Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Fizica atomică și nucleară » Datarea radiometricã

Datarea radiometricã

Datarea radiometricã sau datarea radioactivă reprezintă o tehnică folosită pentru a data materialele, cum ar fi roci sau carbon, în care impuritățile radioactive au fost încorporate în mod selectiv când s-au format. Metoda compară abundența unui izotop radioactiv natural în interiorul materialului cu abundența produselor sale de dezintegrare, care se formează la o rată constantă de dezintegrare cunoscută. Utilizarea datãrii radiometrice a fost publicată pentru prima oară în 1907 de Bertram Boltwood și este acum sursa principală de informații despre epoca absolută a rocilor și a altor caracteristici geologice, inclusiv vârsta formelor de viață fosilizate sau vârsta Pământului însuși, și poate fi, de asemenea, utilizatã pentru a obține o gamă largă de materiale naturale și artificiale.

Împreună cu principiile stratigrafice, metodele de datare radiometrică sunt utilizate în geocronologie pentru a stabili scala temporală geologică. Printre cele mai cunoscute tehnici se numără datarea cu radiații de carbon, datarea cu potasiu-argon și datarea cu uraniu-plumb. Permițând stabilirea calendarului geologic, acesta oferă o sursă importantă de informații despre vârstele fosilelor și despre ratele deduse ale schimbărilor evolutive. Datãrile radiometrice sunt, de asemenea, folosite pentru materialele arheologice actuale, inclusiv artefactele antice.

Diferitele metode de datare radiometrică variază în funcție de intervalul de timp pentru care acestea sunt exacte și de materialele la care pot fi aplicate.

Bazele datãrii radiometrice

Dezintegrarea radioactivă
Lanț de dezintegrare readioactivă
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Thorium_decay_chain_from_lead-212_to_lead-208.svg

(Exemplu de lanț de dezintegrare radioactivă de la plumb-212 (212Pb) la plumb-208 (208Pb). Fiecare nuclid pãrinte se descompune spontan într-un nuclid fiu (produsul de dezintegrare) printr-o dezintegrare α sau o dezintegrare β. Produsul de dezintegrare final, plumb-208 (208Pb), este stabil și nu mai poate suferi dezintegrare radioactivă spontană. )

Toată materia obișnuită este alcătuită din combinații de elemente chimice, fiecare cu propriul număr atomic, indicând numărul de protoni din nucleul atomic. În plus, ele pot exista în izotopi diferiți, fiecare izotop al unui element diferă în numărul de neutroni din nucleu. Un izotop particular al unui anumit element este numit nuclid. Unii nuclizi sunt în mod inerent instabili. Adică, la un moment dat, un atom al unui astfel de nuclid va suferi dezintegrare radioactivă și se va transforma în mod spontan într-un nuclid diferit. Această transformare poate fi realizată în mai multe moduri diferite, incluzând dezintegrarea alfa (emisia de particule alfa) și dezintegrarea beta (emisia de electroni, emisia de pozitroni sau captarea electronilor). O altă posibilitate este fisiunea spontană în doi sau mai mulți nuclizi.

În timp ce momentul în care se dezintegreazã un anumit nucleu este imprevizibil, o colecție de atomi ai unui nuclid radioactiv se descompune exponențial la o rată descrisă de un parametru cunoscut ca timpul de înjumătățire, de obicei dat în unități de ani când se discută tehnicile de datare. După ce a trecut un timp de înjumătățire, jumătate din atomii nuclidului în cauză s-a dezintegrat într-un produs “nuclidic” al fiului sau produs al dezintegrãrii. În multe cazuri, fiul nuclid însuși este radioactiv, rezultând un lanț de dezintegrare, care în cele din urmă se încheie cu formarea unui nuclid fiu stabil (nonradioactiv); fiecare pas într-un astfel de lanț este caracterizat printr-un timp de înjumătățire distinct. În aceste cazuri, de obicei, timpul de înjumătățire de interes pentru maturitatea radiometrică este cel mai lung din lanț, factor care limitează viteza în transformarea ulterioară a nucleului radioactiv în fiul sãu stabil. Sistemele izotopice care au fost exploatate pentru datarea radiometrică au un timp de înjumătățire cuprins între numai aproximativ 10 ani (de exemplu, tritiu) pânã la peste 100 de miliarde de ani (de exemplu samariu-147).

Pentru cei mai mulți nuclizi radioactivi, timpul de înjumãtãțire depinde exclusiv de proprietãțile nucleare și este, în esențã, o constantã. Nu este afectat de factori externi cum ar fi temperatura, presiunea, mediul chimic sau prezența unui câmp magnetic sau electric. Singurele excepții sunt nuclizii care se dezintegreazã prin procesul de captare electronicã, cum ar fi beriliu-7, stronțiu-85 și zirconiu-89, a cãror ratã de dezintegrare poate fi afectatã de densitatea electronicã localã. Pentru toți ceilalți nuclizi, proporția nucleului original la produsele sale de dezintegrare se modificã într-un mod previzibil, pe mãsurã ce nucleul inițial se dezintegreazã în timp. Aceastã predictibilitate permite ca abundențele relative ale nuclizilor aferenți sã fie utilizate ca un ceas pentru a mãsura timpul de la încorporarea nuclizilor originali într-un material pânã în prezent.

Precizia datãrii radiometrice

Spectrometrul de masă cu ionizare termică folosit în datarea radiometrică (Spectrometrul de masă cu ionizare termică folosit în datarea radiometrică.)

