Radioativos decayEdit
Exemplo de um decaimento radioativo cadeia do chumbo-212 (212Pb) para chumbo-208 (208Pb) . Cada nuclídeo Progenitor decai espontaneamente para um nuclídeo da filha (o produto do decaimento) através de um decaimento α ou um decaimento β. O produto final de decaimento, lead-208 (208Pb), é estável e não pode mais sofrer decaimento radioativo espontâneo.
toda a matéria comum é composta por combinações de elementos químicos, Cada um com o seu próprio número atômico, indicando o número de prótons no núcleo atômico., Além disso, elementos podem existir em diferentes isótopos, com cada isótopo de um elemento diferente no número de nêutrons no núcleo. Um isótopo particular de um elemento particular é chamado de nuclídeo. Alguns nuclídeos são inerentemente instáveis. Isto é, em algum momento do tempo, um átomo de tal nuclídeo sofrerá decaimento radioativo e se transformará espontaneamente em um nuclídeo diferente. Esta transformação pode ser realizada de várias maneiras diferentes, incluindo decaimento alfa (emissão de partículas alfa) e decaimento beta (emissão de elétrons, emissão de positrões, ou captura de elétrons)., Outra possibilidade é a fissão espontânea em dois ou mais nuclídeos.
Enquanto o momento no tempo em que um determinado núcleo decai é imprevisível, uma coleção de átomos de um nuclídeo radioativo decai exponencialmente com uma taxa descrita por um parâmetro conhecido como a meia-vida, que é dada em unidades de anos, quando se discutir técnicas de datação. Depois de uma meia-vida ter decorrido, uma metade dos átomos do nuclídeo em questão ter-se-á decomposto num nuclídeo “filha” ou produto de decomposição., Em muitos casos, o nuclídeo da filha em si é radioativo, resultando em uma cadeia de decaimento, eventualmente terminando com a formação de uma filha estável (não-radioativa) nuclídeo; cada passo em tal cadeia é caracterizada por uma semi-vida distinta. Nestes casos, normalmente a semi-vida de interesse na datação radiométrica é a mais longa da cadeia, que é o fator limitador de taxa na transformação final do nuclídeo radioativo em sua filha estável. Os sistemas isotópicos que foram explorados para a datação radiométrica têm semi-vidas que variam de apenas cerca de 10 anos (e.g.,, trítio) para mais de 100 bilhões de anos (por exemplo, samário-147).para a maioria dos nuclídeos radioativos, a semi-vida depende apenas de propriedades nucleares e é essencialmente constante. Isto é conhecido porque as constantes de decaimento medidas por diferentes técnicas dão valores consistentes dentro de erros analíticos e as idades dos mesmos materiais são consistentes de um método para outro. Não é afetada por fatores externos como temperatura, pressão, ambiente químico ou presença de um campo magnético ou elétrico., As únicas exceções são os nuclídeos que decaem pelo processo de captura de elétrons, tais como berílio-7, estrôncio-85 e zircônio-89, cuja taxa de decaimento pode ser afetada pela densidade de elétrons local. Para todos os outros nuclídeos, a proporção do nuclídeo original para os seus produtos de decaimento muda de forma previsível à medida que o nuclídeo original decai ao longo do tempo.
esta previsibilidade permite que a abundância relativa de nuclídeos relacionados seja usada como um relógio para medir o tempo desde a incorporação dos nuclídeos originais em um material até o presente., A natureza forneceu-nos convenientemente nuclídeos radioativos que têm semi-vidas que variam de consideravelmente mais do que a idade do universo, a menos de um zeptossegundo. Isto permite medir uma grande variedade de idades. Isótopos com semi-vidas muito longas são chamados de isótopos estáveis, e isótopos com semi-vidas muito curtas são conhecidos como isótopos extintos.,”
Decay constant determinationEdit
the radioactive decay constant, the probability that an atom will decay per year, is the solid foundation of the common measurement of radioactivity. A precisão e precisão da determinação de uma idade (e da meia-vida de um nuclídeo) depende da precisão e precisão da medição constante de decaimento. O método de crescimento é uma forma de medir a constante de decaimento de um sistema, que envolve a acumulação de nuclídeos filhas., Infelizmente para os nuclídeos com altas constantes de decaimento (que são úteis para a datação de amostras muito antigas), longos períodos de tempo (décadas) são necessários para acumular produtos de decaimento suficientes em uma única amostra para medi-los com precisão. Um método mais rápido envolve o uso de contadores de partículas para determinar a atividade alfa, beta ou Gama, e então dividindo isso pelo número de nuclídeos radioativos. No entanto, é difícil e dispendioso determinar com precisão o número de nuclídeos radioativos. Alternativamente, as constantes de decaimento podem ser determinadas comparando dados de isótopos para rochas de idade conhecida., Este método requer que pelo menos um dos sistemas isotópicos seja calibrado com precisão, como o sistema Pb-Pb.
exactidão dos dados radiométricos
espectrómetro de massa de ionização térmica utilizado na datação radiométrica.
