Icon up Overzicht

Bezaaid met oeroude termietenheuvels (Exaktueel)

Onderwerp: Werking van apparaten

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

In een uitgebreid droog bosachtig gebied in Brazilië liggen talloze termietenheuvels die enkele meters hoog zijn en een middellijn hebben van een meter of tien. (Op de foto - minder brede - termietenheuvels in Namibië.)


Figuur 1, bron: Wikipedia

De nesten van de termieten liggen onder de grond; de heuvels bestaan uit het bouwafval dat is vrijgekomen bij het graven van de nesten en de tunnels. In de NRC van 23 november 2018 staat dat onderzoekers met behulp van een dateringsmethode die gebruikmaakt van het verschijnsel luminescentie hebben kunnen vaststellen hoe oud deze heuvels zijn. Hoe dat in zijn werk gaat, komt verderop aan de orde.

a) Zoek op wat luminescentie is.

Fosforescentie en fluorescentie zijn bekende voorbeelden van luminescentie.

b) Wat is het verschil tussen deze twee?

Zandkorrels bestaan voor een groot  deel uit kwarts. Kwartskristallen hebben de eigenschap dat elektronen in het rooster onder invloed van ioniserende straling (bijvoorbeeld afkomstig van van nature in de bodem aanwezige radioactiviteit) in een hogere energietoestand kunnen komen, waarin ze ten gevolge van onregelmatigheden in het kristalrooster langdurig blijven. Zodra er echter licht van geschikte golflengten op het kristal valt, zullen de elektronen onder uitzending van fotonen terugvallen naar lagere energieniveaus. Bij kwarts gebeurt dat bij belichting met zichtbaar licht. Dat noemt men ´optisch gestimuleerde luminescentie´ (OSL).

c) Leg uit dat de intensiteit van de luminescentie groter is naarmate het kristal langer onafgebroken in het duister geweest is.

d) Men zegt dat bij OSL´de klok op nul gezet´ wordt als het kristal aan daglicht wordt blootgesteld. Licht dat toe.

e) Hoe kan in principe de ouderdom van het inwendige van een  termietenheuvels vastgesteld worden?

OSL is een goed alternatief wanneer koolstofdatering met 14C niet mogelijk is.

f) Waarom is de 14C-methode niet bruikbaar om de ouderdom van de termietenheuvels te bepalen?

Hoe OSL precies werkt is complex. Vereenvoudigd gaat het als volgt. Het onderzoek van de zandkorrel wordt in een doka (donkere kamer) gedaan. De korrel wordt belicht met blauwe of groene leds. De slechts enkele seconden aanhoudende luminescentie ligt dan in het gebied van ultraviolet (340 tot 370 nm). Deze intensiteit wordt gemeten.

Om de ouderdom te bepalen onderzoekt men eerst hoe groot de natuurlijke radioactieve straling van de bodem is.  Dan bekijkt men in het donker hoeveel straling minimaal nodig is om een kwartskorrel dezelfde intensiteit van luminescentie te kunnen geven als een even grote korrel uit de ondergrond die nooit bovengronds geweest is . Dit geeft informatie hoeveel jaar verstrijkt voordat de korrel maximale luminescentie geeft en hoeveel dat dan is. Door deze waarde te  vergelijken met de feitelijke luminescentie van de te onderzoeken korrel (die van de termiet), kan men schatten wanneer bij deze de klok op nul werd gezet. Dat is het tijdstip waarop deze onder de grond verdween.

g) Waarom is het nodig dat het golflengtengebied van de luminescentie niet overlapt met die van de belichting?

h) Betreft het hier fosforescentie of fluorescentie?

De berekende ouderdom wordt niet voor niets een schatting genoemd.

i) Noem enkele redenen.