Dwa lata temu pewna doktorantka z irańskiego uniwersytetu przesłała na Wydział Nauk o Ziemi UŚ próbki skał badanych w ramach przygotowywanej rozprawy doktorskiej. Ich wiek oceniała na około 120 mln lat. W swoim materiale skalnym zidentyfikowała obecność apatytu, dzięki czemu w celu obliczenia wieku można było przeprowadzić tzw. datowanie chemiczne (izotopowe). Badania wykazały, że materiał miał ponad 440 mln lat, a otrzymane przez doktorantkę wyniki dotyczyły paleozoiku. Interpretacji dokonał dr Krzysztof Szopa specjalizujący się w stosowaniu tej metody.

Dr Krzysztof Szopa z Wydziału Nauk o Ziemi UŚ

– Jestem petrologiem, uczę się czytać skały jak książkę. Badając je, nie jestem tylko geologiem, ale przede wszystkim przyrodnikiem. Pojedyncza skała może zawierać wiele zapisanych historii, które, niczym wątki w kryminale, budują całą fabułę. Krok po kroku trzeba opisać i scharakteryzować jej wszystkie składowe, często przyglądamy się nie tylko samym minerałom i kompleksom skalnym, lecz również ukształtowaniu terenu czy choćby szacie roślinnej. Elementy te dopełniają jej historię, która często i niespodziewanie może się zmienić. To ważne informacje, ponieważ od rodzaju skał zależy wybór metody obliczania ich wieku – wyjaśnia młody naukowiec.

Petrolog stosuje przede wszystkim metodę U-Pb (uranowo-ołowiową) datowania procesów geologicznych. Zaczynając badanie skał, przygotowuje niewielki, wypolerowany plasterek badanego materiału o grubości około 25–30 mikrometrów zwany szlifem cienkim. Używając następnie specjalnych mikroskopów, może zobaczyć to, co nie jest widoczne gołym okiem. Do datowania wykorzystuje izotopy, czyli odmiany pierwiastków podlegające rozpadowi promieniotwórczemu – a zatem takich, których jądro promieniotwórcze ulega przemianie w inne jądro w określonym czasie. Stały i charakterystyczny dla każdego izotopu jest czas, w którym połowa całkowitej ilości pierwiastka ulega rozpadowi. Jest to proces niezależny od warunków zewnętrznych. Badając interesujące naukowców skały czy minerały, można zatem obliczyć ilościowy stosunek produktu rozpadu promieniotwórczego do danego (macierzystego) izotopu. Na tej podstawie określa się następnie początek tego procesu, co z kolei pokrywa się z wiekiem procesu tworzącego minerał czy skałę.

– Metoda datowania izotopowego jest stosowana jednak głównie do badania bardzo starych skał krystalicznych (magmowych i metamorficznych). W tym przypadku do datowania wykorzystywane są najczęściej cyrkon, monacyt, tytanit czy apatyt – wyjaśnia naukowiec.

Wyniki pomiarów porównywane są następnie do wzorców o znanym i potwierdzonym wieku, które stanowią punkt odniesienia do wykonywanych obliczeń.

Jednym z większych sukcesów jest datowanie cieszynitów (nazwa nawiązuje do miasta Cieszyna) pochodzących z tzw. cieszyńskiej prowincji magmowej. Po raz pierwszy skały te zostały opisane w XIX wieku. Mają one najczęściej formę silli – skał magmowych ulokowanych horyzontalnie pomiędzy warstwami osadów przybierających kształt spłaszczony lub walcowaty o długości zwykle od jednego do kilku metrów. Datowanie cieszynitów było skomplikowane. Niemal wszystkie minerały magmowe występujące w nich są zwietrzałe, co oznacza, że nie mają zachowanego pierwotnego składu chemicznego. W ciągu dwóch ostatnich dekad podjęto próby datowania tych skał, lecz błąd pomiarowy związany z różnymi minerałami i użytymi metodami był bardzo duży, dlatego uzyskany wiek mieścił się w przedziale od 145 do 90 mln lat. Tak duży interwał tworzenia się relatywnie małych ciał magmowych nie może mieć miejsca.

– Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, wspólnie z dr. hab. Romanem Włodyką oraz dr. Davidem Chew zastosowaliśmy jedną metodę izotopową. Udało nam się wykorzystać w tym celu apatyt, bo tylko ten minerał w nich występujący nie był zmieniony przez późniejsze procesy. Okazało się, że interesujące nas skały miały 121 mln lat! W tym przypadku margines błędu wynosi około 5 mln lat, z naszego punktu widzenia wynik ten był więc satysfakcjonujący – mówi młody naukowiec.

Dr Krzysztof Szopa zajmuje się również popularyzacją geologii, biorąc udział w różnych festiwalach nauki, spotkaniach z młodzieżą czy konferencjach. Dostarcza wielu eksponatów i jest autorem dwóch albumów promujących Muzeum Wydziału Nauk o Ziemi UŚ, bierze także udział w realizacji badań dla sektora przemysłowego.

– Szczególnie interesujące są badania odpadów elektrownianych i hutniczych, takich jak popioły czy żużle. Sprawdzamy m.in., czy mogą mieć zastosowanie wtórne, na przykład do produkcji betonu czy innych materiałów służących chociażby do budowy dróg – mówi petrolog. W ten sposób łączy wszystkie swoje naukowe zainteresowania: geologię, chemię i ochronę środowiska