirlikte yaşlandırma yapma imkânı sağlar. Uygulamada radyokarbon tarihleme yönteminin bir dizi hata kaynağı bulunmaktadır. Bu hata kaynaklarının başlıcaları şunlardır: (a) Kirlenme, (b) İzotopik ayrışma, (c) Denizel rezervuar etkisi, (d) 14C üretimindeki değişkenliktir.

Yüzey yaşlandırma olarak da adlandırılan kozmojenik yaşlandırma yöntemi ile herhangi bir kayacın veya sedimanın ne kadar süredir yeryüzünde yüzeylendiği belirlenebilmektedir. Kuvaterner devrine ait bir yerşeklini oluşturan sedimanı kullanarak, kayacın oluşum yaşı ne olursa olsun, kozmojenik yöntem aracılığıyla depolanma yaşı ölçülebilmektedir. Kozmojenik nüklit jeokronolojisi, kozmik radyasyona maruz kalan materyallerde oluşan belirli nüklitlerin zaman içerisindeki birikimin ölçülmesi esasına dayanmaktadır.

Dünya atmosferini sürekli olarak bombardımana tutan yüksek enerjili kozmik ışınların büyük bir kısmı, kaynağını Samanyolu Galaksisi içerisindeki süre nova patlamalarından almaktadır. Bu ışınlar yer atmosferiyle çarpıştığından büyük oranda nötronlardan oluşan ikincil kozmik ışınlar meydana gelmekte ve bunların oldukça az bir kısmı yer kabuğuna ulaşabilmektedir. İkincil kozmik ışınların karasal malzemeyle teması sonucunda, bu malzemelerin en üst 1-2 metrelik kozmojenik nüklitler oluşmaktadır. Radyasyona maruz kalan karasal malzemelerin yüzeyinde zamanla biriken bu kozmojenik nüklitlerin ölçülmesi, materyallerin ne zamandan beri gün yüzü gördüğünün kantitatif (sayısal) olarak belirlenmesini sağlamaktadır. Kozmojenik nüklit yöntemi jeomorfolojik birimlerin yaşı, denüdasyon oranı, belirli jeomorfolojik süreçlerin zamanlamasının belirlenmesinde; arkeolojik açıdan ise fosillerin, insan yapımı araç gereçler ve yapılar ile kayaç-sediment yüzeylerinin tarihlenmesinde kullanılabilmektedir.

1960’lı yıllarda geliştirilen ve büyük ölçüde volkanik kayaçların yaşının belirlenmesi için uygulanan argon radyometrik tarihleme yöntemi, potasyum-40 (40Ar) hazına radyoaktif bozunumu esas alan bir jeokronolojik sistemdir. Argon izotop tarihlemesinde jeokronolojik olarak iki farklı yaklaşım vardır ve bunlardan birincisi potasyum-argon (40K/40Ar) yöntemidir. Eriyik haldeki lavın soğuma sürecinde, lavın içerisindeki 40K izotopun bozunumuyla 40Ar gazı atmosfere karışmaktadır; ancak lavın soğumasıyla ideal koşullar altında, lavın içerisindeki bu radyoaktif gaz kaçacak yer bulamaz ve kayacın içerisine hapsolur. Yani, lavın soğumasıyla izotopik saat ‘’sıfırlanır’. Kayaç içerisinde hapsolan bu bozunma ürünü izotop, zamanın bir fonksiyonu olarak kayaç içerisinde birikir. Volkanik kayaçtan alınan bir örneğin laboratuvar ortamında incelenmesiyle, volkanik kayacın ne zaman soğuduğunu, dolayısıyla da volkanik aktivitenin ne zaman gerçekleştiğini anlamış oluruz.