Ecuația de bazã a datãrii radiometrice necesitã ca nici nucleul parental, nici produsul fiu sã nu poatã intra sau sã pãrãseascã materialul dupã formare. Trebuie luate în considerare posibilele efecte de confuzie ale contaminãrii izotopilor pãrintelui și fiului, ca și efectele oricãrei pierderi sau câștiguri a unor astfel de izotopi de la crearea eșantionului. Prin urmare, este esențial sã avem cât mai multe informații despre materialul datat și sã verificãm posibilele semne de modificare. Precizia este îmbunãtãțitã dacã se efectueazã mãsurãtori pe mai multe eșantioane din diferite locații ale corpului rocii. Alternativ, dacã mai multe minerale diferite pot fi datate din aceeași probã și se presupune cã s-au format de la același eveniment și s-au aflat în echilibru cu rezervorul când s-au format, ele trebuie sã formeze un isocron. Acest lucru poate reduce problema contaminãrii. În datarea cu uraniu-plumb, se utilizeazã diagrama concordia, care reduce și problema pierderii de nuclid. În cele din urmã, poate fi necesarã corelarea între diferite metode izotopice pentru a confirma vârsta unei probe. De exemplu, vârsta ginezilor Amitsoq din vestul Groenlandei a fost determinatã ca fiind de 3,6 ± 0,05 milioane de ani folosind datarea cu uraniu-plumb și 3,56 ± 0,10 Ma folosind datarea plumb-plumb, rezultate care sunt consecvente unul cu celãlalt.

Datãrile radiometrice precise necesitã, în general, ca pãrintele sã aibã un timp de înjumãtãțire suficient de mare încât sã fie prezent în cantitãți semnificative la momentul mãsurãtorilor, timpul de înjumãtãțire a pãrintelui este cunoscut cu exactitate, și produsul fiu rezultat este mãsurat cu suficientã precizie și distins de cantitatea inițialã a fiului prezent în material. Procedurile utilizate pentru a izola și a analiza nuclizii pãrinte și fiu trebuie sã fie precise și exacte. Aceasta implicã în mod normal spectrometria de masã a raportului izotopic.

Precizia metodei de datare depinde în parte de timpul de înjumãtãțire al izotopului radioactiv implicat. De exemplu, carbon-14 are un timp de înjumãtãțire de 5730 ani. Dupã ce un organism a murit cu 60 000 de ani în urmã, rãmâne atât de puțin carbon-14 încât nu poate fi stabilitã o datare precisã. Pe de altã parte, concentrația de carbon-14 scade atât de abrupt încât vârsta rãmãșițelor relativ tinere poate fi determinatã cu o precizie de câteva decenii.

Temperatura de închidere

Dacã un material care respinge în mod selectiv nuclidul fiu este încãlzit, orice nuclid fiu care a fost acumulat în timp va fi pierdut prin difuzie, stabilind “ceasul” izotopic la zero. Temperatura la care se întâmplã acest lucru este cunoscutã ca temperatura de închidere sau temperatura de blocare și este specificã pentru un anumit material și pentru un sistem izotopic. Aceste temperaturi sunt determinate experimental în laborator prin resetarea artificialã a probelor minerale utilizând un cuptor cu temperaturã înaltã. Pe mãsurã ce mineralul se rãcește, structura cristalinã începe sã se formeze, iar difuzarea izotopilor este mai puțin ușoarã. La o anumitã temperaturã, structura cristalinã s-a format suficient pentru a împiedica difuzia izotopilor. Aceastã temperaturã este ceea ce se numește temperatura de închidere și reprezintã temperatura sub care mineralul este un sistem închis la izotopi. Astfel, o rocã sau o topiturã ignifugã sau metamorficã, care se rãcește lent, nu începe sã producã dezintegrare radioactivã mãsurabilã pânã când nu se rãcește sub temperatura de închidere. Vârsta care poate fi calculatã prin datarea radiometricã este timpul în care roca sau mineralul s-au rãcit la temperatura de închidere. Datarea diferitelor minerale și / sau a sistemelor izotopice (cu diferite temperaturi de închidere) în cadrul aceleiași pietre poate, prin urmare, sã permitã urmãrirea istoricului termic al pietrei în cauzã cu timpul, astfel încât istoria evenimentelor metamorfice poate deveni cunoscutã în detaliu. Acest câmp este cunoscut sub numele de termocronologie sau termocronometrie.

Ecuația vârstei

Isocronul Sm/Nd reprezentat de mostrele din Great Dyke, Zimbabwe(Isocronul Sm/Nd reprezentat de mostrele din Great Dyke, Zimbabwe. Vârsta se calculeazã pornind de la panta (linia) isocronului și compoziția originalã de la intersectarea isocronului cu axa y.)

Expresia matematicã care leagã dezintegrarea radioactivã de timpul geologic este

D = D0 + N(t) (eλt – 1)

unde t este vârsta probei, D este numãrul de atomi ai izotopului fiu din eșantion, D0 este numãrul de atomi ai izotopului fiu din compoziția originalã, N este numãrul de atomi ai izotopului pãrinte din probã la momentul t (prezent), dat de N(t) = N0e-λt și λ este constanta de dezintegrare a izotopului pãrinte, egalã cu inversul timpului de înjumãtãțire radioactivã al izotopului pãrinte ori logaritmul natural al lui 2.

Ecuația este cel mai convenabil exprimatã în termeni de cantitate mãsuratã N(t) mai degrabã decât valoarea inițialã constantã N0.

Ecuația de mai sus folosește informații privind compoziția izotopilor pãrintelui și fiului în momentul în care materialul testat se rãcește sub temperatura de închidere. Acest lucru este bine stabilit pentru majoritatea sistemelor izotopice. Cu toate acestea, construcția unui izocron nu necesitã informații despre compozițiile originale, utilizând doar rapoartele actuale ale izotopilor pãrinte și fiu la un izotop standard. Plotarea unui izocron este utilizatã pentru a rezolva grafic ecuația vârstei și a calcula vârsta probei și a compoziției originale.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.