Radiometric Dating: 정의, 작동 원리, 사용 및 예

누군가 또는 무언가가 몇 살인지 알고 싶다면 일반적으로 단순히 질문을하거나 인터넷 검색을 통해 정확한 답변을 얻을 수 있습니다. 이것은 동급생의 나이부터 미국이 주권 국가로 존재 해 온 연도 (243 년, 2019 년 기준)에 이르기까지 모든 것에 적용됩니다.

그러나 새로 발견 된 화석에서 바로 그 시대에 이르기까지 고대의 물체의 시대는 어떻습니까? 지구 그 자체?

물론, 인터넷을 샅샅이 뒤져 과학적 합의가 지구의 나이를 약 46 억년. 하지만 구글은이 숫자를 발명하지 않았습니다. 대신 인간의 독창성과 응용 물리학이 그것을 제공했습니다.

특히 방사성 연대 측정 과학자들은 암석의 나이를 포함하여 수천년에서 수십억 년에 이르는 물체의 나이를 놀라운 정확도로 결정할 수 있습니다.

이것은 기본 수학과 다양한 화학 원소의 물리적 특성에 대한 지식의 입증 된 조합에 의존합니다.

이해하다 방사성 연대 측정 기법, 먼저 측정 대상, 측정 방법 및 사용되는 측정 시스템의 이론적 및 실제적 한계를 이해해야합니다.

비유로 "외부가 얼마나 따뜻합니까 (또는 추위)"라고 궁금해한다고 가정 해보십시오. 여기서 실제로 찾고있는 것은 온도, 이것은 근본적으로 공기 중의 분자가 얼마나 빨리 움직이고 서로 충돌하는지에 대한 설명이며 편리한 숫자로 변환됩니다. 이 활동을 측정하려면 장치가 필요합니다 (다양한 종류의 온도계).

또한 특정 유형의 장치를 당면한 작업에 적용 할 수 있는지 여부도 알아야합니다. 예를 들어, 활성 장작 난로 내부가 얼마나 뜨거운 지 알고 싶다면 아마도 체온을 측정하기위한 가정용 온도계를 스토브 내부에 두는 것은 증명되지 않습니다. 도움이됩니다.

또한 수세기 동안 암석 시대에 대한 대부분의 인간 "지식", 그랜드 캐년과 같은 지형, 당신 주위의 다른 모든 것들은 성경의 창세기 기록에 근거하고 있었는데, 이것은 전체 우주가 아마도 10,000 개라고 가정합니다. 살이에요.

현대 지질 학적 방법은 이러한 대중적이지만 기이하고 과학적으로지지되지 않는 개념에 직면하여 때때로 까다로운 것으로 입증되었습니다.

방사성 연대 측정은 특정 광물 (암석, 화석 및 기타 내구성이 뛰어난 물체)의 구성이 시간이 지남에 따라 변한다는 사실을 이용합니다. 구체적으로, 구성 성분의 상대적인 양 집단 라는 현상 덕분에 수학적으로 예측 가능한 방식으로 이동 방사성 붕괴.

이것은 차례로 다음에 대한 지식에 의존합니다. 동위 원소, 그 중 일부는 "방사성"입니다 (즉, 알려진 속도로 아 원자 입자를 자발적으로 방출합니다).

동위 원소 동일한 원소의 다른 버전 (예: 탄소, 우라늄, 칼륨) 그들은 같은 수의 양성자, 이것이 요소의 아이덴티티가 변경되지 않는 이유입니다. 중성자.

• 방사성 연대 측정 방법을 일반적으로 "방사성 탄소 연대 측정"이라고 부르는 사람 및 기타 출처를 만날 가능성이 있습니다. "탄소 연대 측정." 이것은 5K, 10K 및 100 마일 달리기 경주를 "마라톤"이라고 부르는 것보다 더 정확하지 않습니다. 비트.

자연의 어떤 것들은 시작해야 할 양과 남은 양에 관계없이 다소 일정한 속도로 사라집니다. 예를 들어, 에틸 알코올을 포함한 특정 약물은 시간당 고정 된 그램 수 (또는 가장 편리한 단위)로 신체에서 대사됩니다. 누군가가 자신의 체내에 5 잔의 음료를 마신 경우, 신체는 자신의 체내에 한 잔을 마셨을 때보 다 알코올을 제거하는 데 5 배의 시간이 걸립니다.

그러나 많은 물질 (생물학적 및 화학적)은 다른 메커니즘을 따릅니다. 시간이 지나면 시작하기 위해 얼마나 많은 양이 존재하더라도 고정 된 시간에 물질의 절반이 사라집니다. 와. 이러한 물질은 반감기. 방사성 동위 원소는이 원리를 따르며 붕괴율이 매우 다릅니다.

