Radioaktivní decayEdit
Příklad radioaktivní rozpadové z olova-212 (212Pb) olova-208 (208Pb) . Každý mateřský nuklid se spontánně rozkládá na dceřiný nuklid (produkt rozpadu) prostřednictvím α rozpadu nebo β− rozpadu. Konečný produkt rozpadu, olovo-208 (208pb), je stabilní a již nemůže podstoupit spontánní radioaktivní rozpad.
veškerá běžná hmota se skládá z kombinací chemických prvků, z nichž každá má své vlastní atomové číslo, které udává počet protonů v atomovém jádru., Dodatečně, prvky mohou existovat v různých izotopech, s každým izotopem prvku lišícího se počtem neutronů v jádru. Konkrétní izotop určitého prvku se nazývá nuklid. Některé nuklidy jsou neodmyslitelně nestabilní. To znamená, že v určitém okamžiku se atom takového nuklidu podrobí radioaktivnímu rozpadu a spontánně se přemění na jiný nuklid. Tato transformace může být provedena mnoha různými způsoby, včetně alfa rozpadu (emise alfa částic) a beta rozpadu (emise elektronů, pozitronové emise nebo zachycení elektronů)., Další možností je spontánní štěpení na dva nebo více nuklidů.
Zatímco okamžiku v čase, na které konkrétní jádro se rozpadne, je nepředvídatelné, shluk atomů radioaktivní nuklid se rozkládá exponenciálně rychlostí popsal parametr známý jako half-life, obvykle uveden v jednotkách let při diskusi o datování techniky. Po uplynutí jednoho poločasu se jedna polovina atomů dotyčného nuklidu rozpadne na“ dceřiný “ nuklid nebo produkt rozpadu., V mnoha případech, dcera nuklid je sám o sobě radioaktivní, což má za následek rozpad řetězce, nakonec končí s tvorbou stabilní (neradioaktivní) dcera nuklid; každý krok v tomto řetězci je charakterizován výraznou half-life. V těchto případech, obvykle half-life zájmu v radiometrické datování je nejdelší v řetězci, což je rychlost-limitující faktor v konečné transformaci radioaktivní nuklid do své stabilní dceru. Izotopové systémy, které byly využity pro radiometrické datování, mají poločasy v rozmezí od pouhých 10 let (např.,, tritium) na více než 100 miliard let(např.
u většiny radioaktivních nuklidů poločas závisí pouze na jaderných vlastnostech a je v podstatě konstantní. To je známo, protože konstanty rozpadu měřené různými technikami dávají konzistentní hodnoty v rámci analytických chyb a stáří stejných materiálů je konzistentní z jedné metody do druhé. Není ovlivněna vnějšími faktory, jako je teplota, tlak, chemické prostředí nebo přítomnost magnetického nebo elektrického pole., Jedinými výjimkami jsou nuklidy, že kaz proces elektronového záchytu, jako berylia-7, stroncium-85, a zirkonium-89, jehož poločas rozpadu může být ovlivněna lokální elektronové hustoty. Pro všechny ostatní nuklidy, podíl původní nuklid, aby jeho produkty rozpadu mění předvídatelným způsobem jako původní nuklid se rozkládá v průběhu času.
Tato předvídatelnost umožňuje relativní abundances souvisejících nuklidy které mají být použity jako hodiny pro měření času od založení původní nuklidy do materiálu až do současnosti., Příroda nám pohodlně poskytla radioaktivní nuklidy, které mají poločasy, které se pohybují od podstatně delší než věk vesmíru, na méně než zeptosekundu. To umožňuje měřit velmi širokou škálu věků. Izotopy s velmi dlouhým poločasem se nazývají „stabilní izotopy“, „a izotopy s velmi krátkým poločasem jsou známé jako „zaniklé izotopy“.,“
Rozpad konstantní determinationEdit
radioaktivní rozpad konstantní, je pravděpodobnost, že atom se rozpadne za rok, je pevný základ společné měření radioaktivity. Přesnost a přesnost stanovení věku (a poločasu nuklidu) závisí na přesnosti a přesnosti měření konstanty rozpadu. Metoda růstu je jedním ze způsobů měření konstanty rozpadu systému, která zahrnuje akumulaci dceřiných nuklidů., Bohužel pro nuklidy s vysokou rozpadové konstanty (které jsou užitečné pro datování velmi starých vzorků), dlouhou dobu (desítky let) jsou nutné akumulovat dostatek produktů rozpadu v jediném vzorku, aby přesně změřit. Rychlejší metoda zahrnuje použití čítačů částic k určení alfa, beta nebo gama aktivity a poté ji vydělením počtem radioaktivních nuklidů. Je však náročné a nákladné přesně určit počet radioaktivních nuklidů. Alternativně, konstanty rozpadu lze určit porovnáním izotopových dat pro horniny známého věku., Tato metoda vyžaduje, aby byl alespoň jeden z izotopových systémů velmi přesně kalibrován, jako je systém Pb-Pb.
