Radiometrisk datering

Radiometrisk datering , radioaktiv datering eller radioisotopdatering er en teknikk som brukes til å datere materialer som bergarter , mineraler og organiske rester ( karbon ), der radioaktive urenheter ble selektivt inkorporert da de ble dannet. Metoden er basert på å sammenligne forekomsten av et naturlig forekommende radionuklid i materialet med forekomsten av dets nedbrytningsprodukter , som dannes med en kjent konstant nedbrytningshastighet . [ 1 ] Bruken av radiometrisk datering ble først publisert i 1907 av den amerikanske radiokjemikeren Bertram Boltwood (1870-1927) [ 2 ] – basert på en idé som allerede ble fremmet av briten Ernest Rutherford i 1905 – og nå er den den primære kilden til informasjon om den absolutte alderen til bergarter og andre geologiske trekk , inkludert alderen til fossiliserte livsformer eller jordens alder , og kan også brukes til å datere et bredt spekter av naturlige materialer og gjenstander gamle. [ 3 ] Ved å tillate etablering av geologiske tidsskalaer, gir det en viktig kilde til informasjon om fossile tidsaldre og antatte evolusjonære endringer.

Sammen med stratigrafiske prinsipper brukes radiometriske dateringsmetoder i geokronologi for å etablere den geologiske tidsskalaen . [ 4 ] Blant de mest kjente teknikkene er kalium-argon- datering , uran-bly- datering og radiokarbondatering (basert på nedbrytningen av isotopen karbon 14 ), som vanligvis brukes til å datere relativt nyere organiske rester, opptil 60 000 år . [ 5 ] ( Andre mulige datoer er K / Ar , U / Pb , Rb / Sr , Sm / Nd , etc. [ 6 ] )

De forskjellige radiometriske dateringsmetodene varierer avhengig av tidsskalaen de er nøyaktige på og materialene de kan brukes på.

Grunnleggende

Radioaktivt forfall

All vanlig materie er bygd opp av kombinasjoner av kjemiske grunnstoffer , hver med sitt eget atomnummer , som indikerer antall protoner i atomkjernen . Elementer kan også eksistere i forskjellige isotoper , med hver isotop av et element forskjellig i antall nøytroner i kjernen. En bestemt isotop av et bestemt grunnstoff kalles en nuklid . Noen nuklider er iboende ustabile. Det vil si at på et tidspunkt vil et atom av en slik nuklid gjennomgå radioaktivt forfall og spontant forvandles til en annen nuklid. Denne transformasjonen kan oppnås på flere forskjellige måter, inkludert alfa-forfall ( alfa- partikkelutslipp ) og beta-forfall ( elektronutslipp , positronutslipp eller elektronfangst ). En annen mulighet er spontan fisjon i to eller flere nuklider.

Mens tidspunktet for hvilket en bestemt kjerne forfaller er uforutsigbar, forfaller en samling av atomer av en radioaktiv nuklid eksponentielt med en hastighet beskrevet av en parameter kjent som halveringstiden , vanligvis gitt i enheter av år når dateringsteknikker studeres. . Etter at en halveringstid har gått, vil halvparten av atomene i det aktuelle nuklidet ha forfalt til et "datter"-nuklid eller et henfallsprodukt . I mange tilfeller er selve "datter"-nukliden radioaktiv, noe som resulterer i en ny henfallskjede , som til slutt ender med dannelsen av en stabil (ikke-radioaktiv) "datter"-nuklid; hvert trinn i en slik kjede er preget av en annen halveringstid. I disse tilfellene er halveringstiden av interesse for radiometrisk datering generelt den lengste i kjeden, som er den hastighetsbegrensende faktoren i den endelige transformasjonen av den radioaktive nukliden til dens stabile 'datter'. Isotopsystemer som har blitt utnyttet for radiometrisk datering har halveringstider som varierer fra bare rundt 10 år (f.eks . tritium ) til over 100 milliarder år (f.eks . samarium-147 ). [ 7 ]

For de fleste radioaktive nuklider avhenger halveringstiden kun av kjernefysiske egenskaper og er i hovedsak en konstant. Det påvirkes ikke av eksterne faktorer som temperatur , trykk , det kjemiske miljøet eller tilstedeværelsen av et magnetisk eller elektrisk felt . [ 8 ] ​[ 9 ] ​[ 10 ]​ De eneste unntakene er nuklider som forfaller ved elektronfangstprosessen, slik som beryllium 7 , strontium 85 og zirkonium 89 , hvis nedbrytningshastighet kan påvirkes av den lokale elektrontettheten. For alle andre nuklider endres forholdet mellom modernukliden i forhold til dets nedbrytningsprodukter på en forutsigbar måte ettersom modernukliden forfaller over tid. Denne forutsigbarheten gjør at den relative mengden av beslektede nuklider kan brukes som en klokke for å måle tiden fra inkorporeringen av de opprinnelige nuklidene i et materiale til i dag.

Nøyaktighet av radiometrisk datering

Den grunnleggende ligningen for radiometrisk datering krever at verken "foreldre"-nukliden eller "datter"-produktet kan komme inn i eller forlate materialet etter dannelsen. De mulige forvirrende effektene av kontaminering fra "foreldre" og "datter"-isotopene bør vurderes, og det samme bør effekten av tap eller gevinst av disse isotopene siden prøven ble opprettet. Derfor er det viktig å ha så mye informasjon som mulig om materialet som dateres og å se etter tegn på endringer . [ 11 ] Nøyaktigheten forbedres hvis det tas målinger på flere prøver fra forskjellige steder i bergkroppen. Alternativt, hvis flere forskjellige mineraler fra samme prøve kan dateres og antas å ha blitt dannet av samme hendelse og å ha vært i likevekt med forekomsten da de ble dannet, bør de danne en isokron. Dette kan redusere problemet med forurensning . Ved uran-bly-datering brukes concordia-diagrammet som også reduserer problemet med nuklidtaps. Til slutt kan korrelasjon mellom ulike isotopiske dateringsmetoder være nødvendig for å bekrefte alderen til en prøve. For eksempel ble alderen til Amitsoq- gneissene i det vestlige Grønland bestemt til å være 3,6 ± 0,05 millioner år (Ma) ved bruk av bly-uran-datering og 3,56 ± 0,10 Ma ved bruk av bly-uran-datering. av bly-bly, resultater som sammenfaller med hver annen. [ 12 ] : 142–143 