이것의 유용성은 측정 시점에 얼마나 많은 양이 존재하는지에 기초하여 그것이 형성 될 때 주어진 요소가 얼마나 많이 존재했는지 쉽게 계산할 수 있다는 것입니다. 이는 방사성 원소가 처음 등장했을 때 전적으로 단일 동위 원소로 구성된 것으로 추정되기 때문입니다.

방사성 붕괴가 시간이 지남에 따라 발생함에 따라 이러한 가장 일반적인 동위 원소 "붕괴"(즉, 변환)가 점점 더 많이 다른 동위 원소 또는 동위 원소로 변합니다. 이러한 부패 제품은 적절하게 호출됩니다. 딸 동위 원소.

초콜릿 칩으로 맛을 낸 특정 종류의 아이스크림을 즐긴다 고 상상해보십시오. 당신은 아이스크림 자체를 좋아하지 않지만 저항 할 수없는 은밀하지만 특별히 영리하지는 않은 룸메이트가 있습니다. 칩을 먹는 것을 골라 내고 탐지를 피하기 위해 그는 소비하는 각 칩을 건포도.

그는 모든 초콜릿 칩으로이 작업을 수행하는 것을 두려워하므로 매일 남은 초콜릿 수의 절반을 스 와이프합니다. 건포도를 제자리에 놓고 디저트의 악마적인 변신을 완성하지 못했지만 점점 가까워지고 가까이.

이 배열을 알고있는 두 번째 친구가 방문하여 아이스크림 상자에 건포도 70 개와 초콜릿 칩 10 개가 들어있는 것을 발견했다고 가정 해 보겠습니다. 그녀는 "3 일 전에 쇼핑하러 갔나 봐요."라고 선언합니다. 그녀는 이것을 어떻게 압니까?

간단합니다. 이제 아이스크림에 70 + 10 = 80 총 첨가물이 있기 때문에 총 80 개의 칩으로 시작했을 것입니다. 룸메이트는 정해진 숫자가 아닌 특정 날짜에 칩의 절반을 먹기 때문에 상자에는 전날 20 개, 그 전날 40 개, 그 전날 80 개가 들어 있어야합니다.

방사성 동위 원소를 포함하는 계산은 더 형식적이지만 동일한 기본 원칙을 따릅니다. 방사성 원소의 반감기를 알고 있고 각 동위 원소가 얼마나 존재하는지 측정 할 수 있다면 그것이 유래 한 화석, 암석 또는 기타 개체의 나이를 알아낼 수 있습니다.

반감기가있는 요소는 첫 주문 부패 과정. 일반적으로 k로 표시되는 속도 상수로 알려진 것이 있습니다. 시작 부분에 존재하는 원자 수 사이의 관계 (N₀), 측정 시점에 존재하는 숫자 N, 경과 시간 t 및 속도 상수 k는 수학적으로 동일한 두 가지 방법으로 쓸 수 있습니다.

N = N₀이자형^−kt

또는

ln [N / N₀] = −kt

또한, 당신은 알고 싶을 수 있습니다 활동 일반적으로 초당 분해 또는 dps로 측정되는 샘플입니다. 이것은 간단히 다음과 같이 표현됩니다.

A = kt

이러한 방정식이 어떻게 도출되는지 알 필요는 없지만 방사성 동위 원소와 관련된 문제를 해결하기 위해 사용할 준비가되어 있어야합니다.

화석이나 암석의 나이를 알아내는 데 관심이있는 과학자들은 샘플을 분석하여 주어진 방사성 원소의 딸 동위 원소 (또는 동위 원소)와 부모 동위 원소의 비율 견본. 수학적으로 위의 방정식에서 이것은 N / N입니다.₀. 요소의 붕괴율과 그에 따른 반감기 (미리 알려진)를 사용하면 나이를 계산하는 것은 간단합니다.

요령은 다양한 일반적인 방사성 동위 원소 중 어떤 것을 찾아야 하는지를 아는 것입니다. 이것은 방사성 원소가 매우 다른 속도로 붕괴하기 때문에 물체의 대략적인 예상 연령에 따라 달라집니다.

또한 날짜를 표시 할 모든 개체에 일반적으로 사용되는 각 요소가있는 것은 아닙니다. 필요한 화합물이 포함 된 경우 주어진 연대 측정 기법으로 만 연대 측정을 할 수 있습니다.

우라늄 납 (U-Pb) 연대 측정 : 방사성 우라늄은 우라늄 -238과 우라늄 -235의 두 가지 형태로 나옵니다. 숫자는 양성자와 중성자를 더한 수를 나타냅니다. 우라늄의 원자 번호는 92로 양성자 수에 해당합니다. 각각 납 -206과 납 -207로 붕괴됩니다.

