Radioaktiivisen decayEdit
Esimerkki radioaktiivinen hajoaminen ketjun lyijy-212 (212Pb) johtaa-208 (208Pb) . Kukin kanta-nuklidi hajoaa spontaanisti tyttäreksi nuklidiksi (hajoamistuote) α− hajoamisen tai β-hajoamisen kautta. Lopullinen hajoamistuote, lead-208 (208pb), on stabiili eikä voi enää tapahtua spontaania radioaktiivista hajoamista.
Kaikki tavallinen asia koostuu yhdistelmiä alkuaineita, joilla kullakin on oma atomi numero, joka osoittaa määrä protonien atomin ydin., Lisäksi elementit voivat olla olemassa eri isotooppeja, joiden kunkin isotooppi elementti, eri määrä neutronien. Tiettyä alkuaineen isotooppia kutsutaan nuklidiksi. Jotkin nuklidit ovat luonnostaan epästabiileja. Eli jossain vaiheessa tällaisen nuklidin atomi läpäisee radioaktiivisen hajoamisen ja muuttuu spontaanisti erilaiseksi nuklidiksi. Tämä muutos voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla, mukaan lukien alfa rappeutuminen (päästöjen alfa-hiukkasia) ja beta rappeutuminen (electron päästöjen, positron emission, tai electron capture)., Toinen mahdollisuus on spontaani fissio kahdeksi tai useammaksi nuklidiksi.
Samalla hetkellä, jolla tietty ydin hajoaa on arvaamaton, kokoelma atomien radioaktiivinen nuklidi hajoaa eksponentiaalisesti nopeudella kuvattu parametri, joka tunnetaan nimellä half-life, yleensä yksikkönä vuotta, kun keskustelemme dating tekniikoita. Kun puolet elämästä on kulunut, puolet atomien nuklidi kyseessä on rappeutunut osaksi ”tytär” nuklidi tai hajoamistuote., Monissa tapauksissa, tytär nuklidi itsessään on radioaktiivista, jolloin rappeutuminen ketju, joka lopulta päättyy muodostumista vakaa (radioaktiivista) nuklidin tytär; jokainen askel tällainen ketju on ominaista eri half-life. Näissä tapauksissa on yleensä puoliintumisaika kiinnostusta radiometrinen dating on pisin ketju, joka on nopeutta rajoittava tekijä lopullinen muutos radioaktiivisen nuklidin osaksi vakaa tytär. Isotooppien järjestelmissä, joissa on käytetty radiometrinen dating on puoliintumisajat vaihtelevat vain noin 10 vuotta (esim.,, tritium) yli 100 miljardiin vuoteen (esim.samarium-147).
useimpien radioaktiivisten nuklidien puoliintumisaika riippuu yksinomaan ydinominaisuuksista ja on olennaisesti vakio. Tämä tiedetään, koska eri tekniikoilla mitatut hajoamisvakiot antavat analyyttisissä virheissä yhdenmukaiset arvot ja samojen materiaalien iät ovat yhdenmukaisia menetelmästä toiseen. Se ei vaikuta ulkoiset tekijät, kuten lämpötila, paine, kemiallinen ympäristö, tai läsnäolo magneetti-tai sähkökenttä., Ainoat poikkeukset ovat nuklidit, että rappeutuminen prosessi electron capture, kuten beryllium-7 -, strontium-85, ja zirkonium-89, jonka hajoamisnopeuden voi vaikuttaa paikallisten electron tiheys. Kaikkien muiden nuklidien osalta alkuperäisen nuklidin osuus sen hajoamistuotteista muuttuu ennustettavalla tavalla, kun alkuperäinen nuklidi hajoaa ajan myötä.