Nøyaktig radiometrisk datering krever generelt at "forelderen" har en lang nok halveringstid til at den er tilstede i betydelige mengder på målingstidspunktet (bortsett fra, som beskrevet nedenfor, i "Dating med langlivede utdødde radionuklider"). kort" ), at halveringstiden til "forelderen" er nøyaktig kjent og at det produseres nok av "datter"-produktet til å måle det og skille det fra den opprinnelige mengden "datter" som er tilstede i materialet. Prosedyrene som brukes for å isolere og analysere "foreldre" og "datter" nuklider må være presise og pålitelige. Dette innebærer vanligvis bruk av isotopforhold massespektrometri . [ 13 ]

Nøyaktigheten til en dateringsmetode avhenger delvis av halveringstiden til den involverte radioaktive isotopen. For eksempel har karbon 14 en halveringstid på 5730 år . Etter at en organisme har vært død i 60 000 år , er det så lite karbon-14 igjen at nøyaktig datering ikke kan fastslås. På den annen side synker konsentrasjonen av karbon-14 så bratt at alderen på relativt unge rester kan bestemmes med en nøyaktighet på noen tiår. [ 14 ]

Slutttemperatur

Hvis et materiale som selektivt avviser datternuklidet blir oppvarmet, vil eventuelle datternuklider som har akkumulert over tid gå tapt ved diffusjon, og nullstille den isotopiske klokken . Temperaturen som dette skjer ved er kjent som lukketemperatur eller blokkeringstemperatur og er spesifikk for hvert enkelt materiale og isotopsystem. Disse temperaturene bestemmes eksperimentelt i laboratoriet ved å kunstig tilbakestille prøvemineralene ved hjelp av en høytemperaturovn. Når mineralet avkjøles, begynner den krystallinske strukturen å dannes og diffusjon av isotopene er mindre lett. Ved en viss temperatur har krystallstrukturen dannet seg nok til å forhindre isotopdiffusjon. Den temperaturen er det som er kjent som lukketemperaturen og representerer temperaturen under hvilken mineralet er et lukket system for isotoper. En sakte avkjølende magmatisk eller metamorf bergart eller smelte begynner således ikke å vise målbart radioaktivt forfall før den avkjøles under avstengningstemperaturen. Alderen som kan beregnes ved radiometrisk datering er derfor tidspunktet da bergarten eller mineralet avkjølte seg til slutttemperaturen. [ 15 ] ​[ 16 ]​ Datering av ulike mineraler og/eller isotopsystemer (med ulike lukketemperaturer) innenfor samme bergart kan derfor tillate at den termiske historien til den aktuelle bergarten spores i tid, og dermed historien til metamorfe hendelser. kan kjennes i detalj. Dette feltet er kjent som termokronologi eller termokronometri.

Datingligning

Det matematiske uttrykket som relaterer radioaktivt forfall til geologisk tid er: [ 15 ] ​[ 18 ]

enten

å være:

, alderen på prøven, , antall atomer til "datter"-isotopen i prøven, , antall atomer til «datter»-isotopen i den opprinnelige sammensetningen (lik antall «overordnede» atomer som har forfalt radioaktivt), , antall atomer til "foreldre"-isotopen i prøven på tidspunktet t (nåværende), gitt ved N ( t ) = N o e - λt , og , den radioaktive henfallskonstanten til "forelder"-isotopen, lik inversen av halveringstiden - gjennomsnittlig varighet av en radioaktiv isotop før dens nedbrytning - for "overordnet" isotopen [ 19 ] multiplisert med Naperian eller naturlig logaritme ( ) av 2. Halveringstiden er lik inversen av den radioaktive henfallskonstanten: . Tiden som går til antall nuklider er redusert til halvparten av den opprinnelige mengden kalles halveringstid , periode, halveringstid eller halveringstid (ikke å forveksle med halveringstid): . Ved slutten av hver halveringstid reduseres radioaktiviteten til halvparten (av den initiale). Hver radioisotop har en karakteristisk halveringstid, generelt forskjellig fra andre isotoper.
Hoveddatoer
Isotop Periode Utgave
Radon 222 3,82 dager Alfa
Kobolt 60 5271 år gamma
Karbon-14 5730 år Beta
Uran 238 4,51 milliarder år [ 20 ] Alfa

Ligningen uttrykkes best i form av den målte mengden i stedet for den opprinnelige konstantverdien .

Ligningen ovenfor gjør bruk av informasjon om sammensetningen av "foreldre" og "datter" isotoper på det tidspunktet materialet som testes avkjøles under lukketemperaturen. Dette er godt etablert for de fleste isotopsystemer. [ 16 ] [ 21 ] Konstruksjonen av en isokron krever imidlertid ikke informasjon om de originale komposisjonene, bare ved å bruke gjeldende forhold mellom "foreldre" og "datter" isotoper til en standard isotop. Å plotte en isokron brukes til å grafisk løse aldersligningen og beregne prøvealderen og den opprinnelige sammensetningen.

Denne ligningen er gyldig så lenge forfallsmodusen til "foreldre"-isotopen er unik og "datter"-isotopen er stabil. For andre tilfeller kan mer komplekse ligninger oppnås, der flere mulige forfall tas i betraktning.

Moderne datingmetoder

Radiometrisk datering har vært kjent siden 1905, da det ble utviklet av Ernest Rutherford som en metode for å bestemme jordens alder . I århundret siden den gang har teknikkene blitt kraftig forbedret og utvidet. [ 19 ] Datering kan nå utføres på svært små prøver, i størrelsesorden et nanogram, ved hjelp av et massespektrometer . Massespektrometeret ble oppfunnet på 1940-tallet og kom i bruk for radiometrisk datering på 1950-tallet. Det fungerer ved å generere en stråle av ioniserte atomer fra prøven som testes. Ionene beveger seg deretter gjennom et magnetfelt, som avleder dem mot forskjellige prøvetakingssensorer, kjent som " Faraday-kopper ", avhengig av deres masse og ioniseringsnivå. Ved påvirkning av koppene setter ionene opp en veldig svak strøm som kan måles for å bestemme slaghastigheten og de relative konsentrasjonene av de forskjellige atomene i bjelkene.