Argon izotop tarihlemesinde jeokronolojik olarak ikinci yaklaşım argon-argon (40Ar/39Ar) yöntemidir. Bu tarihleme yöntemi, Kuvaterner ve öncesinde meydana gelmiş volkanik malzemelerin tarihlendirilmesi için kullanılır. Sahip olduğu düşük hata payından dolayı 40Ar/39Ar yöntemi genç volkanik olayların güvenilir bir kronolojisinin oluşturulması açısından konveksiyonel 40K/40Ar yöntemine göre belirgin avantajlara sahiptir. Argon tarihleme yöntemi direkt olarak meydana gelen volkanik olayların yaşının belirlenmesi için kullanılabileceği gibi, aynı zamanda çeşitli jeolojik ve jeomorfolojik birimlerin rölatif olarak tarihlendirilmesinde de kullanılabilmektedir. Örneğin, yanal atımlı bir fayın ne kadar zamandır aktif olduğu ve yıllık ortalama hareket miktarı, argon yöntemiyle tarihlendirilen bir volkanik birimin zaman içerisinde ne kadar ötelendiğinin hesaplanmasıyla bulunabilir.

Kuvaterner biliminde Radyokarbon tarihlendirme yöntemlerinden sonra en çok kullanılan yöntemlerden birisi de Uranyum serileri tarihlendirmesidir. Bu yöntemler II. Dünya Savaşı’ndan sonra geliştirilmiş olup, volkanik kayaçlar, denizel sedimanlar, kemik, diş, yumuşakçalar, mağara çökelleri, resif oluşturan mercanlar, derin deniz mercanları, turba ve travertenler gibi değişik maddelere uygulanmaktadır. Bunların içinde resifal mercanlar ve mağara çökelleri, tarihlendirmeleri Kuvaterner iklim ve deniz seviyesi değişimlerinin detaylarını anlamak ve Radyokarbon zaman cetvelinin kalibrasyonunu oluşturmak için büyük öneme sahiptir.

Fizyon izleri tarihlendirmesi çeşitli mineral (zirkon, apatit, titanit) ile doğal ve yapay camlar için kullanılmaktadır. Fizyon izleri, camlarda konik çukurluklar, mikalarda elmas, zirkon ve apatitlerde ise iğne şekilleriyle tanınırlar. Yöntem özellikle oluşumundan bu yana tekrar ısıtılmamış göreceli genç örnekler için kullanılır ve bu yüzden arkeoloji ve jeolojinin potansiyel ilgi alanı içindedir. Arkeoloji çalışmalarındaki önemi, özellikle eski çağlarda çeşitli amaçlar için kullanılmış obsidyenlerden elde edilen tarihlendirmelerle obsidyenlerin kaynak alanları ve eski ticaret yollarının anlaşılması gibi konularda önemli bilgilere olduğu söylenebilir. Cam ya da minerallerde doğal olarak oluşan 238U fizyon izlerinin optik mikroskoplarla sayılması esasına dayanır. Fizyon izleri yöntemi geniş bir zaman aralığında tarihlendirme yapabilmeyi sağlaması yönünden, ayrıca Kuvaterner tarihlendirmelerinde en çok tercih edilen yöntemlerden birisidir.

Bu yöntem, üzerinin örtülmesinden sonra tekrar açığa çıkartılmış olan kuvars veya feldspat kristallerinin daha önce maruz kaldığı radyasyon miktarının ölçülmesi esasına dayalıdır.

Bu yöntem, organik kalıntılarda korunmuş olan proteinlerde zamana bağlı olarak meydana gelen kimyasal gelişimleri esas alır. Rasemizasyon hızı sıcaklıktan etkilendiğinden yaşlandırma için derin mağaralar gibi sıcak değişimlerinin olmadığı yerlerden örnekler alınır.

Bu yöntem, toprağın A horizonunun kalınlığı ver organik içeriğini, B horizonunun gelişimini ve bütünüyle Profil Gelişim İndeksi gibi toprak gelişim derecelerinin ölçümlerini kullanır.

Demir içeren bazı mineraller veya taneler, kritik bir seviye olan Curie sıcaklığının üzerine çıkan bir sıcaklıkla ısıtıldıklarında, yeryüzünün manyetik alanına duyarlı hale gelir. Kritik seviyelerinden daha yüksek seviyelere ısıtılan kayaların içindeki mineral ve taneler, oluşumları esnasında etkili olan manyetik alan yönelimini korurlar. Kayaçların bağımsız yollarla yaşlandırılabildiği yerlerde, paleomanyetik bir zaman ölçeği düzenlenebilir. Bu zaman ölçeği, paleomanyetik kalıntıların tek başına kullanıldığı diğer yerlerde uygulanabilir.