Tämä ennustettavuuden avulla suhteellinen runsaus liittyvät nuklidit voidaan käyttää kello mittaa aikaa, että siihen on lisätty alkuperäisen nuklidit osaksi materiaalia esillä., Luonto on sopivasti antanut meille radioaktiivisia nuklideja, joiden puoliintumisajat vaihtelevat huomattavasti universumin ikää pidemmästä alle zeptosekunnin. Näin voidaan mitata hyvin monenlaisia ikäluokkia. Isotooppeja, joilla on hyvin pitkä puoliintumisaika kutsutaan ”vakaat isotoopit,” ja isotooppeja, joilla on hyvin lyhyt puoliintumisaika tunnetaan ”sukupuuttoon isotooppeja.,”
hajoamisvakio determinationEdit
radioaktiivinen hajoamisvakio, todennäköisyys, että atomi hajoaa vuodessa, on vankka perusta yhteisen radioaktiivisuuden mittaus. Iän (ja nuklidin puoliintumisajan) määrittämisen tarkkuus ja tarkkuus riippuvat hajoamisvakion mittauksen tarkkuudesta ja tarkkuudesta. In-kasvu-menetelmä on yksi tapa mitata hajoamisvakio järjestelmä, johon sisältyy kertynyt tytär nuklidit., Valitettavasti nuklidit, joilla on korkea rappeutuminen vakiot (jotka ovat hyödyllisiä dating hyvin vanhoja näytteitä), pitkään (vuosikymmeniä) vaaditaan kertyä tarpeeksi hajoamistuotteiden yhden näytteen mitata niitä. Nopeammassa menetelmässä käytetään hiukkaslaskureita alfa -, beeta-tai gamma-aktiivisuuden määrittämiseen ja jaetaan se sitten radioaktiivisten nuklidien määrällä. Radioaktiivisten nuklidien määrän tarkka määrittäminen on kuitenkin haastavaa ja kallista. Vaihtoehtoisesti hajoamisvakiot voidaan määrittää vertaamalla isotooppitietoja tunnetuista kivistä., Menetelmä edellyttää, että ainakin yksi isotooppijärjestelmistä on erittäin tarkasti kalibroitu, kuten Pb-Pb-järjestelmä.
Tarkkuus radiometrinen datingEdit
Terminen ionisaatio massa spektrometri käytetään iänmääritykseen.
perus yhtälö radiometrinen dating edellyttää, että kumpikaan vanhemmista eikä nuklidin tytär tuote voi tulla tai lähteä materiaalia sen jälkeen, kun sen muodostumista., Mahdollisia sekoittavia vaikutuksia saastumisen emoyritys ja tytär-isotoopit on otettava huomioon, samoin kuin vaikutukset mahdolliset tappio tai voitto, kuten isotoopit, koska otos oli luotu. Siksi on tärkeää saada mahdollisimman paljon tietoa siitä, että aineisto on päivätty ja tarkistaa mahdollisia merkkejä muutoksesta. Tarkkuus paranee, jos mittaukset tehdään useista kivirungon eri paikoista otetuista näytteistä., Vaihtoehtoisesti, jos useita eri mineraaleja voidaan ajoittaa samasta näytteestä, ja on oletettu olevan muodostettu saman tapahtuman ja olivat tasapainossa säiliö, kun ne on muodostettu, ne pitäisi muodostavat isochron. Tämä voi vähentää saastumisongelmaa. Uraani-lyijy-iänmäärityksessä käytetään concordia-diagrammia, joka myös vähentää nuklidihäviön ongelmaa. Lisäksi näytteen iän vahvistamiseksi voidaan tarvita korrelaatiota eri isotooppi-iänmääritysmenetelmien välillä. Esimerkiksi ikä Amitsoq gneissi länsi-Grönlannin oli päättänyt olla 3.60 ± 0.,05 Ga (miljardia vuotta sitten) käyttäen uraani–lyijy dating ja 3,56 ± 0,10 Ga (miljardia vuotta sitten) käyttämällä lyijy dating, tulokset, jotka ovat yhdenmukaisia keskenään.,:142-143
Tarkka radiometrinen dating yleensä edellyttää, että vanhempi on tarpeeksi pitkä puoliintumisaika, että se on läsnä merkittäviä määriä tuolloin mittaus (paitsi, kuten on kuvattu jäljempänä kohdassa ”Dating lyhytaikainen sukupuuttoon radionuklidien”), puoliintumisaika vanhempi on tarkasti tiedossa, ja tarpeeksi tytär tuote on tuotettu, voidaan tarkasti mitata ja erottaa alkuperäisestä määrästä tytär läsnä materiaalia. Vanhemman ja tyttären nuklidien eristämiseen ja analysointiin käytettävien menetelmien on oltava tarkkoja ja tarkkoja., Tähän liittyy yleensä isotooppisuhteen massaspektrometria.
