为什么放射性年代测定法对特定的岩石有效?

Question

据我所知，放射性测年是通过放射性同位素衰变的部分来测量时间的。所有的天然放射性同位素不都是在太阳系形成期间产生的吗?那么，放射性测年法是如何确定一块特定岩石的年龄，而不仅仅是太阳系形成以来的年份呢?

Answer 1

还有其他的，主要是化学过程会改变同位素比率。同位素测年法使用的是它们的组合。这就是为什么它不能总是用于任何放射性同位素，只能在特殊情况下使用。它还需要非常敏感的测量(下面的第二个例子，接近于单个计数微观锆石晶体中的铅原子)。

例如，在碳年代测定中，由于宇宙辐射，C14在大气中不断产生，并在生物圈中形成，在那里衰减。如果植物停止积累碳(即死亡)，它的C14比例就会开始下降。

另一个例子，这次是关于同位素的它是在太阳系中产生的。矿物锆石($ \ rm {ZrSiO_4} $)在晶体结构中积累铀和钍原子，但强烈排斥铅。这种排斥可以在冷冻时发生。当它变成固体后，U/Th衰变产生的铅原子不再消失。因此，月球土壤中锆石晶体中的所有铅都是在冻结时产生的。这使得我们有可能知道，锆石是什么时候凝固的($ \大约$形成月球外壳的时间)。

Answer 2

所有的天然放射性同位素不都是在太阳系形成期间产生的吗?

碳14的半衰期是5730年，比太阳系的年龄还小几个数量级。碳14不断在上层大气中通过中子轰击氮14而产生。另一方面，用于放射性年代测定的其他同位素是在恒星生命的最后阶段产生的，远早于太阳系形成。太阳系的形成并没有产生放射性同位素。

那么，放射性测年法是如何确定一块特定岩石的年龄，而不仅仅是太阳系形成以来的年份呢?

碳测年法可能是最容易理解的，因为这项技术只研究碳14与碳的稳定同位素的比率。植物在生长过程中吸收碳14、碳12和碳13。食草动物以植物为食，食肉动物以食草动物为食。碳14会衰变，随着时间的推移，留下的碳越来越少。

碳年代测定的一个问题是，大气中碳14的含量不是恒定的。幸运的是，有些树已经有5000年的历史了;在它们的环中捕获的不同数量的碳14提供了直接校准。人类使用木材建筑已经有很长很长一段时间了，这使得校准可以追溯到更久远的时间。即使是更古老的木块也可以追溯到5万年前。

另一种放射性测年法是铀铅测年法。这取决于铀和铅的化学性质非常不同。铅不像铀那样容易与其他元素发生化学结合。铀的化学性质与锆类似，这使得铀可以在锆石中取代锆。相反，铅在锆石形成时被化学排斥。这意味着锆石在形成时基本上不含铅。锆石中的铅含量表明了锆石形成的时间。

其他形式的放射性年代测定依赖于类似的概念。父同位素和子同位素的不同化学性质是许多技术的关键。

Answer 3

放射性年代测定是针对我们在特定时间范围内使用的特定同位素进行的。铷锶测年法(因为这种物质的半衰期为500亿年)用于测定极其古老的地质样本以及月球岩石等空间样本的年代。

另一个问题是不同样品中合成同位素的数量。这些同位素中的许多并不存在于自然界中，或者不存在任何足以被使用的数量。因此，唯一的来源是人造放射性同位素;例如原子弹爆炸，如钚-238，镅-241等，因此在人工制品或岩石/土壤中发现的任何高浓度都是原子试验的迹象，被这些核素污染的钢/铁是1945年后制造的任何钢/合金的一个明显迹象。牙齿、骨骼和遗骸中的放射性微量元素也能让我们知道一个人是在二战前还是战后出生的。