La datación radiométrica (a menudo llamado el la datación radiactiva ) es hasta la fecha materiales usados una técnica, basados generalmente en una comparación entre la abundancia observada de un isótopo radiactivo natural y sus productos de decaimiento, usar tarifas de decaimiento sabidas. Es la fuente de información principal sobre la edad absoluta de rocas y de otras características geológicas, incluyendo la edad de la tierra sí mismo, y puede ser utilizado hasta la fecha una amplia gama de materiales naturales y artificiales. Entre las técnicas más conocidas está la datación de radiocarbono, datación del Potasio-argón y el Uranio-lleva la datación . Permitiendo el establecimiento de calendarios geológicos, proporciona una fuente de información significativa sobre las edades de los fósiles y los índices deducidos evolutivo cambian. La datación radiométrica es hasta la fecha materiales arqueológicos también usados, incluyendo los artefactos antiguos.
Diversos métodos de datación radiométrica varían en el calendario sobre el cual son exactos y los materiales a los cuales pueden ser aplicados.
Fundamentales de la datación radiométrica
Toda la materia ordinaria se compone de las combinaciones de los elementos químicos cada uno con su propio número atómico, indicando el número de los protones en el núcleo atómico . Además, los elementos pueden existir en diversos isótopos con cada isótopo de un elemento que diferencia en el número de los neutrones en el núcleo. Un isótopo particular de un elemento particular se llama un núclido . Algunos núclidos son intrínsecamente inestables. Es decir, en un cierto punto a tiempo, un átomo de tal núclido transformará espontáneo en un diverso núclido. Esta transformación se puede lograr en un número de maneras diferentes, incluyendo el decaimiento radiactivo, por la emisión de las partículas (generalmente electrones (decaimiento beta ), de los positrones o de las partículas alfa o por la fisión espontánea, y de la captura de electrón .Mientras que el momento a tiempo en cuál decae un núcleo particular es imprevisible, una colección de átomos de un núclido radiactivo decae el exponencial a una tarifa descrita por un parámetro conocido como el período, dado generalmente en unidades de años al discutir técnicas de la datación. Después de una - medio - vida ha transcurrido, una mitad de los átomos del núclido en la pregunta habrá decaído en un " daughter" producto de decaimiento del núclido o . En muchos casos, el núclido de hija sí mismo es radiactivo, dando por resultado una cadena de decaimiento, terminando eventual con la formación de un núclido de hija (no radiactivo) estable; cada paso en tal cadena es caracterizado por un período distinto. De estos casos, el período del interés en la datación radiométrica es generalmente el más largo de la cadena, que es el factor tarifa-limitador en la última transformación del núclido radiactivo en su hija estable. Los sistemas isotópicos que se han explotado para la datación radiométrica tienen períodos el extenderse solamente cerca de 10 años (e., tritio ) durante a 100 mil millones años (e.
El período de un núclido depende generalmente solamente de sus características nucleares; no es afectado por factores externos tales como temperatura, presión, ambiente químico, o presencia de un el campo eléctrico magnético de o. (Para algunos núclidos que decaigan por el proceso de la captura de electrón, tal como Beryllium-7, Strontium-85, y Zirconium-89, la tarifa de decaimiento se puede afectar levemente por densidad de electrón local, por lo tanto estos isótopos pueden no estar como convenientes para la datación radiométrica.) Pero el período de cualquier núclido es generalmente esencialmente un constante. Por lo tanto, en cualquier material que contiene un núclido radiactivo, la proporción del núclido original a sus productos de decaimiento cambia de una manera fiable mientras que el núclido original decae en un cierto plazo. Esta previsibilidad permite que la abundancia relativa de núclidos relacionados sea utilizada como reloj que mida el tiempo de la incorporación de los núclidos originales en un material al presente.
Los procesos que forman los materiales específicos son a menudo convenientemente selectivos en cuanto a qué elementos incorporan durante su formación. En el caso más simple, el material incorporará un núclido de padre y rechazará el núclido de hija. En este caso, los únicos átomos del núclido de hija presente en una muestra se deben haber depositado por decaimiento radiactivo puesto que la muestra formó. Cuando un material incorpora los núclidos del padre y de hija a la hora de la formación, una corrección se debe hacer para la proporción inicial de la sustancia radiactiva y de su hija; esto es hecha generalmente por la construcción de un isochron, e. en la datación del Rubidio-estroncio.