Uran-bly dating metode

Denne delen er et utdrag fra Uranium-Lead Dating .

Uran -bly (U-Pb) datering er et av de eldste [ 24 ] og mest raffinerte systemene for radiometrisk datering. Den kan brukes til å datere bergarter som dannet og krystalliserte [ 25 ] fra 1 million år siden til 4,5 milliarder år siden med nøyaktigheter innenfor 0,1–1 % prosent området, [ 26 ] mindre enn to millioner år siden år i 2500 millioner år . [ 27 ] [ 28 ] Det er oppnådd en feilmargin på 2–5 % i de yngste mesozoiske bergartene. [ 29 ]

Uran-bly-dateringsmetoden er basert på to henfallskjeder , uranserien fra 238 U til 206 Pb, med en halveringstid på 4,47 milliarder år, og aktiniumserien fra 235 U til 207 Pb, med en halveringstid på 704 millioner år. Det er en av dens store fordeler, at enhver prøve gir to klokker, som gir en innebygd krysssjekk som gjør at alderen på prøven kan bestemmes nøyaktig, selv om noe av blyet har gått tapt. Dette kan sees i concordia-plottet, hvor prøvene er plottet langs en errorchron (rett linje) som skjærer concordia-kurven ved prøvens alder.

U-Pb-datering gjøres ofte på mineralet zirkon (ZrSiO 4 ), selv om det kan brukes på andre materialer, som baddeleyitt , så vel som monazitt (se: monazitt geokronologi ). [ 30 ] Zirkonium og baddeleyitt inkorporerer uranatomer i deres krystallstruktur som erstatninger for zirkonium, men avviser bly. Zirkonium har en svært høy lukketemperatur, er motstandsdyktig mot mekanisk forvitring og er svært kjemisk inert. Zirkonium danner også flere krystalllag under metamorfe hendelser, som hver kan registrere en isotopalder for hendelsen. In situ mikrostråleanalyse kan oppnås med laser ICP-MS eller SIMS -teknikker . [ 31 ]

Samarium-neodym dateringsmetode

Denne delen er et utdrag fra Samarium-Neodymium Dating .

Samarium - neodymdatering eller samarium-neodymdatering er en nyttig radiometrisk dateringsteknikk for å bestemme alderen til steiner og meteoritter. Teknikken er basert på nedbrytningen av isotopen samarium (Sm), som innebærer et alfa-forfall på 147 Sm til 143 Nd med en halveringstid på 106 milliarder år. Nd-isotopinnholdet brukes til å gi informasjon om kilden til det magmatiske materialet så vel som dets alder. De forskjellige forekomstene i de faste delene av jorden har forskjellige verdier av startforholdene på 143 Nd/ 144 Nd, spesielt i mantelen. [ 32 ]

Nytten av Sm-Nd-dateringsteknikken er basert på det faktum at disse to elementene er sjeldne jordartselementer . Derfor er de teoretisk sett ikke utsatt for separasjon under smelting fra silikatbergarter . Fraksjonerte krystalliseringseffekter av felsiske mineraler endrer Sm/Nd-forholdet til de resulterende materialene. Dette påvirker igjen forholdet 143 Nd/ 144 Nd med økningen på 143 Nd.

Det antas at jordens kappe hadde en kondritisk utvikling , og at den derfor avvek fra de opprinnelige forholdene på 143 Nd/ 144 Nd, som kan gi informasjon om alderen der en bestemt stein eller avsetning skilte seg fra mantelen. forbi.

Nøyaktighetsnivåer på tjue millioner år kan oppnås i en alder av to og en halv milliard år. [ 33 ] I mange tilfeller brukes informasjonen innhentet ved Sm-Nd og Rb-Sr teknikkene på en komplementær måte.

Kalium-argon dateringsmetode

Denne delen er et utdrag fra Potassium-Argon Dating .

Kalium -argon eller 40K / 40Ar- datering er en radiometrisk dateringsmetode som dukket opp på 1960-tallet og brukes i geologi og arkeologi for å datere bergarter eller vulkansk aske , vanligvis den eldste.

Den er basert på prinsippet om radioaktivt forfall , og involverer elektronfangst eller positronforfall av den radioaktive isotopen kalium 40 ( 40 K) - tilstede i vulkanske bergarter - som forfaller med en kjent hastighet til inertgassen argon 40 ( 40 Ar) , i en prosess som har en halveringstid på (1248 millioner år) [ 34 ] , tid hvor gassen konsentreres i bergkrystallene. Ved å dra nytte av den kjente hastigheten og halveringstiden, egner metoden seg til å datere prøver fra 100 000 år til flere milliarder år. [ 35 ] Grensen for de yngste prøvene er satt for å kontrollere målefeil på grunn av inntak av argon fra atmosfæren. [ 36 ]​ [ 37 ]​ [ 38 ]​ Den radioaktive 40 K er vanlig i glimmer , feltspat og hornblende , selv om lukketemperaturen er ganske lav i disse materialene, omtrent 350 °C (glimmer) til 500 °C (hornblende) ).

En bemerkelsesverdig forfining av denne teknikken ble oppnådd i 1965 ved å bestråle prøver i en atomreaktor for å omdanne stabilt kalium 39K til isotopen 39Ar . Denne metoden ble kalt 40 Ar/ 39 Ar , en prosedyre som — selv om den er betydelig dyrere — er ti ganger mer presis, med en feilrate nær 1 %. [ 39 ]

Rubidium-strontium-dateringsmetode

Denne delen er et utdrag fra Rubidium-strontium dating .

Rubidium -strontium- dateringsmetoden er en radiometrisk dateringsteknikk som brukes til å bestemme alderen til bergarter og mineraler ut fra mengdene de inneholder av isotopene av rubidium ( 87Rb ) og strontium ( 87Sr ,  86Sr ).

Denne metoden er basert på beta-forfall av 87Rb ( en av de to naturlig forekommende isotoper av rubidium) som forfaller til 87Sr med en halveringstid på 48,8 milliarder år. I tillegg er rubidium et svært uforenlig grunnstoff som under den fraksjonerte krystalliseringen av jordskorpen forblir i den smeltede magmatiske blandingen i stedet for å være en del av mantelmineralene. Den radiogene "sønnen" 87 Sr, produsert i denne nedbrytningsprosessen, ble også produsert i stjernens nukleosyntesesykluser før dannelsen av solsystemet .

