誰かまたは何かが何歳であるかを知りたい場合は、通常、質問をするかグーグルで正確な答えを得るという組み合わせに頼ることができます。 これは、同級生の年齢から、米国が主権国家として存在してきた年数（243、2019年現在）までのすべてに当てはまります。
しかし、新しく発見された化石からまさにその時代まで、古代の物体の時代はどうですか？ 地球 自体？
確かに、あなたはインターネットを精査し、科学的コンセンサスが惑星の年齢をおよそ 46億年. しかし、Googleはこの数を発明しませんでした。 代わりに、人間の創意工夫と応用物理学がそれを提供してきました。
具体的には、 放射年代測定 科学者は、岩の年齢を含め、数千年から数十億年の範囲の物体の年齢を驚くほどの精度で判断できます。
これは、基本的な数学とさまざまな化学元素の物理的特性に関する知識の実証済みの組み合わせに依存しています。
放射年代測定：それはどのように機能しますか？
理解する 放射年代測定技術、最初に、何が測定されているか、どのように測定が行われているか、使用されている測定システムの理論的および実際的な制限について理解する必要があります。
例えとして、「外はどれくらい暖かい（または寒い）のか」と疑問に思っているとしましょう。 ここで実際に探しているのは 温度、これは基本的に、空気中の分子がどれだけ速く移動して互いに衝突するかを表すものであり、便利な数値に変換されます。 この活動を測定するための装置（さまざまな種類の温度計が存在します）が必要です。
また、特定のタイプのデバイスを手元のタスクに適用できる場合とできない場合を知る必要があります。 たとえば、アクティブな薪ストーブの内部がどれだけ暑いかを知りたい場合は、おそらくそれを理解しているでしょう ストーブの中に体温を測定することを目的とした家庭用体温計を置くことは証明されないでしょう 役に立ちました。
何世紀にもわたって、岩の時代、グランドキャニオンなどの地層、および あなたの周りの他のすべては、聖書の創世記の記述に基づいていました。それは、宇宙全体がおそらく10,000であると仮定しています。 年歳。
現代の地質学的手法は、そのような人気があるが古風で科学的に支持されていない概念に直面して、時には厄介であることが証明されています。
なぜこのツールを使用するのですか？
放射年代測定は、特定の鉱物（岩石、化石、その他の耐久性の高い物体）の組成が時間の経過とともに変化するという事実を利用しています。 具体的には、それらの構成要素の相対量
要素 と呼ばれる現象のおかげで数学的に予測可能な方法でシフト 放射性崩壊.これは順番にの知識に依存しています 同位体、そのうちのいくつかは「放射性」です（つまり、既知の速度で素粒子を自然放出します）。
同位体 同じ元素（炭素、ウラン、カリウムなど）の異なるバージョンです。 彼らは同じ数を持っています 陽子、これが要素のIDが変更されない理由ですが、 中性子.
- 放射性年代測定法を一般的に「放射性炭素年代測定」または単に「放射性炭素年代測定」と呼んでいる人々やその他の情報源に遭遇する可能性があります。 「放射性炭素年代測定」。 これは、5K、10K、100マイルのランニングレースを「マラソン」と呼ぶよりも正確ではありません。その理由は、 ビット。
半減期の概念
自然界のいくつかのものは、最初にいくらあるか、どれだけ残っているかに関係なく、ほぼ一定の割合で消えます。 たとえば、エチルアルコールを含む特定の薬物は、1時間あたりの固定グラム数（または最も便利な単位）で体内で代謝されます。 誰かが彼のシステムに5杯の飲み物に相当するものを持っている場合、体は彼が彼のシステムに1杯の飲み物を持っている場合よりもアルコールを取り除くのに5倍の時間がかかります。
ただし、多くの物質は、生物学的および化学的の両方で、異なるメカニズムに準拠しています。 期間中、開始する量がいくら存在しても、物質の半分は一定の時間内に消えます と。 そのような物質は持っていると言われています 人生の半分. 放射性同位元素はこの原理に従い、減衰率は大きく異なります。
これの有用性は、測定時に存在する量に基づいて、形成されたときに存在する特定の要素の量を簡単に計算できることにあります。 これは、放射性元素が最初に発生したとき、それらは完全に単一の同位体で構成されていると推定されるためです。
放射性崩壊が時間の経過とともに発生するにつれて、この最も一般的な同位体の「崩壊」（つまり、変換される）の多くが、1つまたは複数の異なる同位体に変換されます。 これらの崩壊生成物は適切に呼ばれます 娘の同位体.
