
【化】 isotope dating
isotope; isotopes
【化】 isotope; isotopes
【醫】 isotope
a decade; age; time; years
【經】 age
determine; mensuration; set out
【化】 assaying; determination; estimation
【醫】 assay; determination
【經】 gauge
同位素年代測定(Isotope Dating)是通過分析樣本中放射性同位素及其衰變産物的比例,推算地質或考古樣本形成時間的技術方法。其核心原理基于放射性母體同位素(parent isotope)隨時間衰變為穩定子體同位素(daughter isotope)的規律,數學表達式為:
$$ t = frac{1}{lambda} lnleft(1 + frac{D}{P}right) $$
其中$t$代表樣本年齡,$lambda$為衰變常數,$D$和$P$分别為子體和母體同位素的當前含量。該公式在《同位素地球化學》(Geochimica et Cosmochimica Acta, 2020)中被列為放射性測年的基礎模型。
常用同位素體系中,碳-14(¹⁴C)適用于5萬年内的有機材料測定,其半衰期為5730年,被美國地球物理聯合會(AGU)列為考古學核心測年工具。鈾-鉛(U-Pb)法則通過分析²³⁸U衰變為²⁰⁶Pb的過程,可測定超過10億年的岩石年齡,國際地質科學聯合會(IUGS)确認其在锆石定年中的誤差範圍可控制在±1%以内。
技術應用涵蓋月球岩石年齡測定(NASA, 2021)、恐龍化石年代确認(Science, 2019),以及冰川沉積物時序重建(Nature Geoscience, 2020)。但需注意封閉系統假設的局限性,樣本若經曆後期熱事件可能導緻數據偏差,這一限制在《第四紀科學評論》(2022)中有詳細讨論。
同位素年代測定是一種通過放射性同位素的衰變規律來确定岩石、礦物或地質事件年齡的科學方法。以下是其核心要點:
基于放射性同位素的衰變定律,即母體同位素隨時間按指數規律衰變為子體同位素。假設礦物或岩石形成後處于化學封閉體系(無母體或子體同位素的交換),通過測量當前母體(P)和子體(D)的含量,結合衰變常數(λ),利用公式計算年齡: $$ t = frac{1}{lambda} lnleft(1 + frac{D}{P}right) $$
铷-锶法
測定對象:火成岩中的斜長石、磷灰石,沉積岩中的磷酸鈣。
原理:利用⁸⁷Rb衰變為⁸⁷Sr(半衰期4.88×10¹⁰年),通過等時線法計算年齡,尤其適用于古老地層。
鈾-鉛法
通過²³⁸U、²³⁵U衰變為穩定鉛同位素,常用于锆石測年,可測定數億至數十億年的年齡。
碳-14法
適用于5萬年内的有機物質,通過¹⁴C衰變為¹⁴N測定年齡,常用于考古和年輕地質樣品。
更多細節可參考地質學教材或《同位素地質年代學》專著。
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