La datación radiométrica exacta requiere generalmente que ni el núclido de padre ni el producto derivado pueda incorporar o dejar el material después de su formación, eso que el padre tiene un período suficientemente largo que todavía estará presente en cantidades significativas a la hora de la medida (excepto como " inferior descrito más abajo; El fechar con el radionuclides" extinto de breve duración;), el período del padre se sabe exactamente, y bastante del producto derivado se produce para ser medido y para ser distinguido exactamente de la cantidad inicial de la hija presente en el material. Los procedimientos usados para aislar y para analizar los núclidos del padre y de hija deben ser exactos y exactos.
Bloqueo de temperatura
Si un material que rechaza selectivamente el núclido de hija es heated, cualquier núclido de hija que se haya acumulado en un cierto plazo será perdido con la difusión, fijando el " isotópico; clock" a cero. La temperatura en la cual ésta sucede se conoce como el que bloquea la temperatura o la temperatura del encierro y es específica a un material particular y a un sistema isotópico. Estas temperaturas son determinadas experimental en el laboratorio artificial reajustando los minerales de la muestra usar un horno de alta temperatura.
La ecuación de la edad
Considerando que los elementos de padre radiactivos decaen a los elementos de hija estables, la expresión matemática que se relaciona decaimiento radiactivo con el tiempo geológico, llamada la ecuación de la edad, es:
l donde age del number de los átomos del isótopo de la hija en el number de los átomos del isótopo del padre en el del
El constante de decaimiento (o el índice del del decaimiento ) es la fracción de un número de átomos de un núclido radiactivo que se desintegre en una unidad de tiempo. El constante de decaimiento es inverso proporcional al período radiactivo del isótopo del padre, que se puede obtener de las tablas tales como la que está en esta página.
Limitación de técnicas
Aunque la datación radiométrica sea exacta en principio, la precisión es muy dependiente en el cuidado con el cual se realiza el procedimiento. Los efectos posibles de la confusión de la contaminación inicial de los isótopos del padre y de la hija tienen que ser considerados, al igual que los efectos de cualquier pérdida o aumento de tales isótopos puesto que la muestra fue creada.
¡sistema cerrado y su edad es sin setido; y si usted tiene contaminación usted debe tratar esto fechando varios minerales para producir un isochron --> Se realza la precisión si las medidas se toman en diversas muestras del mismo cuerpo de la roca pero en diversas localizaciones. Alternativo, si varios diversos minerales pueden ser anticuados de la misma muestra y se asumen para ser formados por el mismo acontecimiento y estaban en equilibrio con el depósito cuando formaron, deben formar un isochron . Finalmente, la correlación entre diversos métodos isotópicos de la datación se puede requerir para confirmar la edad de una muestra.
La precisión de un método de la datación depende en parte del período del isótopo radiactivo implicado. Por ejemplo, el carbono-14 tiene un período de cerca de 6000 años. Después de que un organismo haya sido muerto por 60.000 años, así que el poco carbono-14 se va en él que la datación exacta llegue a ser imposible. Por una parte, la concentración de caídas del carbono-14 de tan escarpado que la edad de restos relativamente jovenes se puede determinar exacto dentro de algunas décadas. El isótopo usado en la datación uranio-torio tiene un período más largo, pero otros factores hacen más exacto que la datación de radiocarbono .
Técnicas modernas de la datación
La datación radiométrica se puede realizar en las muestras tan pequeñas como milmillon3esimas de un gramo usar un espectrómetro total . El espectrómetro total fue inventado en los años 40 y comenzó a ser utilizado en la datación radiométrica en los años 50 . El espectrómetro total funciona generando una viga de los átomos ionizados desde la muestra bajo prueba. Los iones entonces viajan a través de un campo magnético, que los divierte en diversos sensores del muestreo, conocido como " El Faraday ahueca el quot de ;, dependiendo de su masa y nivel de ionización. En impacto en las tazas, los iones fijan una corriente muy débil que se pueda medir para determinar el índice de impactos y las concentraciones relativas de diversos átomos en las vigas.
El uranio-lleva esquema radiométrico de la datación es uno del disponible más vieja, tan bien como uno de lo más alto posible - respetado. Se ha refinado al punto que el error en fechas de rocas cerca de tres mil millones años no es no más de dos millones de años.
Uranio-llevar la datación se realiza a menudo en el " mineral ; " del Zircon ; (ZrSiO4), aunque puede ser utilizado en otros materiales. El Zircon incorpora los átomos de uranio en su estructura cristalina como substitutos para el circonio, pero los rechazos llevan fuerte. Tiene una temperatura de bloqueo muy alta, es resistente a la erosión mecánica y es muy químicamente inerte. El Zircon también forma capas cristalinas múltiples durante los acontecimientos metamórficos, que cada uno puede registrar una edad isotópica del acontecimiento. El análisis in situ del microhaz del se puede alcanzar vía técnicas ICP-MS o SIMS del laser.
