Радіометричне датування • Джеймс Трефіл, енциклопедія «Двісті законів світобудови»
Вченим потрібно знати точний вік об'єкта дослідження. Археолога, наприклад, цікавить час виготовлення знайденого глиняного горщика, а палеонтолог хоче визначити вік якоїсь скам'янілості. При стандартному методі визначення віку (цей процес називається датуванням) досліджують радіоактивні ізотопи, що містяться в об'єкті (см. Радіоактивний розпад). Цей метод можна застосувати до об'єктів, що містять ізотопи з відомим періодом напіврозпаду. У такому випадку, визначивши, скільки цього ізотопу було присутнє в предметі в момент його виготовлення (або в організмі в момент загибелі), і порівнявши цю кількість з кількістю, що не зазнала радіоактивного розпаду, можна визначити, скільки періодів напіврозпаду ізотопу пройшло з часу виготовлення предмета і Отже, дізнатися вік даного предмета. Наприклад, якщо від початкової кількості ізотопів залишилася лише половина, отже, вік предмета дорівнює одному періоду напіврозпаду.
Складність полягає у обчисленні вихідної кількості ізотопу (періоди напіврозпадів виміряти нескладно). Коли метод радіометричного датування, розроблений в середині ХХ століття в університеті Чикаго, був вперше застосований на практиці, в якості ізотопу використовувався . На цьому прикладі можна зрозуміти, як взагалі влаштовано радіометричне датування. - Це ізотоп вуглецю, в ядрі якого знаходиться 6 протонів та 8 нейтронів. Цей ізотоп трохи важчий за нормальний вуглецю (, в ядрі якого 6 нейтронів) і бере участь у таких же хімічних реакціях, що і . утворюється високо в атмосфері при зіткненні космічних променів із ядрами азоту. Коли він досягає поверхні, його поглинають рослини, а потім тварини, що поїдають ці рослини. Таким чином потрапляє в тканини рослин ітварин. У живих організмах містяться мільйони атомів вуглецю, і приблизно кожен мільйонний – це атом.
Цей ізотоп нестабільний, період його напіврозпаду – 5700 років. Поки організм живий, будь-який атом, що розпався, заміщається таким же атомом з навколишнього середовища. Однак після смерті живої істоти кругообіг вуглецю завершується (см. Кругообіг вуглецю в природі), і починається невідворотний розпад ізотопу. Через 5700 років у шматку дерева залишиться лише половина тієї кількості, яка була у дереві перед його загибеллю. Якщо це дерево було спиляно для виготовлення меблів, вимір вмісту дозволить оцінити вік меблів. У більшості випадків датування органічних матеріалів — папірусних сувоїв, деревини, що частково згоріло, з древніх вогнищ, шкіряних виробів — проводиться таким методом.
Для вихідну кількість ізотопу можна визначити безпосередньо. Існують види дерев — наприклад, остиста сосна, — вік яких сягає кількох тисяч років. Порівнюючи зразки річних кілець у живих і загиблих дерев, вчені можуть створити «літопис» кілець, який починається близько 10 тисяч років тому (цей метод називається дендрохронологією 4). Підрахунок кілець дозволяє точно визначити, коли те чи інше кільце з'явилося на дереві. Вимірявши рівень, що залишився в цьому шарі, ми можемо зрозуміти, скільки було в навколишньому середовищі, коли з'явилося це кільце.
Датування за допомогою аналізу (відоме якрадіовуглецеве датування) широко використовується для об'єктів, вік яких не перевищує декількох десятків тисяч років; сюди належить більшість археологічних знахідок. Межа сучасних методів – близько 50 тисяч років. У більш давніх об'єктах, таких як гірські породи та метеорити, залишається дуже мало. Для визначення їх віку необхідно знайти інші"годинник".
При визначенні віку гірських порід шляхом радіометричного датування необхідно враховувати два чинники. По-перше, якщо порода розплавляється, радіометричний годинник скидається на нуль — наприклад, той, що накопичився, зникає з розплавленого мінералу. А радіометричний аналіз показує час, що минув з останнього переходу гірської породи з рідкого стану на тверде. (Одна й та сама порода після початкової освіти може кілька разів розплавитися, а потім затвердіти.)
І по-друге, радіометричний метод не застосовується до осадових порід, що складаються з частинок і шматочків різних порід (см. Цикл перетворення гірської породи). Радіометричне датування дозволить визначити час кристалізації кожної окремої частки, але не час їхнього об'єднання в породу. Оскільки скам'янілості трапляються лише в осадових породах, визначення їх віку потрібна особлива обережність. Зазвичай пласт осадових порід невідомого віку, що містить скам'янілості, залягає між шарами лави або вулканічного попелу, вік яких можна визначити. Отже, вік цих скам'янілостей знаходиться в інтервалі між віками і нижчими шарами (см. Закон послідовності напластування гірських порід).