Что такое радиометрическое датирование?
Радиометрическое датирование определяется как метод, используемый для определения возраста объекта путем измерения количества радиоизотопа, содержащегося в объекте, по сравнению с содержащимся в нем продуктом распада. Нестабильный радиоизотоп иногда называют родительским изотопом, а продукт распада — дочерним изотопом. Радиометрическое датирование также называют радиоизотопным датированием или радиоактивным датированием, поскольку оно измеряет количество радиоактивных изотопов, оставшихся в объекте. Это метод абсолютного датирования, то есть результаты дают точный возраст объекта. В стратиграфии геологи также используют относительную датировку. Относительное датирование не дает точного возраста объекта, но дает относительный возраст стратиграфических слоев по сравнению с другими слоями.
Радиометрическое датирование можно использовать для датирования материалов геологического происхождения, таких как горные породы и минералы, что может помочь в определении возраста стратиграфической структуры и слоев, а также в установлении геологической временной шкалы. Радиометрическое датирование можно использовать для датировки таких материалов, как окаменелости и биологические материалы. Радиометрическое датирование можно использовать для датировки предметов из дерева, которое представляет ценность при археологических раскопках. Определение возраста деревянных построек или предметов, используемых цивилизацией, может установить временную шкалу того, когда люди могли жить, когда не осталось никаких других биологических детерминант.
Как работает радиометрическое датирование?
Радиоактивный распад — это естественный процесс, происходящий с нестабильными элементами, называемыми изотопами. Изотопы элемента имеют разное количество нейтронов, но такое же количество протонов, как и соответствующий элемент. Не все изотопы нестабильны или радиоактивны. Радиоактивные изотопы иногда распадаются на другие нестабильные изотопы, а затем распадаются на стабильные изотопы различных элементов.
На основе теоретических математических оценок и измеримых наблюдений ученых были найдены и рассчитаны фиксированные скорости радиоактивного распада каждого нестабильного изотопа. Скорость, с которой половина нестабильного радиоактивного изотопа распадается на дочерний продукт, называется периодом полураспада. Поскольку ученые знают период полураспада каждого радиоактивного изотопа, они знают, сколько продуктов распада останется на его месте в течение определенного периода времени. Когда объект найден и ученые могут сравнить количество радиоактивных изотопов, оставшихся в объекте, с количеством изотопа распада в объекте, они могут вычислить возраст этого предмета. Когда период полураспада наступил, остается половина исходного значения исходного радиоактивного изотопа. Знание периода полураспада радиоактивного изотопа имеет основополагающее значение для радиометрического датирования.
Радиометрические методы датирования
Изотопное датирование может быть еще одним термином, используемым для радиометрического датирования. Для определения возраста объекта используется несколько радиоизотопов. Существует датирование уран-свинцом, датирование калием-аргоном, датирование рубидием-стронцием и радиоуглеродное датирование.
- Датирование уран-свинцом используется для датирования урансодержащих пород и минералов. Два разных нестабильных изотопа урана распадаются на стабильные изотопы свинца по цепочке альфа- и бета-распада.
- Калий-аргоновое датирование применяется для определения возраста калийсодержащих пород и минералов. Нестабильный калий распадается на стабильный изотоп аргона посредством бета-распада и процесса захвата электронов.
- Рубидий-стронциевое датирование применяется для рубидийсодержащих пород и минералов. Нестабильный рубидий распадается на стабильный изотоп стронция посредством бета-распада.
- Радиоуглеродное датирование используется для датировки объектов, которые содержат в себе элементарный и изотопный углерод. Углерод-14 распадается на азот-14 посредством бета-распада.
Радиоактивные изотопы распадаются в результате ядерных процессов, в результате которых выделяются бета- и альфа-частицы. Они известны как бета-распад и альфа-распад.
- Бета-распад: ядро испускает бета-частицы. Бета-частицы — это электроны (бета минус распад). Если количество нейтронов нестабильно, нейтрон превратится в протон, электрон и антинейтрино. Ядро отталкивает электроны, и бета-частицы будут вылетать из ядра изотопа вместе с антинейтрино.
