Radiometrinis datavimas

Pagrindiniai principai

Kai kurie elementų izotopai yra nestabilūs – kažkuriuo momentu jis pavirsta kitu nuklidu. Šis procesas, vadinamas savaiminiu skilimu, gali vykti keletu būdų – radioaktyviuoju skilimu, išmetant alfa dalelę, beta dalelę, pozitroną, išspinduliuojant gama spindulius ar pagaunant elektroną. Nuklido skilimo greitis nusakomas skilimo pusamžiu – laiko tarpu, per kurį suskils pusė pradiniame mėginyje buvusių nuklidų. Radiometriniam datavimui naudojami nuklidai, kurių skilimo pusamžiai yra nuo 10 metų (tritis) iki virš 100 mlrd. metų (samaris-147) – tai yra, daugiau nei Visatos amžius.
Skilimo pusamžis yra pastovus dydis – jį pakeisti gali tik labai ekstremalios sąlygos, pavyzdžiui, didelis slėgis ar neutronų srautas. Todėl bet kurioje medžiagoje, kurioje yra radioaktyvaus nuklido, santykis tarp pradinio jo kiekio ir jo skilimo produkto keičiasi pastoviai ir todėl gali būti panaudojamas nustatant medžiagos amžių.
Tam, kad radiometrinis datavimas būtų tikslus, paprastai reikia, kad pradinio nuklido pusamžis būtų pakankamai didelis ir jo vis dar būtų galima aptikti mėginyje.
Nuo skilimo pusamžio iš dalies priklauso datavimo metodo tikslumas. Pavyzdžiui, ¹⁴C pusamžis yra apie 6000 metų. Praėjus daugiau nei 60 000 metų, C-14 mėginyje praktiškai nebelieka, todėl šiuo metodu neįmanoma datuoti senesnių pavyzdžių.

Blokavimo temperatūra

Blokavimo temperatūra – tai temperatūra, iki kurios pakaitinus medžiagą, iš jos difuzijos būdu pašalinamas dukterinis nuklidas – t. y. tiriamo nuklido skilimo produktas. Tai reiškia, kad bet kurią vulkaninę ar metamorfinę uolieną galima patikimai datuoti tik nuo tada, kai ji paskutinį kartą atvėso žemiau, nei jos blokavimo temperatūra. Todėl kartais negalime apskaičiuoti absoliutaus uolienos amžiaus, tačiau galime nustatyti, kada uoliena buvo įkaitusi iki tokios temperatūros.

Šiuolaikiniai datavimo metodai

Radiometrinis datavimas nuo savo panaudojimo pradžios 1905 metais buvo žymiai patobulintas. Dabar galima tirti vienos milijardinės gramo dalies svorio mėginius, naudojant masės spektrometrą.

Radioaktyviosios anglies metodas

C¹⁴ pastoviai susidaro atmosferoje, veikiant kosminiams spinduliams. Vėliau ji skyla į C¹², skilimo pusamžis – 5730 metų. C¹⁴ sudaro atmosferinį anglies dioksidą, kuris kaupiasi gyvuose augaluose ir gyvūnuose (augalai jį naudoja fotosintezei). Organizmui žuvus, pastovus C¹⁴ kiekis pradeda mažėti. Pagal abiejų izotopų santykį galima nustatyti mėginių amžių iki ~60 000 metų.
Reikia atsižvelgti į C¹⁴ kiekio svyravimus atmosferoje (dėl magnetinio lauko pokyčių) – naudojamasi kalibracijos kreivėmis.

Urano – švino metodas

Tai vienas iš patikimiausių metodų, kuriuo galima nustatyti amžių iki 4,6 mlrd. metų. Remiamasi 2 urano izotopų α skilimais į šviną.
²³⁸U į ²⁰⁶Pb skilimo pusamžis yra 4,47 mlrd. metų, ²³⁵Uį ²⁰⁷Pb pusamžis – 704 milij. metų. Paprastai tiriami cirkonio (ZrSiO4) kristalai.

Kalio – argono metodas

Tiriamas ⁴⁰K skilimas į ⁴⁰Ar. Skilimo pusamžis – 1,248 mlrd. metų. Paprastai naudojamas datuoti įvykiams, senesniems nei 100 000 metų. Remiantis šiuo metodu ir lavos pavyzdžių įmagnetėjimu, buvo sukurta geomagnetinio Žemės poliariškumo laiko skalė.

Rubidžio – stroncio metodas

⁸⁷Rb skyla į ⁸⁷Sr, skilimo pusamžis – 50 mlrd. metų. Naudojant šį metodą reikia kelių mineralų pavyzdžių. Tiriami ⁸⁷Sr į ⁸⁶Sr ir ⁸⁷Rb į ⁸⁶Sr skilimo santykiai, tada jie palyginami. Remiantis šiuo metodu buvo nustatomas Mėnulio paviršiaus mėginių amžius.