辐射定年法

辐射定年法通过测量放射性同位素的稳定衰变来确定岩石和矿物的绝对年龄，为地质时间尺度提供了数值骨架。

Definition

辐射定年法是通过测量放射性母体同位素及其衰变产物的相对丰度，并利用已知的、恒定的母体半衰期来确定材料年龄的方法。

Scope

本主题涵盖了辐射定年法的原理和主要方法：放射性衰变和半衰期、封闭系统的要求，以及主要的衰变体系，如铀铅、钾氩和铷锶，以及用于年轻材料的放射性碳定年法。它是地质学中绝对年龄的主要来源。

Core questions

• 放射性衰变如何为岩石定年提供时钟？
• 样本必须满足什么条件才能使定年结果可靠？
• 哪些衰变体系适用于哪些材料和时间跨度？

Key theories

放射性衰变时钟

放射性同位素以恒定、特征性的速率衰变为稳定的子体，因此在封闭系统中测得的母体与子体之比给出了系统形成或上次重置以来的时间。

地球年龄的铅同位素测定

帕特森利用陨石和地球样本中的铅同位素比值，确定地球的年龄约为45.5亿年，从而在坚实的同位素基础上确立了地球的古老性。

Mechanisms

不稳定的母体同位素以其半衰期所描述的速率衰变为稳定的子体。如果矿物在形成时结合了母体原子，并且此后保持一个封闭系统，那么累积的子体原子就记录了逝去的时间。不同的母体-子体对具有不同的半衰期，这使得每种方法都适用于特定的年龄范围和材料；等时线方法可以校正形成时存在的任何子体。

Clinical relevance

辐射年龄校准了地质时间尺度，确定了地质事件和资源形成过程的年代，建立了构造和气候变化的速率，并通过放射性碳定年法等方法支撑了考古学、法医学和环境追踪。

History

在放射性发现之后，卢瑟福和博尔特伍德在20世纪初提出利用放射性来测定岩石的年代。阿瑟·霍姆斯发展了这种方法并倡导了辐射时间尺度，克莱尔·帕特森1956年的铅同位素研究确定了地球的年龄，从而使辐射定年法成为地质年代学的基础。

Key figures

• Arthur Holmes
• Clair Patterson
• Bertram Boltwood
• Ernest Rutherford

Seminal works

• patterson1956
• holmes1913

Frequently asked questions

放射性碳定年法能否用于数百万年前的岩石？

不能。放射性碳定年法仅限于约5万年以下的有机材料，因为碳-14的半衰期很短；测定数百万年前的岩石需要长寿命的同位素体系，如铀铅或钾氩。