우라늄 -238의 반감기는 44 억 7 천만년이고 우라늄 -235의 반감기는 7 억 4000 만년입니다. 이것들은 거의 7 배 차이가 나기 때문에 (십억은 백만의 1,000 배라는 것을 기억하십시오), 암석이나 화석의 나이를 올바르게 계산하고 있는지 확인하십시오. 행동 양식.

반감기가 길기 때문에이 연대 측정 기법은 특히 약 100 만년에서 45 억년 사이의 오래된 재료에 적합합니다.

U-Pb 연대 측정은 두 개의 동위 원소가 작용하기 때문에 복잡하지만이 속성이이를 매우 정확하게 만듭니다. 이 방법은 또한 납이 여러 유형의 암석에서 "누출"되어 계산이 어렵거나 불가능 해지기 때문에 기술적으로도 어렵습니다.

U-Pb 연대 측정은 화석 (화석) 암석 연대 측정에 자주 사용되며, 화석이 없기 때문에 수행하기 어려울 수 있습니다. 변성암; 그리고 아주 오래된 바위. 이 모든 것들은 여기에 설명 된 다른 방법들과 함께 사용하기 어렵습니다.

루비듐-스트론튬 (Rb-Sr) 연대 측정 :방사성 루비듐 -87은 488 억년의 반감기로 스트론튬 -87로 붕괴됩니다. 당연히 Ru-Sr 연대 측정은 아주 오래된 암석 연대 측정에 사용됩니다 (실제로 지구는 46 억년 정도 된 "단지"이기 때문에 지구만큼 오래되었습니다).

스트론튬은 스트론튬 -86, -88 및 -84를 포함한 다른 안정된 동위 원소 (즉, 붕괴되지 않음)에 안정된 양으로 다른 자연 유기체, 암석 등에 존재합니다. 그러나 루비듐 -87은 지각에 풍부하기 때문에 스트론튬 -87의 농도는 다른 스트론튬 동위 원소의 농도보다 훨씬 높습니다.

그런 다음 과학자들은 스트론튬 -87의 총량에 대한 스트론튬 -87의 비율을 비교하여 검출 된 스트론튬 -87 농도를 생성하는 붕괴 수준을 계산할 수 있습니다.

이 기술은 현재까지 자주 사용됩니다. 화성암 그리고 아주 오래된 바위.

칼륨-아르곤 (K-Ar) 연대 측정 : 방사성 칼륨 동위 원소는 K-40으로, 칼슘 (Ca)과 아르곤 (Ar) 모두에서 칼슘 88.8 % 대 아르곤 -40 11.2 %의 비율로 분해됩니다.

아르곤은 고귀한 가스로, 비 반응성이며 암석이나 화석의 초기 형성의 일부가 아닙니다. 따라서 암석이나 화석에서 발견되는 모든 아르곤은 이러한 종류의 방사능 붕괴의 결과 여야합니다.

칼륨의 반감기는 12 억 5 천만년이므로이 기술은 암석 연대 측정에 유용합니다. 약 100,000 년 전 (초기 인간 시대)에서 약 43 억에 이르는 샘플 여러 해 전에. 칼륨은 지구에 매우 풍부하여 대부분의 샘플에서 일부 수준에서 발견되기 때문에 연대 측정에 적합합니다. 화성암 (화성암) 연대 측정에 좋습니다.

탄소 -14 (C-14) 연대 측정 : 탄소 -14는 대기에서 유기체로 들어갑니다. 유기체가 죽으면 더 이상 탄소 -14 동위 원소 유기체에 들어갈 수 있고 그 지점부터 부패하기 시작할 것입니다.

탄소 -14는 모든 방법 중 가장 짧은 반감기 (5,730 년)에 질소 -14로 분해되므로 새 화석 또는 최근 화석 연대 측정에 적합합니다. 주로 유기물, 즉 동식물 화석에만 사용됩니다. Carbon-14는 60,000 년 이상 된 샘플에는 사용할 수 없습니다.

주어진 시간에 살아있는 유기체의 조직은 모두 탄소 -12와 탄소 -14의 비율이 동일합니다. 유기체가 죽으면 조직에 새로운 탄소를 통합하는 것을 중단하므로 이후에 탄소 -14와 질소 -14가 붕괴하면 탄소 -12와 탄소 -14의 비율이 바뀝니다. 죽은 물질의 탄소 -12와 탄소 -14의 비율을 그 유기체가 살아 있었을 때의 비율과 비교함으로써 과학자들은 유기체의 죽음 날짜를 추정 할 수 있습니다.