- Альфа-распад: ядро испускает альфа-частицу или ядро гелия-4. Это два протона и два нейтрона.
- Гамма-лучи. Большинство дочерних изотопов также излучают гамма-лучи, фотоны высокой энергии, которые могут повредить молекулы и ДНК живых организмов.
Радиоактивный распад — объясняет, как нестабильное ядро теряет свою энергию в результате радиоактивных процессов, вызывающих выделение радиации.
Датирование уран-свинцом
Датирование урана-238 по свинцу-206 и урана-235 по свинцу-207 используется для датирования кристаллов циркона. Другие минералы также включают в структуру уран (в том числе радиоактивный уран). Когда образуются кристаллы циркона, они могут иметь в своей структуре уран или торий, но отторгают свинец. Свинец, содержащийся в кристаллах циркона, образуется в процессе радиоактивного распада. Радиоактивность, а также образование самого свинца наносят ущерб кристаллической структуре.
Ученые используют высокоточные лучи и лазеры для измерения информации в кристаллах. Затем сравниваются количества свинца-206 и свинца-207, а возраст кристаллов циркона рассчитывается на основе периодов полураспада как урана-238, так и урана-235. Период полураспада урана-238 составляет около 4,5 миллиардов лет, а период полураспада урана-235 — около 704 миллионов лет. Хотя уран-238 и уран-235 являются альфа-излучателями, дочерние продукты этих процессов, приводящие к образованию свинца-206 и свинца-207, могут трансформироваться посредством бета-распада. Коэффициенты распада обоих изотопов урана-238 и урана-235 представлены на графике, чтобы определить возраст датируемого материала. Это называется линией конкордии или диаграммой конкордии. Самые старые породы на Земле были датированы с использованием уран-свинцового метода.
Диаграмма конкордии использует более одного образца для сравнения значений потерь свинца и определения возраста кристаллов.
Калий-аргоновое датирование
Калий-40 распадается на аргон-40 и кальций-40. Однако, поскольку кальций-40 является наиболее распространенной формой кальция, при расчете возраста объекта полезно сравнивать только содержание аргона-40 с изотопом калия-40. Период полураспада калия-40 до аргона-40 составляет около 1,25 миллиарда лет.
Калий-40 распадается на кальций-40 посредством бета-распада и на аргон-40 в результате процесса, называемого захватом электронов. Это когда протон в ядре захватывает электрон и переходит в нейтрон, преобразуя элемент. В этом процессе ядро также испустит нейтрино.
Такие породы, как калиевые полевые шпаты, амфиболы и глины, содержат калий. Однако в результате распада калия и аргона часть газа радона уходит, когда порода еще расплавлена и не затвердела. Когда горная порода затвердевает, аргон захватывается кристаллической структурой породы. Чтобы измерить количество аргона в образце, необходимо расплавить породу и выпустить радон. Затем содержание радона будет измеряться с помощью масс-спектрометра, который измеряет соотношение массы к заряду веществ в образце. Калий в образце будет определяться методом абсорбционной спектроскопии. Спектроскопия поглощения показывает репрезентативный электромагнитный спектр с черными полосами. Черные полосы представляют собой элементы внутри вещества, которые поглощают эти электромагнитные волны.
Молекулы, преобразованные в газоионную фазу, проходят через спектрометр. Определены отношения массы к заряду и распространенность каждого элемента.
Рубидий-стронциевое датирование
В горных породах и минеральных образованиях рубидий в некоторых минералах может заменять калий. Так как рубидий-87 распадается на стронций-87. В породах с соотношением рубидия-87, стронция-87 и стабильного стронция-86 породы можно датировать путем сравнения соотношений этих изотопов к стабильному элементу. Рубидий можно найти в обычно образующихся минералах, содержащих калий, таких как плагиоклаз, роговая обманка, полевой шпат, биотит и мусковит. Период полураспада рубидия-87 за счет бета-излучения до стронция-87 составляет 48,8 миллиардов лет.
Радиоуглеродное датирование
Что такое радиоуглеродное датирование? Радиоуглеродное датирование определяется как измерение возраста объекта или материала путем определения содержания в нем радиоактивного углерода. Углерод стабилен в изотопах углерода-12 и углерода-13. Потому что стабильное количество углерода-14 постоянно образуется в атмосфере из космических лучей (частиц из космоса) и фиксированное его количество существует в процессе образования и распада.
