同位素是如何测定化石年龄的？

同位素是原子研究中的一个重要概念。化学家，物理学家和地质学家用它们来理解我们的世界。但在我们解释什么是同位素之前，我们需要退后一步，看看原子是一个怎么样的整体。

每个同位素都是根据其质量数命名的

原子里面的世界

你可能知道，原子有三个主要成分，其中两个位于原子核中。原子核位于原子的中心，是一个紧密堆积的粒子簇。这些粒子中的一种是质子，其具有正电荷。另一种是质子，不带电荷。

有充分证据表明相同的带电体往往会相互排斥。所以这里有一个问题：两个或更多质子 - 它们的正电荷 - 如何在同一个核中共存？难道他们不应该互相推开吗？

中子是亚原子粒子，与质子共享原子核。但是中子不具有电荷。看他们的名字就知道，中子是中立的，既不是正面也不是负面的。这是一个重要的属性。由于它们的中性，中子可以阻止质子从核中被排斥清除出来。

同位素是具有不同数量的中子的相同化学元素的变体
您可能已经注意到，在元素周期中，每个正方形的右上角都印有一个小数字。这个数字称为原子序数。它告诉我们在给定元素的原子核中有多少质子。例如，氧的原子序数为8。宇宙中的每个氧原子都有一个核，正好有八个质子，不多也不少。

氧原子以及它的同位素

没有这种非常特殊的颗粒排列，氧气就不会是氧气。每个元素的原子序数，包括氧气都是完全独特的。没有其他元素每个核有8个质子。通过计算质子，我们就可以识别原子。就像氧原子总是有八个质子一样，氮原子总是带有七个质子，它们帮助科学家们将这些元素区分开来。

中子不跟风。氧原子中的核保证有八个质子。但是，它也可能包含4到20个中子。同位素是具有不同数量的中子的相同化学元素的变体。

现在，每个同位素都是根据质量数命名的，质量数是原子中中子和质子的总和。例如，一种较着名的氧同位素称为O-18。它有标准的八个质子加上10个中子。

半衰期

有些原子核的组合比其他组合更强。科学家将氧-17和氧-18分类为稳定同位素。在稳定的同位素中，质子和中子施加的力彼此保持在一起，永久地保持核完整。

另一方面，放射性同位素中的原子核不稳定，会随着时间的推移而衰变。从长远来看，这些物质的质子与中子比从根本上说是不稳定的、不可持续的。因此，放射性同位素将脱落某些亚原子粒子（并释放能量），直到它们将自身转化为拥有稳定原子核的元素。

氧-18稳定，但氧-19不稳定。后者将不可避免地崩溃，在它形成的26.88秒内，O-19样本的一半将会发生衰变。这意味着O-19的半衰期为26.88秒。半衰期是50％的同位素样品衰变所需的时间。

在自然界中，铀这种重金属有三种同位素，它们都是放射性的，原子核处于恒定的衰变状态。最终，一大块铀将变成一个完全不同的元素。不要试图实时观察这个过程。这个过程会非常非常缓慢。

铀-238是该元素中最常见的同位素，其半衰期约为45亿年！逐渐地，它将衰变成为铅-206，这是稳定的。同样，铀-235 具有7.04亿年的半衰期 - 转变为铅-207，这是另一种稳定的同位素。

同位素的衰变

辐射测年法

对于地质学家来说，这是非常有用的信息。找到一块岩石，其锆石晶体含有铀-235和铅-207的混合物。这两个原子的比例可以帮助科学家确定岩石的年龄。

方法如下：假设铅原子数量远远超过铀原子数量。在这种情况下，岩石的年龄将非常的久远。毕竟，铀有足够的时间开始转变为铅。另一方面，如果情况恰恰相反， 铀原子更为常见，那么岩石则较为年轻。

我们刚刚描述的技术称为辐射测年法。这是使用记录良好的不稳定同位素衰变率来估算岩石样本和地质构造的年龄的行为。古生物学家利用这一策略来确定特定化石沉积以来经过了多长时间。