תיארוך רדיומטרי
עקרונות התיארוך הרדיומטרי

חומר רגיל מורכב משילובים של יסודות כימיים, כל אחד מהיסודות הוא בעל מספר אטומי משלו, המציין את מספר הפרוטונים בגרעין האטום. בנוסף, יסודות מופיעים כאיזוטופים שונים, הנבדלים זה מזה במספר הנייטרונים שבגרעין. איזוטופ מסוים של יסוד מסוים נקרא נוקליד. חלק מנוקלידים אינם יציבים במיוחד. כלומר, בנקודת זמן אקראית כלשהי, האטום של נוקליד כזה יהפוך לנוקליד אחר בתהליך התפרקות רדיואקטיבית. המעבר הזה מתרחש על ידי פליטה של חלקיקים כגון אלקטרונים (הידוע כהתפרקות בטא) או גרעיני הליום (התפרקות אלפא).
הרגע בו גרעין מסוים יתפרק הוא אקראי, אך קבוצת אטומים של נוקליד רדיואקטיבי מתפרקת באופן מעריכי קבוע. שיעור זה המתואר על ידי הפרמטר המוכר כזמן מחצית חיים. בשיטות תארוך זמן זה נמדד שני. בכל פעם שמסתיים זמן מחצית החיים, נותרת בדגימה מחצית מכמות האטומים שהיו בה בתחילת המדידה, וזאת כיוון שחצי מהאטומים התפרקו. חומרים רדיואקטיביים רבים מתפרקים מנוקליד אחד לתוצר התפרקות (או "גרעין בת") סופי ויציב דרך סדרה של שלבים הידועים כסדרת התפרקות. במקרה זה, זמן מחצית החיים שמדובר עליו הוא הארוך ביותר בכל השרשרת, ולא רק שלב אחד בשרשרת.
לנוקלידים שמשתמשים בהם בתיארוך רדיומטרי יש זמן מחצית חיים הנע בין אלפי שנים למיליארדי שנים. היות שיש יסודות שונים בעלי זמני התפרקות שנים, וכן שיטות תארוך אחרות כמו תיארוך באמצעות טבעות עצים, ניתן לבצע מדידות כיול בין שיטות שונות כדי להעריך את רמת הדיוק של השיטות הארוכות יותר באמצעות השיטות קצרות החיים יותר.
לרוב, זמן מחצית החיים של נוקליד תלוי אך ורק בתכונות הגרעין. גורמים חיצוניים כגון טמפרטורה, סביבה כימית, שדה חשמלי, שדה מגנטי אינם משפיעים עליו. עם זאת, שיעור ההתפרקות של יסודות כגון בריליום-7, סטרונציום-85 וזירקוניום-89 עשוי להיות מושפע מצפיפות האלקטרונים של הדגימה. כיוון שכך, לא נהוג להשתמש באיזוטופים אלה לצורך תיארוך רדיומטרי.
למרות שניתן להאיץ התפרקות על ידי הפגזה רדיואקטיבית (הפגזה רדיואקטיבית היא תהליך שבו מכוונים אלומת חלקיקים רדיואקטיביים לעבר דגימת האיזוטופ), הפגזה זו נוטה להשאיר עדויות על התרחשותה. אם מזניחים את השיקולים האלה, הדעה הרווחת היא כי זמן מחצית החיים של כל נוקליד הוא קבוע (ואיתו קצב ההתפרקות). לפיכך, בכל חומר המכיל נוקליד רדיואקטיבי, היחס הכמותי בין הנוקליד המקורי לבין תוצר (י) ההתפרקות שלו משתנה בדרך הניתנת לניבוי כשהנוקליד המקורי מתפרק. יכולת הניבוי הזאת מאפשרת לעשות שימוש בכמויות היחסיות של הנוקלידים מבין כל הנוקלידים הקיימים כשעון שמודד את הזמן מהפכת הנוקליד המקורי לתוצר הבת עד להווה.
התהליכים היוצרים חומרים מסוימים הם לעיתים נוחים מאוד בשל כך שהם בוררים את החומרים שאותם מכניסים לתרכובותיהם. במקרה האידיאלי, החומר יכלול את נוקליד האב ויפלוט את נוקליד הבת. במקרה זה, נוקליד הבת היחיד שיימצא במהלך בחינת דגימה בוודאי יהיה בה מאז שהיא נוצרה. כשחומר מכיל את נוקליד האב ואת נוקליד הבת בזמן היווצרותו, ייתכן ויהיה זה הכרחי להניח שהיחסים ההתחלתיים של חומר רדיואקטיבי ונוקליד הבת שלו ידועים. תוצר הבת לא יכול להיות מולקולת גז קטנה שיכולה לעזוב את החומר, והוא חייב להיות בעל זמן מחצית חיים ארוך מספיק משל עצמו על מנת שיהיה ניתן למצוא אותו בכמות מספיקה. בנוסף, ליסוד ההתחלתי ותוצר ההתפרקות אסור להיווצר או להיצרך בכמויות משמעותיות על ידי תגובות אחרות. התהליכים שבהם עושים שימוש כדי לבודד ולנתח את תוצרי התגובה הכימית חייבים להיות ישירים ואמינים.
אם חומר שפולט באופן בררני את נוקליד הבת מתחמם, כל נוקליד בת שיצטבר במהלך זמן יאבד דרך פעפוע, "ויכוון" את השעון האיזוטופי לאפס. הטמפרטורה שבה תופעה זו מתרחשת ידועה כ"טמפרטורת החסימה" והיא ייחודית לכל סוג של חומר.
בניגוד לרוב שיטות התיארוך הרדיומטריות הפשוטות, תיארוך איזוכרוני, בו עושים שימוש ברצפי התפרקות של איזוטופים רבים (לדוגמה רצף ההתפרקות רובידיום-סטרונציום), לא דורש מידע מוקדם לגבי היחס ההתחלתי. כמו כן, עושים שימוש בשיטת התיארוך אָרגון-ארגון ברצף ההתפרקות אשלגן-ארגון על מנת לוודא שלא הייתה כמות התחלתית כלשהי של 40Ar.