Ulike mineraler i en gitt geologisk setting kan ha forskjellige forhold mellom radiogent strontium-87 og naturlig forekommende strontium-86 over tid, så alderen deres kan bestemmes ved å måle 87Sr / 86Sr med et massespektrometer , fra å vite mengden 87Sr som eksisterte da bergarten eller mineralet ble dannet, og beregne mengden 87Rb fra måling av rubidiuminnholdet og masseforholdet 85Rb / 87 Rb.

Hvis disse mineralene krystalliserte fra den samme silikatsmelten , hadde hvert mineral samme initiale 87 Sr/ 86 Sr-forhold som sin "foreldre" i smelten. Men siden rubidium er erstattet med kalium i mineraler og disse mineralene har forskjellige K / Ca -forhold , vil mineralene ha forskjellige Rb/Sr-forhold.

Under fraksjonert krystallisering har Sr en tendens til å konsentrere seg i plagioklas , og etterlater rubidium i væskefasen. Derfor kan Rb/Sr-forholdet i restmagma øke over tid, noe som gir opphav til bergarter med høyere Rb/Sr-forhold med økende differensiering. Høye forhold (på 10 eller mer) forekommer i pegmatitter . Generelt øker Rb/Sr-forholdet i rekkefølgen plagioklas , hornblende , kaliumfeltspat, biotitt , muskovitt . Derfor, gitt nok tid til betydelig produksjon (innvekst) av radiogen 87Sr, vil målte 87Sr /86Sr- verdier variere i mineraler og øke i samme rekkefølge.

Dette skjemaet brukes til å datere eldgamle magmatiske og metamorfe bergarter , og har også blitt brukt til å datere måneprøver . Lukketemperaturer er så høye at de ikke gir grunn til bekymring. Rubidium-strontium-datering er ikke like nøyaktig som uran-bly-datering , med feil på 30-50 millioner år for en prøve på 3 milliarder år.

Utviklingen av denne teknikken var et produkt av arbeidet til de tyske kjemikerne Otto Hahn og Fritz Strassmann , som senere skulle oppdage kjernefysisk fisjon i desember 1938.

Uran-thorium dateringsmetode

Denne delen er et utdrag fra Uranium-Thorium Dating .

Uran - thorium -datering, også kalt thorium-230-datering, uran-serie-ulikevektsdatering, eller uran-serie-datering, er en radiometrisk dateringsteknikk som vanligvis brukes for å oppdage alderen på materialer dannet av kalsiumkarbonat , for eksempel speleothems eller koraller . [ 40 ] I motsetning til andre ofte brukte radiometriske dateringsteknikker som daterer akkumuleringen av et stabilt endeleddprodukt av forfall – som rubidium-strontium eller uran-bly – gjør ikke uran-thorium-teknikken det, og i stedet beregner uran-thorium-teknikken en alder fra graden som sekulær likevekt har blitt gjenopprettet mellom den radioaktive isotopen 230 Th og dens "foreldre" 234 U i en prøve.

Thorium er ikke løselig i naturlig vann under forhold som finnes på eller nær jordoverflaten, så materialer dannet i eller fra disse vannet inneholder vanligvis ikke thorium da det selektivt utfelles i sedimentene på havbunnen, hvorfra deres proporsjoner måles. Derimot er uran løselig til en viss grad i alle naturlige vann, så ethvert materiale som utfelles eller dannes fra slike vann inneholder også spormengder av uran, typisk i nivåer mellom noen få deler per milliard og noen få deler per million, etter vekt. Ettersom tiden går etter dannelsen av materialet, faller 234 U tilstede i prøven, med en halveringstid på 245 000 år, til 230 Th. Thorium-230 er i seg selv radioaktiv, med en halveringstid på 75 000 år . , så de akkumuleres ikke i det uendelige (som tilfellet er for eksempel med uran-bly-systemet), 230 Th nærmer seg i stedet sekulær likevekt med sin radioaktive 234 U forelder. I sekulær likevekt, mengden 230 Th som forfaller per år innen en prøve er lik mengden thorium-230 produsert, som også er lik mengden på 234 U som forfaller per år i samme prøve.

Uran-thorium dadler har en øvre aldersgrense på litt over 500 000 år , som er satt av halveringstiden på 230 Th, av nøyaktigheten som 230 Th/ 234 U -forholdet kan måles 230 Th og 234 U er kjent. Det bør også huskes på at for å beregne en alder med denne teknikken, må andelen av 234 U og dens "overordnede" isotop, 238 U, måles.

En relativt kort rekkevidde dateringsteknikk er basert på forfallet av 234 U til 230 Th, et stoff med en halveringstid på rundt 80 000 år . Den er ledsaget av en søsterprosess, der 235 Th forfaller til protactinium 231, som har en halveringstid på 32 760 år og også er uløselig i vann .

Radiokarbondateringsmetode

Denne delen er et utdrag fra Radiocarbon Dating .

Radiokarbondatering er en radiometrisk dateringsmetode som bruker den radioaktive isotopen karbon -14 ( 14 C) for å bestemme alderen på karbonholdige materialer opp til rundt 50 000 år . [ 42 ] 14C har en halveringstid på 5730 år , [ 43 ] [ 44 ] (som er svært kort sammenlignet med andre isotoper som brukes i radiometrisk datering) og henfaller til nitrogen . [ 45 ] I andre dateringsmetoder ble de tunge foreldreisotopene produsert ved nukleosyntese i supernovaer , noe som betyr at alle foreldreisotoper med kort halveringstid allerede burde være utdødd. 14 C skapes imidlertid kontinuerlig gjennom kollisjoner av kosmiske strålegenererte nøytroner med nitrogen i den øvre atmosfæren , og forblir dermed på et nesten konstant nivå på jorden. 14 C ender opp som en sporkomponent i atmosfærisk karbondioksid (CO 2 ).