Přesnost radiometrických datingEdit
Tepelné ionizační hmotnostní spektrometr používá v radiometrické datování.
základní rovnice radiometrické datování vyžaduje, že ani mateřský nuklid, ani dcera produkt může vstoupit nebo opustit materiálu po jeho vzniku., Možných zkreslujících účinků kontaminace mateřské a dceřiné izotopy mají být považovány, stejně jako účinky jakoukoli ztrátu nebo zisk z těchto izotopů, jelikož vzorek byl vytvořen. Je proto nezbytné mít co nejvíce informací o materiálu datován a zkontrolovat případné známky změny. Přesnost je zvýšena, pokud jsou měření prováděna na více vzorcích z různých míst horninového těla., Alternativně, pokud lze ze stejného vzorku datovat několik různých minerálů a předpokládá se, že jsou tvořeny stejnou událostí a byly v rovnováze se zásobníkem, když se vytvořily, měly by tvořit isochron. To může snížit problém kontaminace. V uranu-olovo chodit s někým, používá se Concordia diagram, který také snižuje problém ztráty nuklidu. Konečně, korelace mezi různými izotopovými chodit s někým k potvrzení věku vzorku mohou být vyžadovány metody. Například věk amitsoq gneisses ze západního Grónska byl stanoven na 3,60 ± 0.,05 ga (před miliardami let) pomocí datování olova uranu a 3.56 ± 0.10 Ga (před miliardami let) pomocí datování olova, výsledky, které jsou navzájem konzistentní.,:142-143
Přesné radiometrické datování obecně vyžaduje, aby rodič má dostatečně dlouhý poločas, který bude přítomen ve významném množství v době měření (s výjimkou, jak je popsáno níže pod „Seznamka s krátkou životností zaniklé radionuklidy“), half-life rodič je přesně známa, a dost dcera produkt je vyroben, aby se přesně změřit a odlišit od počáteční množství dcera přítomna v materiálu. Postupy používané k izolaci a analýze mateřských a dceřiných nuklidů musí být přesné a přesné., To obvykle zahrnuje hmotnostní spektrometrii s poměrem izotopů.
přesnost chodit s někým metoda částečně závisí na poločasu radioaktivního izotopu. Například uhlík-14 má poločas rozpadu 5 730 let. Poté, co byl organismus mrtvý 60 000 let, zbývá tak málo uhlíku-14, že nelze stanovit přesné datování. Na druhé straně koncentrace uhlíku-14 klesá tak strmě, že věk relativně mladých zbytků lze přesně určit během několika desetiletí.,
Uzavření temperatureEdit
uzavření teploty nebo blokování teplota představuje teplotu, pod níž minerál je uzavřený systém pro studovaných izotopů. Pokud materiál, který selektivně odmítá dceru nuklid je zahřátí nad tuto teplotu, dcera, nuklidy, které byly nahromaděné v průběhu času, budou ztraceny prostřednictvím difúze, resetování izotopové „hodiny“ na nulu. Jak se minerál ochlazuje, krystalová struktura se začíná tvořit a difúze izotopů je méně snadná., Při určité teplotě se krystalová struktura vytvořila dostatečně, aby se zabránilo difúzi izotopů. Tedy vyvřelých nebo metamorfovaných hornin nebo taveniny, které se pomalu, chlazení, nezačne vykazovat měřitelné radioaktivní rozpad, dokud se ochladí pod uzavření teploty. Věk, který lze vypočítat radiometrickým datováním, je tedy doba, kdy se hornina nebo minerál ochladí na uzavírací teplotu. Tato teplota se mění pro každý minerální a izotopový systém, takže systém může být uzavřen pro jeden minerál, ale otevřený pro druhý., Datování různých minerálů a/nebo izotopových systémů (s rozdílnou uzavření teploty) v rámci stejné horniny lze proto povolit sledování tepelné historii rock na otázku času, a tak historie metamorfní události může být známo, v detailu. Tyto teploty jsou experimentálně stanoveny v laboratoři umělým resetováním vzorkových minerálů pomocí vysokoteplotní pece. Tato oblast je známá jako termochronologie nebo termochronometrie.,
věk equationEdit
Lu-Hf isochrony vyneseny vzorky meteoritu. Věk se vypočítá ze sklonu isochronu (linie) a původní kompozice ze zachycení isochronu s osou y.,
matematický výraz, který se vztahuje radioaktivní rozpad do geologického času.
D* = D0 + N(t) (eλt − 1)
, kde
t je stáří vzorku, D* je počet atomů orbitálního dcera izotopů ve vzorku, D0 je počet atomů dcera izotopů v původní nebo počáteční složení, N(t) je počet atomů mateřského izotopu ve vzorku v čase t (v současnosti), vzhledem k N(t) = Noe-λt, λ je konstanta rozkladu mateřského izotopu, která se rovná inverzní radioaktivní poločas rozpadu mateřského izotopu krát přirozený logaritmus 2.,
rovnice je nejvýhodněji vyjádřena z hlediska měřeného množství N (t)spíše než konstantní počáteční hodnota č.
Na výpočet věku, předpokládá se, že systém je uzavřený (ani rodiče, ani dcera izotopů byly ztraceny ze systému), D0, musí být buď zanedbatelný, nebo může být přesně odhadnout, λ je známo, vysoká přesnost, a jeden má přesné a přesné měření D* a N(t).
výše uvedené rovnice využívá informace o složení rodič a dcera izotopů v době, kdy materiál je testován ochladí pod jeho uzavření teploty., To je dobře zavedeno pro většinu izotopových systémů. Nicméně, výstavba isochron nevyžaduje informace o původní kompozice, použití pouze současné poměry mateřské a dceřiné izotopy standardní izotop. Isochronová zápletka se používá k grafickému řešení věkové rovnice a výpočtu věku vzorku a původní kompozice.