ajoitusmenetelmän tarkkuus riippuu osittain kyseessä olevan radioaktiivisen isotoopin puoliintumisajasta. Esimerkiksi hiili-14: n puoliintumisaika on 5 730 vuotta. Kun eliö on ollut kuolleena 60 000 vuotta, jäljelle jää niin vähän hiili-14: ää, ettei tarkkaa ajoitusta voida vahvistaa. Toisaalta, keskittyminen hiili-14 putoaa niin jyrkästi, että ikä on suhteellisen nuori pysyy voidaan määrittää tarkasti muutaman vuosikymmenen kuluessa.,
Sulkeminen temperatureEdit
sulkeminen lämpötila tai esto lämpötila kuvaa lämpötilaa, jonka alapuolella mineraali on suljettu järjestelmä tutkittu isotooppeja. Jos materiaali, joka valikoivasti hylkää tyttärensä nuklidi on lämmitetty tämän lämpötilan yläpuolella, kaikki tyttäreni nuklidit, joita on kertynyt ajan myötä menetetään kautta diffuusio, nollaus isotooppien ”kello” nollaan. Mineraalin jäähtyessä kiderakenne alkaa muodostua ja isotooppien diffuusio on vähemmän helppoa., Tietyssä lämpötilassa, kiderakenne on muodostunut riittävän estämään leviäminen isotooppeja. Näin vulkaaninen tai metamorfinen kivi tai sulaa, joka on hitaasti jäähdytys, ei alkaa ilmetä mitattavissa oleva radioaktiivinen hajoaminen, kunnes se jäähtyy alle sulkeminen lämpötila. Ikä, joka voidaan laskea radiometrinen dating on siis ajasta, jolloin rock tai mineraali jäähtynyt sulkeminen lämpötila. Lämpötila vaihtelee jokaisen mineraali-ja isotooppijärjestelmän osalta, joten järjestelmä voidaan sulkea yhden mineraalin osalta, mutta avata toiselle., Dating eri mineraalien ja/tai isotooppi-järjestelmät (joissa on erilaiset sulkeminen lämpötilat) saman kiven voi siis mahdollistaa seuranta lämpö historia rock in kysymys kanssa aikaa, ja näin historia metamorfista tapahtumia voi tulla tunneta yksityiskohtaisesti. Nämä lämpötilat määritetään laboratoriossa kokeellisesti nollaamalla näytteiden mineraalit keinotekoisesti korkean lämpötilan uunin avulla. Tätä alaa kutsutaan termokronologiaksi tai termokronometriaksi.,
ikä equationEdit
Lu-Hf isochrons piirretty meteoriitti näytteitä. Ikä on laskettu kaltevuus isochron (line) ja alkuperäinen koostumus siepata ja isochron, jossa y-akselilla.,
matemaattinen lauseke, joka liittyy radioaktiivinen hajoaminen geologinen aika on
D* = D0 + N(t) (eλt − 1)
, jossa
t on ikä näyte, D* on määrä atomien radiogenic tytär isotooppien otokseen, D0 on useita atomeja, tytär isotooppien alkuperäinen tai alkuperäiseen koostumukseen, N(t) on useita atomeja vanhemman isotooppia näyte ajanhetkellä t (läsnä), kaavalla N(t) = Noe-λt, ja λ on hajoamisvakio vanhemman isotooppi, sama käänteinen radioaktiivisten half-life vanhemman isotooppi kertaa luonnollinen logaritmi 2.,
yhtälö ilmaistaan kätevimmin mitattuna suureena N (t) eikä vakiona alkuarvona No.
laskea ikä, oletetaan, että järjestelmä on suljettu (ei vanhempi eikä tytär-isotoopit ovat kadonneet järjestelmästä), D0 on joko vähäinen tai voidaan tarkasti arvioida, λ on tunnettu korkea tarkkuus, ja yksi on tarkka ja tarkkoja mittauksia D* ja N(t).
yllä olevassa yhtälössä hyödynnetään tietoja vanhemman ja tyttären isotooppien koostumuksesta testattavan materiaalin jäähtyessä sen sulkulämpötilan alapuolelle., Tämä on vakiintunut useimmille isotooppijärjestelmille. Kuitenkin, rakentaminen isochron ei vaadi tietoa sävellyksiä, käyttäen vain läsnä tunnusluvut emoyhtiön ja tytär-isotoopit standardin isotooppi. On isochron tontti käytetään ratkaisemaan ikä yhtälön graafisesti ja laske näytteen ikä ja alkuperäinen koostumus.