En karbonbasert livsform tar inn karbon kontinuerlig gjennom hele livet. Planter tilegner seg det gjennom fotosyntese , og dyr gjennom konsum av planter og andre dyr. Når en organisme dør, slutter den å ta opp ny 14 C og den eksisterende isotopen henfaller i henhold til dens karakteristiske halveringstid. Andelen av 14 C som gjenstår når restene av organismen undersøkes gir en indikasjon på tiden som har gått siden dens død. Dette gjør 14C til en ideell metode for å datere alderen på bein eller restene av en organisme. Dateringsgrensen for 14C er mellom 58.000 og 62.000 år . [ 46 ]

14C - skapingshastigheten ser ut til å være omtrent konstant, ettersom krysssjekker av 14C-datering med andre dateringsmetoder viser at det gir konsistente resultater. Imidlertid kan lokale vulkanutbrudd eller andre hendelser som frigjør store mengder karbondioksid senke lokale 14C-konsentrasjoner og gi unøyaktige datoer. Utslipp av karbondioksid til biosfæren som følge av industrialisering har også redusert andelen 14 C med noen få prosent; og omvendt ble mengden 14 C økt ved overflatetester av atombomber tidlig på 1960-tallet. I tillegg ville en økning i solvinden eller jordens magnetfelt over dagens verdi redusere mengden 14 C som ble skapt i atmosfæren .

I arkeologi regnes det som en absolutt dateringsteknikk. I 1946 avslørte den amerikanske kjemikeren Willard Libby [ 47 ] mekanismene for dannelsen av isotopen 14C gjennom kjernefysiske reaksjoner i atmosfæren. Senere, i 1949, da han var professor ved University of Chicago , utviklet han metoden kjent som radiokarbondateringsmetoden. I 1960 ble Libby tildelt Nobelprisen i kjemi for sin 14C - dateringsmetode .

Dateringsmetode for fisjonspor

Denne metoden involverer inspeksjon av en polert seksjon av et materiale for å bestemme tettheten av "spor"-merker som er etterlatt på det ved spontan spaltning av urenheter av uran 238. Uraninnholdet i prøven må være kjent, men det kan bestemmes av å plassere en plastfilm over den polerte skiven av materialet og bombardere den med langsomme nøytroner . Dette forårsaker indusert fisjon på 235 U, i motsetning til spontan fisjon på 238 U. Fisjonssporene som produseres ved denne prosessen er registrert på plastfilmen. Uraninnholdet i materialet kan beregnes ut fra antall spor og nøytronfluksen .

Denne ordningen har anvendelse over et bredt spekter av geologiske datoer. For datoer opp til noen få millioner år er glimmer , tektitter (glasskår fra vulkanutbrudd) og meteoritter best brukt. Eldre materialer kan dateres ved bruk av zirkonium , apatitt , titanitt , epidot og granat som har en variabel mengde uraninnhold. [ 48 ] ​​Fordi fisjonsspor herdes ved temperaturer på over 200 °C, har teknikken både begrensninger og fordeler. Teknikken har potensielle anvendelser for å detaljere den termiske historien til et reservoar.

Klor 36 dating metode

Mellom 1952 og 1958 ble store mengder av den ellers sjeldne 36Cl ( halveringstid ~300 ka) produsert under den atmosfæriske detonasjonen av atomvåpen . Oppholdstiden for 36Cl i atmosfæren er ca. 1 uke. Derfor, som en markør for hendelser i jordvann og grunnvann fra 1950-tallet, er 36Cl også nyttig for å datere vann mindre enn 50 år før nåtid. 36 Cl har blitt brukt i andre områder av geologiske vitenskaper, som is- og sedimentdatering.

Luminescensdateringsmetoder

Luminescensdateringsmetoder er ikke radiometriske dateringsmetoder fordi de ikke er avhengige av isotopoverflod for å beregne alder. I stedet er de en konsekvens av bakgrunnsstråling i visse mineraler. Over tid blir ioniserende stråling absorbert av mineralkorn i sedimenter og arkeologiske materialer som kvarts og kaliumfeltspat . Strålingen får ladning til å forbli innenfor kornene i strukturelt ustabile "elektronfeller". Eksponering for sollys eller varme frigjør disse ladningene, som "bletter" prøven og nullstiller klokken. Den fangede ladningen bygges opp over tid med en hastighet som bestemmes av mengden bakgrunnsstråling på stedet der prøven ble begravd. Stimulering av disse mineralkornene med lys ( optisk stimulert luminescens eller infrarød stimulert luminescensdatering) eller varme ( termoluminescensdatering ) fører til at et luminescenssignal sendes ut når lagret ustabil elektronisk energi frigjøres, hvis intensitet varierer avhengig av mengden stråling absorbert under gravlegging og mineralets spesifikke egenskaper.

Disse metodene kan brukes til å datere alderen til et lag med sediment, da lag avsatt på toppen ville forhindre at kornene "blekes" og tilbakestilles i sollys. Keramikkskår kan dateres til siste gang de opplevde betydelig varme, vanligvis når de ble avfyrt i en ovn.

Termoluminescens-dateringsmetoder

Denne delen er et utdrag fra Termoluminescence Dating .

Termoluminescensdatering er en absolutt dateringsmetode som brukes i arkeologi for å bestemme alderen på gjenstander som har blitt utsatt for oppvarming, for eksempel ildsteder eller keramikk . [ 49 ] Den kan også brukes til å datere eoliske , fluviale , marine , kystsedimenter , vulkanske bergarter og kalsiumkarbonat utfelt i huler . [ note 1 ]​ [ 50 ]​ [ 51 ]​ Den er basert på endringene forårsaket av ioniserende stråling ( kosmisk stråling og radioaktivitet i miljøet) i de krystallinske strukturene til mineraler , og øker deres termoluminescens med tiden de blir utsatt for strålingen. [ 52 ] Det er flere måter å utføre denne typen datering på , inkludert: «pre-dose»-teknikk, «finkorn» og «inneslutninger». [ 53 ]

For å kunne bruke denne testen er det nødvendig at elementet som skal dateres (keramikk, ovnsstein...) inneholder termoluminescerende mineraler (normalt kvarts ) og at det har vært utsatt for en temperatur over 500 °C . [ 54 ] ​[ note 2 ]​ Når det gjelder sedimenter, må de ha vært utsatt for sollys i en viss tid. [ 56 ] Prøvene som analyseres må være mellom 1 000 og 500 000 år gamle. [ 57 ]

Andre metoder

Andre metoder er som følger:

Datering med forfallsprodukter av kortlivede utdødde radionuklider

Absolutt radiometrisk datering krever at en målbar brøkdel av "forelder"-kjernen forblir i prøvebergarten. For bergarter som dateres tilbake til begynnelsen av solsystemet, krever dette ekstremt langlivede 'foreldre' isotoper, noe som gjør måling av den nøyaktige alderen til slike bergarter unøyaktig. For å kunne skille bergarters relative alder fra det eldgamle materialet, og for å oppnå bedre tidsoppløsning enn det som er tilgjengelig fra langlivede isotoper, kortlivede isotoper som ikke lenger er tilstede i bergarten, kjent som utdødde radionuklider , kan brukes . [ 59 ]

I begynnelsen av solsystemet var det flere relativt kortlivede radionuklider som 26 Al, 60 Fe, 53 Mn og 129 I tilstede i soltåken. Disse radionuklidene, muligens produsert av en supernovaeksplosjon, er nå utdødd, men forfallsproduktene deres kan oppdages i svært gammelt materiale, for eksempel meteoritter . Ved å måle nedbrytningsproduktene til utdødde radionuklider med et massespektrometer og bruke isokronplott, er det mulig å bestemme den relative alderen til forskjellige hendelser i solsystemets tidlige historie. Dateringsmetoder basert på utdødde radionuklider kan også kalibreres med U-Pb-metoden for å få absolutte aldre. Derfor kan både omtrentlig alder og høy tidsoppløsning oppnås. Generelt fører en kortere halveringstid til høyere tidsoppløsning på bekostning av tidsskalaen.

stoppeklokken129
jeg- _129
Xé

De129
jeg forfaller til129
Xe med en halveringstid på 16 millioner år. Jod-xenon-kronometeret [ 60 ] er en isokron teknikk. Prøvene blir utsatt for nøytronstråling i en atomreaktor. Dette konverterer den eneste stabile isotopen av jod (129
jeg ) inn128
Xe via nøytronfangst etterfulgt av beta-forfall (fra128
jeg ). Etter bestråling varmes prøvene opp i en rekke trinn og den isotopiske signaturen til xenon i gassen som utvikles i hvert trinn analyseres. Når et konstant forhold på129
X /128
Xe i flere påfølgende temperaturtrinn kan tolkes som å korrespondere med et tidspunkt da prøven sluttet å miste xenon.

Prøver fra en meteoritt kalt Shallowater er vanligvis inkludert i bestrålingen for å overvåke konverteringseffektiviteten til127
jeg til128
xe . Forskjellen mellom de målte forholdstallene på129
X /128
Xe av prøven og av Shallowater tilsvarer de forskjellige forholdene mellom129
jeg /127
Jeg når hver av dem sluttet å miste xenon. Dette tilsvarer igjen en forskjell i lukkingsalderen i det tidlige solsystemet.

26 Al - 26 Mg kronometer

Et annet eksempel på datering av kortlivede utdødde radionuklider er 26 Al – 26 Mg kronometer, som kan brukes til å estimere den relative alderen til kondruler . 26Al forfaller til 26Mg med en halveringstid på 720 000 år . Datering handler ganske enkelt om å finne avviket fra den naturlige forekomsten på 26 Mg (nedbrytningsproduktet av 26 Al) sammenlignet med forholdet mellom de stabile isotopene 27 Al/ 24 Mg.

De overskytende 26 Mg (ofte betegnet 26 Mg*) er funnet ved å sammenligne 26 Mg/ 27 Mg-forholdet med andre solsystemmaterialer. [ 61 ]

26 Al – 26 Mg- kronometeret gir et estimat for tidsperioden for tidlig meteorittdannelse på bare noen få millioner år (1,4 millioner år for kondruldannelse). [ 62 ]

Se også

Notater

  1. ↑ Optisk stimulert luminescens (OSL) brukes nå ofte for å datere sedimenter.
  2. ↑ Andre kilder indikerer at den nødvendige temperaturen må være høyere enn 300 °C. [ 55 ]

