Datowanie izotopowe
Datowanie izotopowe (radiodatowanie) – metody datowania próbek, oparte na zjawisku niezależności od warunków fizycznych szybkości przebiegu rozpadu promieniotwórczego, stosowane głównie w naukach geologicznych i archeologicznych[1].
Historia
edytujW 1902 roku Ernest Rutherford i Frederick Soddy opublikowali wyniki eksperymentów z substancjami radioaktywnymi, wśród ich obserwacji znalazło się stwierdzenie, że niestabilne atomy (nie wiedziano wówczas, że atom ma jądro) przekształcają się w inne pierwiastki, a liczba rozpadów jest proporcjonalna do liczby atomów. W 1905 roku Rutherford zasugerował, że na podstawie ilości pierwiastka powstającego w wyniku rozpadu można określić wiek Ziemi[2].
Koncepcję Rutherforda rozwijał Bertram Boltwood, który w 1907 r. opublikował wyniki datowania skał na podstawie zawartości w nich uranu, toru oraz ołowiu jako produktu rozpadu. Stwierdził on, że badane skały mają wiek w zakresie od 400 milionów do 2,2 miliarda lat[3].
Początkowo czas określano na podstawie analiz chemicznych, które nie różnicowały izotopów pierwiastków. Rozwój wiedzy o budowie atomu, poznanie izotopów i rozwój metod badawczych, szczególnie spektrometrii mas, spowodował, że od około 1950 roku możliwe jest już precyzyjne datowanie z użyciem technik jądrowych[4].
Technika datowania pozostałości organizmów zwana datowaniem radiowęglowym została opracowana w 1949 r. przez Willarda Libby’ego i współpracowników, za co otrzymał w 1960 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii[5].
Podstawy teoretyczne
edytujPodstawą datowania radioizotopowego jest przemiana izotopów promieniotwórczych niezależnie od otoczenia zgodnie z prawem rozpadu naturalnego. Dla przypadku, gdy izotop rozpada się tylko w jeden sposób, tworząc trwały izotop[6], ilość rozpadającego się izotopu określa wzór:
Jeżeli powstający izotop nie rozpada się, to przybywa go tyle, ile ubywa izotopu promieniotwórczego:
Wiek określa się poprzez określenie stosunku ilości izotopu rozpadającego się do ilości izotopu powstającego:
Stąd czas, od kiedy w próbce zaczął gromadzić się izotop potomny, określa wzór:
Między czasem połowicznego rozpadu a stałą rozpadu zachodzi związek:
By datowanie metodą izotopową było możliwe, musi zostać spełnionych kilka warunków:
- układ jest zamknięty od momentu, dla którego określany jest czas; do układu nie powinien dopływać ani odpływać izotop radioaktywny i produkty jego rozpadu,
- istnieje zjawisko, które usuwa izotop potomny z układu,
- w badanych próbkach występuje izotop radioaktywny,
- czas połowicznego zaniku tego izotopu jest porównywalny lub większy z określanym czasem,
- minimalny możliwy do określenia czas wynika z możliwości określenia najmniejszych ilości izotopu potomnego.
Opis
edytujMetody stosowane są do datowania wydarzeń (krzepnięcie, osadzenie, wbudowanie w organizm), po których następuje uwięzienie w materiale rozpadającego się izotopu oraz produktów rozpadu promieniotwórczego, a uwolnienie ich przed danym wydarzeniem. Czas od wystąpienia wydarzenia określa się na podstawie proporcji pomiędzy zawartością określonego izotopu i produktów jego rozpadu. Jeżeli nie następuje ucieczka bądź napływ analizowanych izotopów do badanego materiału w badanym czasie, to proporcja ilości izotopów zależna jest wyłącznie od czasu, w którym następowało gromadzenie się produktów rozpadu.
Do metod datowania izotopowego zalicza się m.in.:
- datowanie radiowęglowe,
- datowanie uranowo-torowe (uran-234 i tor-230)
- datowanie uranowo-ołowiowe (uran-238 i ołów-206 oraz uran-235 i ołów-207)
- datowanie potasowo-argonowe (potas-40 i argon-40)[5]
- datowanie argonowe (argon-39 i argon-40)[7]
- datowanie rubidowo-strontowe (rubid-87 i stront-87)[5]
- datowanie renowo-osmowe (ren-187 i osm-187)[5]
- datowanie hafnowo-wolframowe (hafn-182 i wolfram-182)[8]
Przypisy
edytuj- ↑ Datowanie izotopowe, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2021-07-30] .
- ↑ Radiometric dating finds Earth is 2.2 billion years old 1907. [dostęp 2019-10-21].
- ↑ Boltwood, Bertram. The Ultimate Disintegration Products of the Radio-active Elements. Part II. The disintegration products of uranium. „American Journal of Science”. 23, s. 77–88, 1907. DOI: 10.2475/ajs.s4-23.134.78. (ang.).
- ↑ Radiometric time scale. [dostęp 2019-10-24].
- ↑ a b c d Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6.
- ↑ Isotope Geochemistry. [dostęp 2019-10-24].
- ↑ Der-Chuen Lee , Alex N. Halliday , Hafnium–tungsten chronometry and the timing of terrestrial core formation, „Nature”, 378 (6559), 1995, s. 771–774, DOI: 10.1038/378771a0 [dostęp 2024-04-11] (ang.).
Bibliografia
edytuj- Polański A. Izotopy w geologii. Wydawnictwa Geologiczne. Warszawa, 1979. ISBN 83-220-0024-3.
- Wendy Ashmore , Robert J. Sharer , Odkrywanie przeszłości: wprowadzenie do archeologii, Kraków: Wydawnictwo Avalon T. Janowski, 2008, ISBN 978-83-60448-60-1 .