Radioactive decayEdit
Exemplu de dezintegrare radioactivă lanț de plumb 212 (212Pb) pentru a conduce-208 (208Pb) . Fiecare nuclid părinte se descompune spontan într− un nuclid fiică (produsul de dezintegrare) printr-o dezintegrare α sau o dezintegrare β. Produsul final de dezintegrare, plumb-208 (208pb), este stabil și nu mai poate suferi dezintegrare radioactivă spontană.toată materia obișnuită este alcătuită din combinații de elemente chimice, fiecare cu propriul număr atomic, indicând numărul de protoni din nucleul atomic., În plus, elementele pot exista în izotopi diferiți, fiecare izotop al unui element diferind în numărul de neutroni din nucleu. Un izotop particular al unui anumit element se numește nuclid. Unii nuclizi sunt în mod inerent instabili. Adică, la un moment dat, un atom al unui astfel de nuclid va suferi dezintegrare radioactivă și se va transforma spontan într-un nuclid diferit. Această transformare poate fi realizată într-un număr de moduri diferite, inclusiv dezintegrarea alfa (emisie de particule alfa) și dezintegrarea beta (emisie de electroni, emisie de pozitroni sau captare de electroni)., O altă posibilitate este fisiunea spontană în două sau mai multe nuclide.în timp ce momentul în care un anumit nucleu se descompune este imprevizibil, o colecție de atomi ai unui nuclid radioactiv se descompune exponențial la o rată descrisă de un parametru cunoscut sub numele de timpul de înjumătățire, de obicei dat în unități de ani atunci când se discută tehnici de datare. După ce a trecut un timp de înjumătățire, o jumătate din atomii nuclidului în cauză se vor descompune într-un nuclid sau produs de dezintegrare „fiică”., În multe cazuri, nuclidul fiică în sine este radioactiv, rezultând un lanț de dezintegrare, care se termină în cele din urmă cu formarea unui nuclid fiică stabil (neradioactiv); fiecare pas dintr-un astfel de lanț este caracterizat printr-un timp de înjumătățire distinct. În aceste cazuri, de obicei, timpul de înjumătățire de interes în radiometrice datare este cea mai lungă în lanțul, care este factorul de limitare a ratei în transformarea finală a nuclidului radioactiv în fiica sa stabilă. Sistemele izotopice care au fost exploatate pentru radiometrice datare au timpi de înjumătățire variind de la numai aproximativ 10 ani (de exemplu,,, tritiu) la peste 100 de miliarde de ani (de exemplu, samariu-147).pentru majoritatea nuclizilor radioactivi, timpul de înjumătățire depinde numai de proprietățile nucleare și este în esență constant. Acest lucru este cunoscut deoarece constantele de dezintegrare măsurate prin diferite tehnici dau valori consistente în Erorile analitice, iar vârstele acelorași materiale sunt consecvente de la o metodă la alta. Nu este afectată de factori externi, cum ar fi temperatura, presiunea, mediul chimic sau prezența unui câmp magnetic sau electric., Singurele excepții sunt nuclizii care se descompun prin procesul de captare a electronilor, cum ar fi beriliu-7, stronțiu-85 și zirconiu-89, a căror rată de dezintegrare poate fi afectată de densitatea electronică locală. Pentru toate celelalte nuclide, proporția nuclidului original la produsele sale de dezintegrare se modifică într-un mod previzibil, pe măsură ce nuclidul original se descompune în timp.această predictibilitate permite abundența relativă a nuclizilor înrudiți să fie utilizată ca un ceas pentru a măsura timpul de la încorporarea nuclizilor originali într-un material până în prezent., Natura a convenabil ne-a oferit cu nuclizi radioactivi care au înjumătățire, care variază de la mult mai mult decât vârsta universului, la mai puțin de o zeptosecond. Acest lucru permite măsurarea unei game foarte largi de vârste. Izotopii cu timpi de înjumătățire foarte lungi sunt numiți „izotopi stabili”, iar izotopii cu timpi de înjumătățire foarte scurți sunt cunoscuți sub numele de „izotopi dispăruți.,”
dezintegrare constantă determinationEdit
Constanta dezintegrării radioactive, probabilitatea ca un atom să se descompună pe an, este baza solidă a măsurării comune a radioactivității. Precizia și precizia determinării unei vârste (și a timpului de înjumătățire al unui nuclid) depind de precizia și precizia măsurării constante de dezintegrare. Metoda de creștere este o modalitate de măsurare a constantei de dezintegrare a unui sistem, care implică acumularea de nuclizi fiice., Din păcate pentru nuclizii cu constante mari de dezintegrare (care sunt utile pentru datarea probelor foarte vechi), perioade lungi de timp (decenii) sunt necesare pentru a acumula suficiente produse de dezintegrare într-o singură probă pentru a le măsura cu precizie. O metodă mai rapidă implică utilizarea contoarelor de particule pentru a determina activitatea alfa, beta sau gamma și apoi împărțirea acesteia la numărul de nuclizi radioactivi. Cu toate acestea, este dificil și costisitor să se determine cu exactitate numărul de nuclizi radioactivi. Alternativ, constantele de dezintegrare pot fi determinate prin compararea datelor izotopice pentru rocile de vârstă cunoscută., Această metodă necesită ca cel puțin unul dintre sistemele izotopice să fie calibrat foarte precis, cum ar fi sistemul Pb-Pb.