Углерод-14 существует в таких горных породах, как известняк и углекислый газ, а также в океане. Углерод присутствует во всех живых существах, и форма жизни перестает поглощать углерод после смерти. Углерод-14 распадается посредством бета-распада на стабильный азот-14. Период полураспада этого процесса составляет всего 5730 лет. Радиоуглеродное датирование уникально тем, что с его помощью можно датировать органический материал относительно недавнего времени в геологическом масштабе времени. Этот метод можно использовать для датировки окаменелостей, биологических тканей, дерева, ткани и даже человеческих останков.
Примеры радиометрического датирования
Процесс радиометрического датирования и период полураспада изучены учеными. Примеры объектов и материалов, датированных этими методами, можно найти с помощью этих методов. Некоторые примеры:
- Кристаллы циркона
Кристаллы циркона, найденные в Западной Австралии в 1990-х годах, были изучены учеными и радиометрически датированы. Эти кристаллы образуются в ходе метаморфизма и нелегко поддаются осадочному выветриванию и эрозионным процессам. Поскольку цирконы включают в свои кристаллические структуры уран, они являются хорошими кандидатами для датирования по урану и свинцу. С помощью этого метода было обнаружено, что возраст самых старых кристаллов циркона на Земле составляет от 4,2 до 4,3 миллиардов лет.
- Останки ледяного человека
Замерзшие останки Ледяного человека были найдены в 1991 году. Его останки были найдены в Отзальских Альпах недалеко от итало-австрийской границы. Первоначально предполагалось, что он умер всего около 500 лет назад. Эци, как его позже назвали, позже был датирован радиоуглеродом. Радиоуглеродное датирование проводилось с помощью масс-спектрометрии. После анализа его инструментов, а также биологических тканей, он был признан живым где-то между 3350 и 3100 годами до нашей эры.
Итог урока
Радиометрическое датирование — это метод, используемый для установления возраста геологических и органических материалов, содержащих радиоактивные изотопы. Его также можно назвать радиоизотопным датированием, радиоактивным датированием или изотопным датированием. Радиометрическое датирование измеряет количество радиоактивного материала, оставшегося в образце, и сравнивает его с количеством продуктов распада. Поскольку ученым известен период полураспада, то есть время, в течение которого количество уменьшается вдвое от первоначального значения, можно определить возраст образцов. Радиоактивный распад — это процесс, при котором нестабильное ядро теряет энергию и выделяет излучение.
Методы радиометрического датирования: датирование уран-свинцом, датирование калием-аргоном, датирование рубидием-стронцием и радиоуглеродное датирование. При датировании уран-свинцом уран-238 распадается на свинец-206, а уран-235 распадается на свинец-207. В то время как период полураспада уран-свинцового датирования можно использовать для определения возраста горных пород в миллиарды лет, период полураспада углерода-14 составляет всего 5730 лет. В этом процессе углерод-14 распадается на азот-14. Радиоуглеродное датирование измеряет содержание остаточного радиоактивного углерода в объекте или материале. Он может измерять возраст органических материалов, таких как древесина, биологические ткани или ткань, но может оказаться бесполезным для измерения геологического возраста горных пород.
Часто задаваемые вопросы
К какому типу датирования относится радиометрическое датирование?
Радиометрическое датирование — это разновидность абсолютного датирования. Абсолютная датировка дает точный возраст материала или объекта.
Что такое радиометрическое датирование и как оно работает?
Радиометрическое датирование — это метод измерения возраста геологических материалов, таких как горные породы и минералы. Радиоуглеродное датирование, тип радиометрического датирования, может использоваться для измерения возраста когда-то живых материалов, таких как дерево, ткань, окаменелости или человеческие останки. Радиометрическое датирование измеряет количество радиоактивного материала, оставшегося в объекте, и количество продуктов распада в объекте. Соотношения сравниваются и выполняются расчеты с использованием известного значения периода полураспада для определения возраста объекта.
