
【化】 isotope dating
isotope; isotopes
【化】 isotope; isotopes
【医】 isotope
a decade; age; time; years
【经】 age
determine; mensuration; set out
【化】 assaying; determination; estimation
【医】 assay; determination
【经】 gauge
同位素年代测定(Isotope Dating)是通过分析样本中放射性同位素及其衰变产物的比例,推算地质或考古样本形成时间的技术方法。其核心原理基于放射性母体同位素(parent isotope)随时间衰变为稳定子体同位素(daughter isotope)的规律,数学表达式为:
$$ t = frac{1}{lambda} lnleft(1 + frac{D}{P}right) $$
其中$t$代表样本年龄,$lambda$为衰变常数,$D$和$P$分别为子体和母体同位素的当前含量。该公式在《同位素地球化学》(Geochimica et Cosmochimica Acta, 2020)中被列为放射性测年的基础模型。
常用同位素体系中,碳-14(¹⁴C)适用于5万年内的有机材料测定,其半衰期为5730年,被美国地球物理联合会(AGU)列为考古学核心测年工具。铀-铅(U-Pb)法则通过分析²³⁸U衰变为²⁰⁶Pb的过程,可测定超过10亿年的岩石年龄,国际地质科学联合会(IUGS)确认其在锆石定年中的误差范围可控制在±1%以内。
技术应用涵盖月球岩石年龄测定(NASA, 2021)、恐龙化石年代确认(Science, 2019),以及冰川沉积物时序重建(Nature Geoscience, 2020)。但需注意封闭系统假设的局限性,样本若经历后期热事件可能导致数据偏差,这一限制在《第四纪科学评论》(2022)中有详细讨论。
同位素年代测定是一种通过放射性同位素的衰变规律来确定岩石、矿物或地质事件年龄的科学方法。以下是其核心要点:
基于放射性同位素的衰变定律,即母体同位素随时间按指数规律衰变为子体同位素。假设矿物或岩石形成后处于化学封闭体系(无母体或子体同位素的交换),通过测量当前母体(P)和子体(D)的含量,结合衰变常数(λ),利用公式计算年龄: $$ t = frac{1}{lambda} lnleft(1 + frac{D}{P}right) $$
铷-锶法
测定对象:火成岩中的斜长石、磷灰石,沉积岩中的磷酸钙。
原理:利用⁸⁷Rb衰变为⁸⁷Sr(半衰期4.88×10¹⁰年),通过等时线法计算年龄,尤其适用于古老地层。
铀-铅法
通过²³⁸U、²³⁵U衰变为稳定铅同位素,常用于锆石测年,可测定数亿至数十亿年的年龄。
碳-14法
适用于5万年内的有机物质,通过¹⁴C衰变为¹⁴N测定年龄,常用于考古和年轻地质样品。
更多细节可参考地质学教材或《同位素地质年代学》专著。
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