Referanser

  1. ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry . « radioaktiv dating ». Kompendium av kjemisk terminologi . Nettversjon (på engelsk) .
  2. ^ Boltwood, Bertram (1907). «De ultimate desintegrasjonsproduktene til de radioaktive elementene. Del II. Desintegreringsproduktene av uran. AmericanJournal of Science . 4 23 (134): 77-88. doi : 10.2475/ajs.s4-23.134.78 . 
  3. ↑ [1] Geologisk tid: Radiometrisk tidsskala". United States Geological Survey.
  4. ↑ McRae, A. 1998. Radiometrisk datering og den geologiske tidsskalaen: sirkulær resonnement eller pålitelige verktøy? Radiometrisk datering og den geologiske tidsskalaen TalkOrigins Archive
  5. ↑ TEAM (2000). Ordbok for geovitenskap . Complutense Publisher. ISBN  9788489784772 . Hentet 19. februar 2018 . 
  6. ↑ Radioaktive isotoper og vår fortid
  7. ^ Bernard-Griffiths, J.; Groan, G. (1989). "Samarium-neodym-metoden". I Roth, Etienne; Poty, Bernard, red. Nukleære metoder for dating . Springer Nederland. s. 53 - 72. ISBN  978-0-7923-0188-2 . 
  8. ^ Emery, GT (1972). "Forstyrrelser av kjernefysiske forfallsrater". Annual Review of Nuclear Science 22 (1): 165-202. Bibcode : 1972ARNPS..22..165E . doi : 10.1146/annurev.ns.22.120172.001121 . 
  9. ↑ Shlyakter, AI (1976). "Direkte test av konstanten til grunnleggende kjernefysiske konstanter". Nature 264 (5584): 340. Bibcode : 1976 Natur.264..340S . doi : 10.1038/264340a0 . 
  10. ↑ Johnson, B. 1993. How to Change Nuclear Decay Rate Usenet Physics FAQ
  11. ^ Stewart, K, Turner, S, Kelley, S, Hawkesworth, C, Kristin, L og Manotvani, M (1996). «3-D, 40 Ar--- 39 Ar geokronologi i den kontinentale flombasaltprovinsen Paraná». Earth and Planetary Science Letters 143 (1–4): 95-109. Bibcode : 1996E&PSL.143...95S . doi : 10.1016/0012-821X(96)00132-X . 
  12. ↑ Dalrymple, G. Brent (1994). Jordens alder . Stanford, California: Stanford Univ. Press. ISBN  9780804723312 . 
  13. ^ Dickin, Alan P. (2008). Radiogen isotopgeologi (2. utgave). Cambridge: Cambridge Univ. Press. s. 15–49 . ISBN  9780521530170 . 
  14. ↑ Reimer Paula J., et. til. (2004). "INTCAL04 Terrestrisk radiokarbonalderkalibrering, 0–26 Cal Kyr BP" . Radiokarbon 46 (3): 1029-1058. 
  15. ^ a b Faure, Gunter (1998). Prinsipper og anvendelser av geokjemi: en omfattende lærebok for geologistudenter (2. utgave). Englewood Cliffs, NJ : Prentice Hall . ISBN  978-0-02-336450-1 . OCLC  37783103 .  
  16. ^ a b Rollinson, Hugh R. (1993). Bruk av geokjemiske data: evaluering, presentasjon, tolkning . Harlow : Longman . ISBN  978-0-582-06701-1 . OCLC  27937350 .  
  17. ^ Oberthür, T, Davis, DW, Blenkinsop, TG, Hoehndorf, A (2002). Nøyaktig U–Pb-mineralalder, Rb–Sr og Sm–Nd-systematikk for Great Dyke, Zimbabwe – begrensninger på senarkeiske hendelser i Zimbabwe-kratonet og Limpopo-beltet. Precambrian Research 113 (3–4): 293-306. Bibcode : 2002PreR..113..293O . doi : 10.1016/S0301-9268(01)00215-7 . 
  18. ↑ White, W.M. (2003). "Grunnleggende om radioaktiv isotopgeokjemi" . Cornell University . 
  19. ^ a b "Geologisk tid: Radiometrisk tidsskala" . United States Geological Survey . 16. juni 2001. 
  20. ↑ Salazar, Salvador Mosqueira Pérez (2000). Introduksjon til kjemi og miljø . Hjemlandets redaksjonsgruppe. ISBN  9786077440659 . Hentet 19. februar 2018 . 
  21. ↑ Stacey, JS; J. D. Kramers (juni 1975). "Tilnærming av terrestrisk blyisotopevolusjon ved en totrinnsmodell". Earth and Planetary Science Letters 26 (2): 207-221. Bibcode : 1975E&PSL..26..207S . doi : 10.1016/0012-821X(75)90088-6 . 
  22. ↑ Vinyu, ML; RE Hanson; MW Martin; SA bue; HA Jelsma; P.H.M.G. Dirks (2001). "U-Pb zirkon aldres fra et arkaisk orogent belte med kratonmargin i Nord-Zimbabwe". Journal of African Earth Sciences 32 (1): 103-114. Bibcode : 2001JAfES..32..103V . doi : 10.1016/S0899-5362(01)90021-1 . 
  23. ↑ Rollinson, Hugh R. (1993). Bruk av geokjemiske data: evaluering, presentasjon, tolkning . Harlow : Longman . ISBN  978-0-582-06701-1 . OCLC  27937350 .  
  24. ↑ Boltwood, BB , 1907, Om de endelige desintegrasjonsproduktene til de radioaktive elementene. Del II. Desintegreringsproduktene av uran: American Journal of Science 23: 77-88.
  25. ^ Schoene, Blair (2014). "U–Th–Pb Geokronologi" . Princeton University, Princeton, NJ, USA . Hentet 7. januar 2018 . 
  26. ↑ Parrish, Randall R.; Noble, Stephen R., 2003. Zircon U-Th-Pb Geochronology by Isotope Dilution – Thermal Ionization Mass Spectrometry (ID-TIMS). I Zircon (red. J. Hanchar og P. Hoskin). Anmeldelser i Mineralogy and Geochemistry, Mineralogical Society of America. 183-213.
  27. ^ Oberthür, T, Davis, DW, Blenkinsop, TG, Hoehndorf, A (2002). Nøyaktig U–Pb-mineralalder, Rb–Sr og Sm–Nd-systematikk for Great Dyke, Zimbabwe – begrensninger på senarkeiske hendelser i Zimbabwe-kratonet og Limpopo-beltet. Precambrian Research 113 (3–4): 293-306. Bibcode : 2002PreR..113..293O . doi : 10.1016/S0301-9268(01)00215-7 . 
  28. ↑ Manyeruke, Tawanda D.; Thomas G. Blenkinsop; Peter Buchholz; David Kjærlighet; Thomas Oberthur; Ulrich K. Vetter; Donald W. Davis (2004). "Alder og petrologi til Chimbadzi Hill Intrusion, NW Zimbabwe: første bevis for tidlig paleoproterozoisk magmatisme i Zimbabwe". Journal of African Earth Sciences 40 (5): 281-292. Bibcode : 2004JAfES..40..281M . doi : 10.1016/j.jafrearsci.2004.12.003 . 
  29. ↑ Li, Xian-hua; Liang, Xi-rong; Sol, Min; Guan, Hong; Malpas, J.G. (2001). "Nøyaktig 206 Pb/ 238 U aldersbestemmelse på zirkoner ved laserablasjon mikroprobe-induktivt koblet plasma-massespektrometri ved bruk av kontinuerlig lineær ablasjon". Chemical Geology 175 (3–4): 209-219. Bibcode : 2001ChGeo.175..209L . doi : 10.1016/S0009-2541(00)00394-6 . 