Una de sus grandes ventajas es que cualquier muestra proporciona dos relojes, uno basado en decaimiento de uranium-235 a lead-207 con un período de cerca de 700 millones de años, y uno basado en decaimiento de uranium-238 a lead-206 con un período de cerca de 4.5 mil millones años, proporcionando una verificación cruzada incorporada que permita la determinación exacta de la edad de la muestra incluso si algo del plomo se ha perdido.
Dos otras técnicas radiométricas se utilizan para la datación de largo plazo. la datación del Potasio-argón implica la captura de electrón o el decaimiento del positrón de potassium-40 a argon-40. Potassium-40 tiene un período de 1.3 mil millones años, y así que este método es aplicable a las rocas más viejas. Potassium-40 radiactivo es común en los feldespatos de las mica y las hornablendas aunque la temperatura de bloqueo es bastante baja en estos materiales, sobre 125°C (mica) a 450°C (hornablenda).
la datación del Rubidio-estroncio se basa en el decaimiento beta del rubidio -87 al estroncio -87, con un período de 50 mil millones años. Este esquema es hasta la fecha las rocas metamórficas ígneas y viejas usadas, y también ha sido hasta la fecha muestras lunares usadas. Bloqueando temperaturas ser tan alto que no son una preocupación. la datación del Rubidio-estroncio no es tan exacta como uranio-llevar el método, con errores de 30 a 50 millones de años para una muestra mil millones-año-vieja 3.
¡Techniques< de corto alcance de la datación! -- Esta sección se liga de la ciencia de suelo -->
Hay un número de técnicas de la datación que tienen gamas cortas y son así que usadas para los estudios históricos o arqueológicos. Uno del más conocida es la técnica radiométrica del carbono-14 (C14).El carbono-14 es un isótopo radiactivo del carbón, con un período de 5.730 años (comparados muy brevemente con el antedicho). En otros métodos radiométricos de la datación, los isótopos pesados del padre fueron sintetizados en las explosiones de las estrellas masivas que dispersaron los materiales a través de la galaxia, que se formarán en los planetas y otras estrellas. Los isótopos del padre han estado decayendo desde entonces, y así que cualquier isótopo del padre con un período corto debe estar extinto ahora.
El carbono-14 es una excepción. Se crea continuamente con colisiones de los neutrones generados por los rayos cósmicos con nitrógeno en la atmósfera superior. El carbono-14 termina para arriba como componente del rastro en el dióxido de carbono atmosférico (CO2).
Un organismo adquiere el carbón del dióxido de carbono durante su curso de la vida. Las plantas lo adquieren con la fotosíntesis, y los animales la adquieren de la consumición de plantas y de otros animales. Cuando un organismo muere, cesa al nuevo carbono-14 del producto y el isótopo existente decae con un período característico (5730 años). La proporción del carbono-14 se fue cuando los restos del organismo se examinan proporcionan una indicación del tiempo caducaron desde su muerte. La fecha límite del carbono-14 miente alrededor 58.
El índice de creación del carbono-14 aparece ser áspero constante, como las verificaciones cruzadas de la datación del carbono-14 con otros métodos de la datación lo demuestran que da resultados constantes. Sin embargo, las erupciones locales de los volcanes o de otros acontecimientos que emiten granes cantidades de dióxido de carbono pueden reducir concentraciones locales del carbono-14 y dar fechas inexactas. Los lanzamientos del dióxido de carbono en la biosfera como consecuencia de la industrialización también han presionado la proporción del carbono-14 por el alguno por ciento; inversamente, la cantidad del carbono-14 fue aumentada en las pruebas sobre el suelo de la bomba nuclear que fueron conducidas en los años 60 tempranos . También, un aumento en el viento solar o el campo magnético de la tierra sobre el valor actual presionaría la cantidad del carbono-14 creada en la atmósfera. Estos efectos son corregidos para por la calibración de la escala de la datación de radiocarbono. Ver el artículo sobre la datación de radiocarbono .
Otra técnica relativamente de corto alcance de la datación se basa en el decaimiento de uranium-238 en thorium-230, una sustancia con un período de cerca de 80. Es acompañada por un proceso de la hermana, en el cual uranium-235 decae en protactinium-231, que tiene un período de 34.
