放射性年龄测定RadioactiveAgeDetermination

Posted 2022-11-07 岩石

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放射性年龄测定是为测定地球物质形成时间的一种复杂的实验室分析。该方法包括母放射性原子对其衰变产物（放射成因的子原子）的比值和此比值对已知半衰期的放射性元素的比较。（采用一种放射性元素将其原子核的一半转变成子元素的时间来计算年代数。）这种试验可用于测定早先存在的岩石变质作用的结晶年龄，熔融岩浆结晶的年龄，褶皱山的年龄，在沉积物沉积作用期间形成新矿物的沉积岩的年龄。

　　这些计算的准确性取决于：

　　（1）如何准确地得知放射性元素的半衰期，

　　（2）放射性母元素和/或其子元素在岩石形成以后是否有加入和迁出，

　　（3）形成时岩石中子元素的数量，

　　（4）岩石形成过程所用时间与岩石总的年龄之比是短暂的这一假定是否正确。

　　岩石中已发现几种放射性元素，现在被作为地质钟来应用。已应用的所有方法中，以铀238和235（U—238和U—235）各自向铅206和207（Pb—206和Pb—207）放射性衰变为基础的铀—铅法最为有用。至今仍被用于绝大部分地质时期形成的岩石，且对大于100万年的岩石最有用。年轻的岩石，这种方法欠准确，主要因为存在于岩石中的子元素铅207数量有限。通常是对矿物锆英石和榍石进行铀—铅测定，因为这些矿物含有铀并且与许多火成岩和变质岩有联系，在岩石中的含量达到1％左右。

　　钾—氩（K—Ar）法取决于放射性同位素钾40（K—40）向氩40（Ar—40）的蜕变。钾是非常普遍的元素，许多岩石和矿物中都有。这种方法至今仍被用来测定从地球历史的开端到最近30000年以前这段时间范围内的时间。因此，这种方法对年轻的岩石也欠准确，因为在较年轻的岩石中形成的氩—4O的数量是非常少的。钾—氩年龄被用于像角闪石、霞石和云母、白云母和黑云母这样一类矿物，因为在大多数火成岩和变质岩中可以找到这些矿物中的一种。某些海相沉积岩，如果它们含有含钾矿物海绿石的话，也可以用这种方法测定年龄。由于矿物或岩石形成后氩—40进入大气圈而可能有损失，钾—氩法的用处有所减小。这种方法的误差在百万年级。

　　铷—锶法利用铷同位素铷87（Rb—87）向锶87（Sr—87）的衰变。任何早于2000万年岩石都可以用这种方法测定年龄，因此许多比较年轻的岩石如果它们含有足够的铷—87，也可以用这种年龄测定法。（铷不能形成独立矿物，但可以出现在像白云母、黑云母和所有含钾的长石中。）但是，用铷—锶法准确地测定年龄是困难的，因为铷—87的半衰期没有很好确定，一般用47亿或50亿年半衰期。比较新的年代不能由这些方法中的任何一种来测定。

　　碳14法部分地弥补了这个缺陷；但需要进一步研究由宇宙射线轰击大气中的氮（N）所产生的C—14中子。C—14的半衰期为5730年。放射性碳的演化大体如下：重新形成的C—14与氧结合成CO2，CO2被植物代谢，随后植物被动物和人食用。因此所有有生命的有机体都含有一定量的C—14。只要有机体活着，C—14数量保持不变，但当新陈代谢停止，C—14放射性强度减小，减小的数量是C—14半衰期的函数。生存的年代不超过50000年的那些物质可以采用C—14法进行年龄测定。这种方法已被广泛地用于冰河事件和考古学发现物的年龄测定。

　　放射性年龄测定铀、钍、铷和钾是用于放射性法年龄测定的四种主要元素。这里列出了半衰期和这些元素中的各种稳定子同位素以及各种同位素测定法适用的对象。

　　母同位素半衰期（年）稳定子同位素一般的测定的矿物和岩石

　　铀2384.5亿铅206锆英石沥青铀矿沥青铀矿

　　铀2350.7亿铅207锆英石沥青铀矿沥青铀矿

　　钾401.3亿氩40白云母黑云母角闪石海绿石透长石全岩火山岩

　　铷8747.0亿锶87白云母黑云母锂云母微斜长石海绿石全岩变质岩