Радиометрично датиране • Джеймс Трефил, Енциклопедия „Двеста закона на Вселената“
Учените трябва да знаят точната възраст на обекта на изследване. Археолог например се интересува от времето на производство на намерен глинен съд, а палеонтолог иска да определи възрастта на вкаменелост. Стандартният метод за определяне на възрастта (този процес се нарича датиране) изследва радиоактивните изотопи, съдържащи се в обекта (cm. Радиоактивен разпад). Този метод е приложим за обекти, съдържащи изотопи с известен период на полуразпад. В този случай, като се определи какво количество от този изотоп присъства в предмета по време на неговото производство (или в тялото по време на смъртта) и сравнявайки това количество с количеството, което не е претърпяло радиоактивно разпадане, е възможно да се определи колко полуживота на изотопа са изминали от момента на производството на предмета и следователно да се установи възрастта на този артикул. Например, ако сега остава само половината от първоначалния брой изотопи, тогава възрастта на обекта е равна на един период на полуразпад.
Трудността се състои в изчисляването на първоначалното количество на изотопа (времето на полуразпад е лесно за измерване). Когато методът за радиометрично датиране, разработен в средата на двадесети век в Чикагския университет, беше приложен за първи път на практика, беше използван като изотоп. На този пример можете да разберете как работи радиометричното датиране като цяло. е изотоп на въглерода с 6 протона и 8 неутрона в ядрото си. Този изотоп е малко по-тежък от нормалния въглерод (който има 6 неутрона в ядрото) и участва в същите химични реакции като. образува се високо в атмосферата, когато космическите лъчи се сблъскат с азотните ядра. Когато достигне повърхността, той се поема от растения и след това от животни, които ядат тези растения. Така той навлиза в тъканите на растенията иживотни. Живите организми съдържат милиони въглеродни атоми и около един на милион е атом.
Този изотоп е нестабилен и има период на полуразпад от 5700 години. Докато организмът е жив, всеки разпаднал се атом се заменя със същия атом от околната среда. Въпреки това, след смъртта на живо същество, въглеродният цикъл завършва (cm. Въглеродният цикъл в природата) и започва неизбежното разпадане на изотопа. След 5700 години само половината от количеството, което е било в дървото преди смъртта му, ще остане в парче дърво. Ако това дърво е отсечено за направата на мебели, измерването на съдържанието ще позволи да се оцени възрастта на мебелите. В повечето случаи по този метод се извършва датиране на органични материали - папирусни свитъци, частично изгоряло дърво от древни пожари, кожени изделия.
За първоначалното количество на изотопа може да се определи директно. Има видове дървета - например бодлив бор - чиято възраст достига няколко хиляди години. Чрез сравняване на модели на дървесни пръстени между живи и мъртви дървета, учените могат да създадат „хроника“ на пръстените, която датира от преди около 10 000 години (техника, нареченадендрохронология). Броенето на пръстените ви позволява точно да определите кога даден пръстен се е появил на дърво. Чрез измерване на оставащото ниво в този слой можем да разберем колко е било в околната среда, когато се е появил този пръстен.
Датирането чрез анализ (известно каторадиовъглеродно датиране) се използва широко за обекти, които не са на повече от няколко десетки хиляди години; това включва повечето от археологическите находки. Пределът на съвременните методи е около 50 хиляди години. Твърде малко е останало в по-стари обекти като скали и метеорити. За да се определи тяхната възраст, е необходимо да се намерят други"гледам".
При определяне на възрастта на скалите чрез радиометрично датиране трябва да се вземат предвид два фактора. Първо, ако скалата се разтопи, радиометричният часовник се нулира на нула - например натрупването изчезва от разтопения минерал. А радиометричният анализ показва времето, изминало от последния преход на скалата от течно в твърдо състояние. (След първоначалното образуване същата скала може да се стопи няколко пъти и след това да се втвърди.)
И второ, радиометричният метод не е приложим за седиментни скали, състоящи се от частици и парчета от различни скали (cm. Цикъл на трансформация на скалата). Радиометричното датиране ще определи времето на кристализация на всяка отделна частица, но не и времето на свързването им в скала. Тъй като вкаменелостите се намират само в седиментни скали, е необходимо специално внимание за определяне на тяхната възраст. Обикновено слой от седиментна скала с неизвестна възраст, съдържащ вкаменелости, лежи между слоеве от лава или вулканична пепел, които могат да бъдат датирани. Следователно възрастта на тези вкаменелости е в интервала между възрастите на долните слоеве (cm. Законът за последователността на стратификацията на скалите).