a equação básica da datação radiométrica exige que nem o nuclídeo precursor nem o produto derivado possam entrar ou sair do material após a sua formação., Os possíveis efeitos confusos da contaminação dos isótopos-mãe e filha devem ser considerados, assim como os efeitos de qualquer perda ou ganho desses isótopos desde que a amostra foi criada. Por conseguinte, é essencial dispor do maior número possível de informações sobre o material datado e verificar possíveis sinais de alteração. A precisão é melhorada se as medições forem feitas em várias amostras de diferentes locais do corpo rochoso., Alternativamente, se vários minerais diferentes podem ser datados da mesma amostra e são assumidos como sendo formados pelo mesmo evento e estavam em equilíbrio com o reservatório quando eles se formaram, eles devem formar um isócron. Isto pode reduzir o problema da contaminação. Na datação de urânio-chumbo, o diagrama de concordia é usado o que também diminui o problema da perda de nuclídeos. Por último, pode ser necessária uma correlação entre diferentes métodos de datação isotópica para confirmar a idade de uma amostra. Por exemplo, a idade dos gneisses Amitsoq do oeste da Groenlândia foi determinada como sendo 3,60 ± 0.,05 Ga (bilhões de anos atrás) usando datação de urânio-chumbo e 3,56 ± 0,10 Ga (bilhões de anos atrás) usando datação de chumbo–chumbo, resultados que são consistentes entre si.,:142-143
Preciso de datação radiométrica geralmente requer que o pai tem uma longa o suficiente para half-life que vai estar presente em quantidades significativas no momento da medição (exceto conforme descrito abaixo em “encontros de curta duração extinto radionuclídeos”), a meia-vida do pai é conhecida com precisão, e suficiente da filha produto é produzido para ser medidos com precisão e distinto do montante inicial da filha presentes no material. Os procedimentos utilizados para isolar e analisar os nuclídeos pai e filha devem ser precisos e precisos., Isto normalmente envolve espectrometria de massa de relação isotópica.
a precisão de um método de datação depende em parte da semi-vida do isótopo radioactivo envolvido. Por exemplo, o carbono-14 tem uma semi-vida de 5.730 anos. Depois de um organismo estar morto há 60.000 anos, tão pouco carbono-14 é deixado que a datação precisa não pode ser estabelecida. Por outro lado, a concentração de carbono-14 cai tão abruptamente que a idade de restos relativamente jovens pode ser determinada precisamente dentro de algumas décadas.,artigo principal: Temperatura de Fecho
a temperatura de Fecho ou temperatura de bloqueio representa a temperatura abaixo da qual o mineral é um sistema fechado para os isótopos estudados. Se um material que rejeita seletivamente o nuclídeo da filha for aquecido acima desta temperatura, qualquer nuclídeo da filha que tenha sido acumulado ao longo do tempo será perdido através da difusão, reiniciando o “relógio” isotópico para zero. À medida que o mineral arrefece, a estrutura cristalina começa a formar-se e a difusão dos isótopos é menos fácil., A uma certa temperatura, a estrutura cristalina formou-se o suficiente para evitar a difusão de isótopos. Assim, uma rocha ígnea ou metamórfica ou derretida, que está lentamente esfriando, não começa a exibir decaimento radioativo mensurável até que arrefeça abaixo da temperatura de fechamento. A idade que pode ser calculada por datação radiométrica é, portanto, o momento em que a rocha ou mineral arrefeceu até à temperatura de Fecho. Esta temperatura varia para cada sistema mineral e isotópico, de modo que um sistema pode ser fechado para um mineral, mas aberto para outro., Namoro de diferentes minerais e/ou de isótopos de sistemas (com diferentes encerramento temperaturas) dentro de uma mesma rocha pode, portanto, permitir o rastreamento da história térmica da rocha em questão, com o tempo, e assim, a história de metamórfica eventos podem tornar-se conhecido em detalhes. Estas temperaturas são determinadas experimentalmente no laboratório através da reposição artificial de minerais de amostra usando um forno de alta temperatura. Este campo é conhecido como termocronologia ou termocronometria.,
The age equationEdit
Lu-Hf isochrons plotados de amostras de meteoritos. A idade é calculada a partir do declive do isocron (linha) e da composição original da interceptação do isocron com o eixo Y.,
A expressão matemática que relaciona o decaimento radioativo de tempo geológico é
D* = D0 + N(t) (eλt − 1)
onde
t é a idade da amostra, D* é o número de átomos do radiogenic produto de decaimento da amostra, D0 é o número de átomos da filha isótopo em original ou inicial de composição, N(t) é o número de átomos do isótopo pai na amostra no tempo t (o presente), dada por N(t) = Noe-λt, e λ é a constante de decaimento do isótopo pai, igual ao inverso da radioativos de meia-vida do pai isótopo vezes o logaritmo natural de 2.,
a equação é mais convenientemente expressa em termos da quantidade medida N(t) em vez do valor inicial constante No.
para calcular a idade, assume-se que o sistema está fechado (nem os isótopos-mãe ou filha foram perdidos do sistema), D0 deve ser negligenciável ou pode ser estimado com precisão, λ é conhecido a uma alta precisão, e tem-se medições precisas e precisas de D* E N(t).
a equação acima faz uso de informações sobre a composição dos isótopos-mãe e filha no momento em que o material a ser testado arrefeceu abaixo da sua temperatura de Fecho., Isto está bem estabelecido para a maioria dos sistemas isotópicos. No entanto, a construção de um isócron não requer informações sobre as composições originais, usando apenas as razões atuais dos isótopos pai e filha para um isótopo padrão. Um gráfico isocron é usado para resolver a equação da idade graficamente e calcular a idade da amostra e a composição original.