什么是辐射测年?辐射测年有哪些类型？

放射性碳年代测定法可以用来确定曾经生存的事物的考古遗迹的年代，例如骨头和木头的样本。图片来源：Stevica Mrdja / EyeEm / Getty Images

您会在有关古生物学和考古学的故事中经常听到它：“木头是用放射性碳测年法定年的”，“岩石是在1亿年前定年的”。辐射测年实际上是什么意思?什么样的测年方法可以用来测定哪些物品?

什么是辐射测年?

放射性测年法是根据放射性同位素的存在来确定事物的年龄的方法，可能是木制的人工制品，岩石或者化石。

放射性测年的基本逻辑是，如果将样品中放射性同位素的存在与其在地球上的已知丰度及其已知的半衰期(其衰变率)进行比较，就可以计算出样品的寿命。

辐射测年有助于发现古代事物的年代，因为许多放射性物质的衰变速度很慢。

什么是放射性衰变?

放射性原子是不稳定的，从而导致同位素或元素的不同。原子的一半衰变所需的时间称为“半衰期”。

我们知道地球上发现的放射性同位素的半衰期，因此我们可以追踪物体中放射性物质的衰变时间，以及自物体形成以来已经衰变了多长时间(在一定误差范围内)。

一些放射性物质会分解为具有放射性的子产品，并具有自己的半衰期：其结果称为“衰变链”，最终会分解为非放射性物质。

辐射测年的类型

放射性碳(¹⁴C) 测年

您应该听说过“碳定年”，这是大多数考古学家常用的非常常用的方法，因为它只能标注相对较新的资料。

放射性碳定年是可能的，因为所有生物都从其环境中吸收碳，其中包括少量的放射性同位素¹⁴C，该放射性同位素¹⁴C是由宇宙射线轰击¹⁴N形成的。

当动物或植物死亡时，它将不再吸收碳，存在的¹⁴C将开始衰减。因此，我们可以通过比较¹⁴C的存在与已知的半衰期来测量动物或植物死亡以来的时间。

例如，当一个社会使用一块数百年前被砍伐的木头时，这可能会增加考古学的复杂性。还存在一些问题，因为随着时间的推移，宇宙射线对行星的轰击速度并不总是稳定的：但是这个问题在很大程度上可以通过校准因子来解决。

放射性碳年代测定法不适合超过50,000年的年代测定，因¹⁴C会迅速衰减(其半衰期为5,730年)，因此在较旧的物体中不会以可测量的足够量的量存在。

最近，澳大利亚科学家使用放射性碳年代测定法来确定岩石艺术中黄蜂巢的年龄，从而确定了该艺术的日期范围。

钾氩和氩氩测年

钾-氩定年法是一种通过测量岩石中放射性氩与放射性钾的比值来计算岩石年龄或岩石形成时间的方法。

放射性钾(⁴⁰K –固体)以已知的速率分解为放射性氩(⁴⁰Ar –气体)。当火山岩形成并冷却后，岩石中的所有氩都会释放到大气中，而当岩石变硬时，任何氩都无法重新进入。

这意味着火山岩中存在的任何氩气一定都是由放射性钾的衰变产生的，因此测量比例可以使科学家确定样品的日期。

这种方法是有限的，因为它仅适用于火山岩，但对于较旧的考古学却有用，因为它的日期范围大约在43亿到100,000年前。

但是，钾氩定年法存在潜在的问题。例如，由于高静水压力，深海玄武岩在形成后会保留一些氩气，其他岩石可能会在形成过程中掺入较旧的“富氩”材料。

氩氩定年是一种基于原始K-Ar定年技术的更新方法，该方法使用核反应堆的中子辐照将稳定形式的钾转化为氩同位素³⁹Ar，然后测量⁴⁰Ar与³⁹Ar。

氩氩定年法被用来确定重写我们对早期人类素进化的理解的南方古猿露西生活在大约318万年前。

铀-铅定年

该技术涉及测量铀同位素(²³⁸U 或 ²³⁵U)与稳定铅同位素²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb 和 ²⁰⁸Pb的比率。它可以用来确定45亿岁到100万岁之间的年龄。人们认为这种方法特别准确，误差范围可以小于200万年-在数十亿的时间范围内还不错。

U-Pb测年可以用来对很老的岩石进行测年，并且具有自己的内置交叉检查系统，因为可以使用“协和图”比较²³⁵U与²⁰⁷Pb的比值和²³⁸U 与²⁰⁶Pb的比值，其中，沿着与样品寿命曲线相交的直线绘制了样品。

U-Pb测年通常是在含锆石的火成岩上进行的。它已用于确定古代原始人的年龄，以及裂变径迹约会。

裂变径测年

该方法涉及检查一块岩石的抛光表面，并计算由于²³⁸U 杂质的自发裂变而留下的痕迹(或“痕迹”)的密度。

必须知道样品中的铀含量；这可以通过以下方法来确定：将塑料膜放在抛光的切片上，然后用慢速中子(低动能的中子)轰击它。轰炸产生了新的曲目，可以将其数量与原始曲目的数量进行比较以确定年龄。

这种方法可以使天然存在的矿物质和人造玻璃过时。因此，它可用于非常古老的样品(如陨石)和非常年轻的样品(如考古文物)。

裂变径迹测年鉴定该Brahin石铁陨石，陨石中发现了19个世纪在白俄罗斯，俄罗斯-板坯这些都成为收藏家项- 4.26-4.2十亿年前经历了最后一次密集的热事件。“X”

氯36测年

该方法涉及计算非常稀有的同位素氯-36(³⁶Cl)的流行度，该同位素可通过大气中轰击氩原子的气体在大气中产生。它用来约会非常古老的地下水，大约有100,000至100万年的历史。

氯36也在1952年至1958年的核武器爆炸期间被大量释放。它在大气中停留约一周，因此从1950年代起也可以标记年轻的地下水。

发光测年

发光测年方法在技术上不是辐射测量法，因为它们不涉及计算放射性同位素的比率。但是，它们确实使用放射性物质。

这些方法可以将晶体材料加热到最后一次加热，无论是人为燃烧还是日光照射。这是可能的，因为沉积物中的矿物颗粒会随时间吸收电离辐射，从而将颗粒带入“电子陷阱”中。暴露在阳光或热量下会释放这些物质，从而去除样品中的电荷。

使用光(光激发的发光)或热(热释光)来刺激材料，这会导致从物体释放信号，其强度可以衡量掩埋材料后吸收了多少辐射–您知道墓地的背景辐射量。

这种方法可以日期考古材料，如陶瓷，和矿物，如熔岩流和石灰岩。它的正常范围是几十年到100,000年，但是一些研究已经使用它来识别更老的东西。

其他类型的辐射测年

迄今为止，还可以测量其他几种放射性同位素的比率，包括钐-钕，铷-锶和铀-钍。这些中的每一个都有自己的优势和特质，但是它们依靠相同的放射性逻辑来工作。