半減期のアイスクリームの定義
チョコチップで味付けしたある種のアイスクリームを楽しんでいると想像してみてください。 あなたには、アイスクリーム自体は好きではないが抵抗できない卑劣な、しかし特に賢くないルームメイトがいます ポテトチップスを食べることを選びます–そして、検出を避けるために、彼は消費するそれぞれを レーズン。
彼はすべてのチョコレートチップでこれを行うことを恐れているので、代わりに、毎日、残りのチョコレートの数の半分をスワイプします レーズンをチップしてその場所に置き、デザートの悪魔的な変身を完全に完了することは決してありませんが、近づいて クローザー。
この配置を知っている2人目の友人が訪問し、アイスクリームのカートンに70個のレーズンと10個のチョコレートチップが含まれていることに気付いたとします。 彼女は「あなたは約3日前に買い物に行ったと思います」と宣言します。 彼女はどうやってこれを知っているのですか？
簡単です。アイスクリームに合計70+ 10 = 80の添加物があるので、合計80個のチップから始めたに違いありません。 ルームメイトは決まった数ではなく、特定の日にチップの半分を食べるので、カートンは前日に20チップ、前日に40チップ、前日に80チップを保持している必要があります。
放射性同位元素を含む計算はより正式ですが、同じ基本原理に従います。 放射性元素の半減期がわかっていて、各同位体がどれだけ存在するかを測定できる場合は、化石、岩石、またはその他の物質の年代を把握できます。
放射年代測定の重要な方程式
半減期のある要素は、 最初の注文 崩壊過程。 それらは、通常kで表される速度定数として知られているものを持っています。 開始時に存在する原子数の関係（N0）、測定時に存在する数N、経過時間t、および速度定数kは、数学的に同等の2つの方法で記述できます。
さらに、あなたは知りたいかもしれません アクティビティ サンプルのA。通常、1秒あたりの崩壊またはdpsで測定されます。 これは単純に次のように表されます。
A = kt
これらの方程式がどのように導き出されるかを知る必要はありませんが、放射性同位元素に関する問題を解決するために、それらを使用する準備をしておく必要があります。
放射年代測定の使用
化石や岩石の年代を把握することに関心のある科学者は、サンプルを分析して 与えられた放射性元素の娘同位体（または複数の同位体）とその親同位体の比率 サンプル。 数学的には、上記の式から、これはN / Nです。0. 要素の減衰率、したがって事前にわかっているその半減期を使用すると、その年齢の計算は簡単です。
秘訣は、さまざまな一般的な放射性同位元素のどれを探すべきかを知ることです。 放射性元素は非常に異なる速度で崩壊するため、これはオブジェクトのおおよその予想年齢に依存します。
また、日付が付けられるすべてのオブジェクトに、一般的に使用される各要素があるわけではありません。 必要な化合物が含まれている場合にのみ、特定の日付付け手法でアイテムに日付を付けることができます。
放射年代測定の例
ウラン鉛（U-Pb）年代測定： 放射性ウランには、ウラン238とウラン235の2つの形態があります。 数は陽子と中性子の数を指します。 ウランの原子番号は92で、陽子の数に対応しています。 それぞれ鉛206と鉛207に崩壊します。
ウラン238の半減期は44.7億年であるのに対し、ウラン235の半減期は7億400万年です。 これらはほぼ7倍異なるため（10億は100万の1,000倍であることを思い出してください）、次のような「チェック」を証明します。 岩石や化石の年代を正しく計算していることを確認してください。これは、最も正確な放射年代測定の1つです。 メソッド。
半減期が長いため、この年代測定法は、約100万年から45億年前の特に古い材料に適しています。
U-Pb年代測定は、2つの同位体が作用しているため複雑ですが、この特性が非常に正確な理由でもあります。 鉛は多くの種類の岩石から「漏れ」、計算が困難または不可能になることがあるため、この方法は技術的にも困難です。
U-Pb年代測定は、火成（火山）岩の年代測定によく使用されますが、化石がないために行うのは難しい場合があります。 変成岩; そして非常に古い岩。 これらはすべて、ここで説明する他の方法では日付を付けるのが困難です。
ルビジウム-ストロンチウム（Rb-Sr）年代測定：放射性 ルビジウム87はストロンチウム87に崩壊し、半減期は488億年です。 当然のことながら、Ru-Sr年代測定は、非常に古い岩石の年代測定に使用されます（実際、地球は約46億年前であるため、地球と同じくらい古い）。
ストロンチウムは、ストロンチウム-86、-88、-84を含む他の安定した（つまり、崩壊しにくい）同位体に、他の自然生物や岩石などに安定した量で存在します。 しかし、ルビジウム87は地殻に豊富に含まれているため、ストロンチウム87の濃度は他のストロンチウム同位体の濃度よりもはるかに高くなっています。
次に、科学者は、安定したストロンチウム同位体の総量に対するストロンチウム87の比率を比較して、検出されたストロンチウム87の濃度を生成する崩壊のレベルを計算できます。
この手法は、これまでよく使用されています 火成岩 そして非常に古い岩。
カリウム-アルゴン（K-Ar）年代測定： 放射性カリウム同位体はK-40であり、カルシウム（Ca）とアルゴン（Ar）の両方に、88.8パーセントのカルシウムと11.2パーセントのアルゴン-40の比率で崩壊します。
アルゴンは希ガスです。つまり、アルゴンは非反応性であり、岩石や化石の最初の形成の一部にはなりません。 したがって、岩石や化石に含まれるアルゴンは、この種の放射性崩壊の結果である必要があります。
カリウムの半減期は12.5億年であり、この技術は岩石の年代測定に役立ちます 約10万年前（初期の人間の時代）から約43億までのサンプル 数年前。 カリウムは地球に非常に豊富に含まれており、ほとんどの種類のサンプルにいくつかのレベルで含まれているため、交際に最適です。 火成岩（火山岩）の年代測定に適しています。
炭素14（C-14）年代測定： 炭素14は大気から生物に侵入します。 生物が死ぬと、 炭素14同位体 生物に入ることができ、その時点から腐敗し始めます。
炭素14は、すべての方法の中で最も短い半減期（5、730年）で窒素14に崩壊するため、新しい化石や最近の化石の年代測定に最適です。 それは主に有機材料、つまり動植物の化石にのみ使用されます。 炭素14は、60、000年以上前のサンプルには使用できません。
いつでも、生物の組織はすべて炭素12と炭素14の比率が同じです。 前述のように、生物が死ぬと、その組織への新しい炭素の取り込みが停止するため、その後の炭素14から窒素14への崩壊により、炭素12と炭素14の比率が変化します。 科学者は、死んだ物質中の炭素12と炭素14の比率を、その生物が生きていたときの比率と比較することで、生物の死の日付を推定できます。