Precizia de radiometrice datingEdit
spectrometru de masă cu ionizare Termică folosită în datarea radiometrică.ecuația de bază a datării radiometrice necesită ca nici nuclidul părinte, nici produsul fiică să nu poată intra sau părăsi Materialul după formarea sa., Trebuie luate în considerare posibilele efecte confuze ale contaminării izotopilor părinte și fiică, la fel ca și efectele oricărei pierderi sau câștiguri a unor astfel de izotopi de la crearea probei. Prin urmare, este esențial să avem cât mai multe informații despre materialul datat și să verificăm posibilele semne de modificare. Precizia este îmbunătățită dacă măsurătorile sunt luate pe mai multe probe din diferite locații ale corpului rocii., Alternativ, dacă mai multe minerale diferite pot fi datate din aceeași probă și se presupune că sunt formate de același eveniment și au fost în echilibru cu rezervorul atunci când s-au format, acestea ar trebui să formeze un izocron. Acest lucru poate reduce problema contaminării. În uraniu-plumb datare, diagrama concordia este utilizat, care scade, de asemenea, problema pierderii de nuclizi. În cele din urmă, corelația între diferite izotopice datare metode pot fi necesare pentru a confirma vârsta unui eșantion. De exemplu, vârsta gneisses Amitsoq din Groenlanda de vest a fost determinată a fi 3.60 ± 0.,05 Ga (miliarde de ani în urmă) folosind uraniu–plumb datare și 3.56 ± 0.10 Ga (miliarde de ani în urmă) folosind plumb-plumb datare, rezultate care sunt în concordanță unele cu altele.,:142-143
Precise de datare radiometrice necesită, în general, că părintele are o destul de lungă de înjumătățire care vor fi prezente în cantități semnificative în momentul măsurării (cu excepția celor descrise mai jos, sub „Dating cu scurtă durată pe cale de disparitie radionuclizi”), timpul de înjumătățire al părintelui este cunoscut cu precizie, și destul de fiica produs este produs pentru a fi măsurată cu precizie și de a distinge de la suma inițială de fiica prezente în material. Procedurile utilizate pentru izolarea și analiza nuclidelor părinte și fiică trebuie să fie precise și exacte., Aceasta implică în mod normal spectrometria de masă a raportului izotopilor.precizia unei metode de datare depinde în parte de timpul de înjumătățire al izotopului radioactiv implicat. De exemplu, carbon-14 are un timp de înjumătățire de 5.730 de ani. După ce un organism a murit timp de 60.000 de ani, a rămas atât de puțin carbon-14 încât nu se poate stabili o datare exactă. Pe de altă parte, concentrația de carbon-14 scade atât de abrupt încât vârsta rămășițelor relativ tinere poate fi determinată tocmai în câteva decenii.,
temperatura de Închidereedit
temperatura de închidere sau de blocare reprezintă temperatura sub care mineralul este un sistem închis pentru izotopii studiați. Dacă un material care respinge selectiv nuclidul fiică este încălzit peste această temperatură, orice nuclide fiice care au fost acumulate în timp vor fi pierdute prin difuzie, resetând „ceasul” izotopic la zero. Pe măsură ce mineralul se răcește, structura cristalului începe să se formeze și difuzia izotopilor este mai puțin ușoară., La o anumită temperatură, structura cristalină sa format suficient pentru a preveni difuzia izotopilor. Astfel, o rocă magmatică sau metamorfică sau topitură, care se răcește încet, nu începe să prezinte dezintegrare radioactivă măsurabilă până când nu se răcește sub temperatura de închidere. Vârsta care poate fi calculată prin radiometrice datare este astfel momentul în care roca sau minerale răcit la temperatura de închidere. Această temperatură variază pentru fiecare sistem mineral și izotopic, astfel încât un sistem poate fi închis pentru un mineral, dar deschis pentru altul., Datând din diferite minerale și/sau izotop sisteme (cu diferite închidere temperaturi) în aceeași stâncă, prin urmare, pot permite urmărirea istoria termică a rocii în cauză, cu timpul, și, astfel, istoria metamorfice evenimente pot deveni cunoscute în detaliu. Aceste temperaturi sunt determinate experimental în laborator prin resetarea artificială a mineralelor de probă folosind un cuptor cu temperatură ridicată. Acest domeniu este cunoscut sub numele de termocronologie sau termocronometrie.,
vârsta equationEdit
Lu-Hf isochrons reprezentate de probe de meteorit. Vârsta se calculează din panta isochron (linie) și compoziția originală de interceptare a isochron cu axa y.,
expresia matematică care se referă dezintegrare radioactivă la timp geologic este
D* = D0 + N(t) (eλt − 1)
t este vârsta de proba, D* este numărul de atomi de radiogenice fiica izotop în eșantion, D0 este numărul de atomi de fiica izotop în original sau compoziția inițială, N(t) este numărul de atomi de părinte izotop în eșantion la momentul t (prezent), N(t) = Noe-λt, iar λ este constanta de descreștere părinte izotop, egală cu inversul timp de înjumătățire de mamă izotop ori logaritmul natural de 2.,
ecuația este exprimată cel mai convenabil în ceea ce privește cantitatea măsurată N(t), mai degrabă decât valoarea inițială constantă nr.pentru a calcula vârsta, se presupune că sistemul este închis(nici izotopii părinte, nici fiica nu s-au pierdut din sistem), D0 trebuie să fie neglijabil sau poate fi estimat cu exactitate, λ este cunoscut cu o precizie ridicată și unul are măsurători precise și precise ale D* și N (t).ecuația de mai sus folosește informații despre compoziția izotopilor părinte și fiică în momentul în care materialul testat este răcit sub temperatura de închidere., Acest lucru este bine stabilit pentru majoritatea sistemelor izotopice. Cu toate acestea, construcția unui izocron nu necesită informații despre compozițiile originale, folosind doar raporturile actuale ale izotopilor părinte și fiică la un izotop standard. Un complot izocron este utilizat pentru a rezolva ecuația de vârstă Grafic și pentru a calcula vârsta eșantionului și compoziția originală.