Mientras que el uranio es soluble en agua, el torio y el Protactinium no son, y así que se precipitan selectivamente en los sedimentos del océano-piso de los cuales se miden sus cocientes. El esquema tiene un radio de acción de varios cientos de mil años.
Las fuentes naturales de radiación en el golpe del ambiente sueltan electrones en, por ejemplo, un pedazo de cerámica, y estos electrones acumulan en defectos en la estructura de enrejado cristalino del material. La calefacción del objeto lanzará los electrones capturados, produciendo una luminescencia. Cuando la muestra es heated, en cierta temperatura brillará intensamente de la emisión de los electrones lanzados de los defectos, y este resplandor se puede utilizar para estimar la edad de la muestra a un umbral del aproximadamente 15 por ciento de su edad verdadera. La fecha de una roca se reajusta cuando la actividad volcánica la refunde. La fecha de un pedazo de cerámica es reajustada por el calor del horno. Las temperaturas mayor de 400 grados de cent3igrado reajustarán típicamente el " clock". Esto se llama la termoluminiscencia .
Finalmente, la datación de la pista de la fisión implica la inspección de una parte polished de un material para determinar la densidad del " track" las marcas se fueron en él por la fisión espontánea de las impurezas uranium-238.
El contenido de uranio de la muestra tiene que ser sabido, pero eso puede ser determinada colocando una película plástica sobre la parte polished del material, y bombardeándola con los neutrones lentos . Esto causa la fisión inducida de U-235, en comparación con la fisión espontánea de U-238. Las pistas de la fisión produjeron por este proceso se registran en la película plástica. El contenido de uranio del material se puede entonces calcular del número de las pistas y del flujo del neutrón.
Este esquema tiene uso sobre una amplia gama de fechas geológicas. Para las fechas hasta algunos millón de años de las mica de Tektites (fragmentos de cristal de erupciones volcánicas), y los meteoritos se utilizan mejor. Más viejos materiales pueden ser anticuados usar el Zircon, la apatita, el Titanite, la epidotis y el granate que tienen una cantidad variable de contenido de uranio. Porque las pistas de la fisión son curadas por temperaturas sobre alrededor 200°C la técnica tiene limitaciones así como ventajas. La técnica tiene usos potenciales para detallar la historia termal de un depósito.
Las granes cantidades del Cl de otra manera raro -36 fueron producidas por la irradiación del agua de mar durante detonaciones atmosféricas de las armas nucleares entre 1952 y 1958. La época de residencia de Cl-36 en la atmósfera es cerca de 1 semana. Así, como un marcador del acontecimiento de los años 50 riega en el suelo y el agua subterránea, Cl-36 es también útil para las aguas de la datación menos de 50 años antes del presente. Cl-36 ha visto uso en otras áreas de las ciencias geológicas, incluyendo el hielo de la datación y los sedimentos.
El fechar con los radionúclidos extintos de breve duración
Al principio de la Sistema Solar había varios radionúclidos relativamente de breve duración como presente de 26Al, de 60Fe, de 53Mn, y de 129I dentro de la nebulosa solar. Este radionuclides— producido posiblemente por la explosión de un supernova— es el hoy extinto pero sus productos de decaimiento se pueden detectar en muy viejo material tal como meteoritos que miden los productos de decaimiento de radionúclidos extintos con un espectrómetro total y que usan isochronplots que es posible determinar edades relativas entre diversos acontecimientos en la historia temprana de la Sistema Solar. Los métodos de la datación basados en radionúclidos extintos se pueden también calibrar con el método del U-Pb para dar edades absolutas.
Tipos de datación radiométrica
argón-argón (AR-AR)Datación de la pista de la fisión
helio (Él-él)
yodo-xenón (I-Xe)
lantano-bario (La-Vagos)
el llevar-lleva (el Pb-Pb)
lutecio-hafnio (Lu-Hf)
neón-neón (Ne-Ne)
Datación óptico estimulada de la luminescencia
potasio-argón (K-AR)
Datación de radiocarbono
renio-osmio (Re-OS)
rubidio-estroncio (Rb-Senior)
samario-neodimio (SM-Nd)
el uranio-lleva (el U-Pb)
uranio-llevar-helio (U-Pb-él)
uranio-torio (U-Th)
uranio-uranio (U-U)
Ver también
Edad de la tierraDecaimiento exponencial
Período
Datación de Isochron
Geoquímica del isótopo
Firma isotópica
Decaimiento radiactivo
Radiactividad
microsondeo electrónico de alta resolución sensible del ion (SHRIMP)
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