  30. ^ Wingate, MTD (2001). "REKER baddeleyitt og zirkon eldes for en Umkondo dolerittterskel, Nyanga-fjellene, Øst-Zimbabwe". South African Journal of Geology 104 (1): 13-22. doi : 10.2113/104.1.13 . 
  31. ↑ Irland, Trevor (desember 1999). Isotopgeokjemi: Nye verktøy for isotopanalyse. Science 286 (5448): 2289-2290. doi : 10.1126/science.286.5448.2289 . 
  32. ↑ Depaolo, D.J.; Wasserburg, G.J. (1976). "Nd isotopiske variasjoner og petrogenetiske modeller". Geofysiske forskningsbrev 3 (5): 249
  33. ↑ Mukasa, S.B.; A.H. Wilson; R. W. Carlson (desember 1998). "En multielement geokronologisk studie av Great Dyke, Zimbabwe: betydningen av de robuste og tilbakestilte alderen". Earth and Planetary Science Letters 164 (1–2): 353-369. Bibcode : 1998E&PSL.164..353M . doi : 10.1016/S0012-821X(98)00228-3 . 
  34. ↑ Kalium-40 henfallsstråling i NuDat 2.6 ( National Nuclear Data Center )
  35. ↑ Smith, C. (2014) Encyclopedia of Global Archaeology. Springer.
  36. ↑ Ulike forfattere (2008). Fysikkordbok . Oxford-Complutense Dictionaries. Oversettelse av Alejandro Ibarra Sixto. Complutent. s. 128. ISBN  978-84-7491-810-6 . Hentet 4. mars 2014 .  Merk at det er en skrivefeil i halveringstiden som er notert i denne referansen: eksponenten skal være 9, ikke 10.
  37. ↑ Diverse forfattere (1992). "Fysisk-kjemiske metoder for absolutt datering" . I Isabel Roda, red. Vitenskaper, metoder og teknikker brukt på arkeologi . Redaksjonelt samarbeid med Aureli Álvarez Pérez. Barcelona: Det autonome universitetet i Barcelona. s. 195. ISBN  9788479292935 . Hentet 4. mars 2014 . 
  38. ↑ Renfrew, Colin; Bahn, Paul (2004). "Når? Datingmetoder og kronologi» . Arkeologi . AKAL. s. 138. ISBN  9788446002345 . Hentet 4. mars 2014 andre= Oversettelse av Jesús Mosquera Rial . 
  39. ↑ Hernández, Pedro J. "K-Ar dating and the ages of Mars" . Notatbok for vitenskapelig kultur . Hentet 1. desember 2017 . 
  40. ^ "Uran-thorium Dating" . Geologi. University of Arizona . Hentet 24. april 2014 . 
  41. ^ "Ales stenar" . Riksantikvaren i Sverige. 11. oktober 2006. Arkivert fra originalen 31. mars 2009 . Hentet 9. mars 2009 . 
  42. ↑ Plastino, W., Kaihola, L., Bartolomei, P. og Bella, F. (2001) Kosmisk bakgrunnsreduksjon i radiokarbonmåling ved scintillasjonsspektrometri ved det underjordiske laboratoriet til Gran Sasso , Radiocarbon , 43: 157–161
  43. ^ Clark, R.M. (1975). "En kalibreringskurve for radiokarbondatoer" . Antikken 49 : 251-266. 
  44. ↑ Vasilyev, SS; V. A. Dergachev (2002). "Den ~2400-årige syklusen i atmosfærisk radiokarbonkonsentrasjon: Bispekter av 14 C -data over de siste 8000 årene" . Annales Geophysicae 20 (1): 115-120. Bibcode : 2002AnGeo..20..115V . doi : 10.5194/angeo-20-115-2002 . 
  45. ^ "Karbon-14 Dating" . www.chem.uwec.edu . Hentet 6. april 2016 . 
  46. ↑ Plastino, Wolfgang; Lauri Kaihola; Paolo Bartolomei; Francesco Bella (2001). "Kosmisk bakgrunnsreduksjon i radiokarbonmåling ved scintillasjonsspektrometri ved det underjordiske laboratoriet til Gran Sasso" . Radiokarbon 43 (2A): 157-161. 
  47. ↑ Libby, WF (1946). "Atmosfærisk helium-tre og radiokarbon fra kosmisk stråling." Phys. Rev., 69 : 671-672. 
  48. ^ Jacobs, J.; R.J. Thomas (august 2001). "En titanitt fisjonssporprofil over det sørøstlige arkæiske Kaapvaal-kratonet og Mesoproterozoic Natal Metamorphic Province, Sør-Afrika: bevis for differensiell kryptisk Mesoto Neoproterozoic tektonisme". Journal of African Earth Sciences 33 (2): 323-333. Bibcode : 2001JAfES..33..323J . doi : 10.1016/S0899-5362(01)80066-X . 
  49. ↑ Arribas, JG; Calderón, T. og Blasco, C. (1989). "Absolutt datering ved termoluminescens: et eksempel på arkeologisk anvendelse" . Works on Prehistory (CSIC) 46 : 231-246. ISSN  0082-5638 . 
  50. ^ SER (2010). "Termoluminescens (TL) Dating" . University of Wollongong (på engelsk) . Arkivert fra originalen 27. november 2012 . Hentet 2013-01-29 . 
  51. ↑ ( Bahn og Renfrew, 2004 , s. 137)
  52. ^ Richter, D. (2007). "Fordeler og begrensninger ved termoluminescensdatering av oppvarmet flint fra paleolittiske steder" . Geoarchaeology: An International Journal (på engelsk) 22 (6): 671-683. ISSN  1520-6548 . Arkivert fra originalen 2. desember 2012. 
  53. ↑ ( Matteini og Moles, 1996 , s. 248)
  54. ↑ Brussels kunstlaboratorium. "Termoluminescens" (på engelsk) . Hentet 18. mars 2015 . 
  55. ↑ ( Lasky, 2002 , s. 96)
  56. ↑ ( Burbank og Anderson, 2011 )
  57. ↑ USGS. "Termoluminescens" (på engelsk) . Arkivert fra originalen 7. april 2019 . Hentet 2013-01-29 . 
  58. ↑ Anvendelse av den autentiske 10 Be/ 9 Be-dateringsmetoden til sent miocen–pliocen-sekvenser i det nordlige Donau-bassenget;Michal Šujan &a; Global and Planetary Change 137 (2016) 35–53; pdf
  59. ↑ Imke de Pater og Jack J. Lissauer: Planetary Sciences , side 321. Cambridge University Press, 2001. ISBN  0-521-48219-4
  60. ↑ Gilmour, J.D.; O.V Pravdivtseva; A. Busfield; C. M. Hohenberg (2006). "I-Xe-kronometeret og det tidlige solsystemet" . Meteoritics and Planetary Science 41 : 19-31. Bibcode : 2006M&PS...41...19G . doi : 10.1111/j.1945-5100.2006.tb00190.x . Hentet 2013-01-21 . 
  61. ↑ Alexander N. Krot(2002) Daterer de tidligste faste stoffene i vårt solsystem, Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology http://www.psrd.hawaii.edu/Sept02/isotopicAges.html .
  62. ↑ Imke de Pater og Jack J. Lissauer: Planetary Sciences , side 322. Cambridge University Press, 2001. ISBN  0-521-48219-4

Bibliografi

Eksterne lenker