Многие горные породы и организмы содержат радиоактивные изотопы, такие как U-235 и C-14. Эти радиоактивные изотопы нестабильны и со временем распадаются с предсказуемой скоростью. Когда изотопы распадаются, они выделяют частицы из своего ядра и становятся другим изотопом. Родительский изотоп - это исходный нестабильный изотоп, а дочерние изотопы - стабильный продукт распада. Период полураспада - это время, необходимое для распада половины родительских изотопов. Распад происходит в логарифмическом масштабе. Например, период полураспада C-14 составляет 5730 лет. В первые 5730 лет организм потеряет половину своих изотопов C-14. Еще через 5730 лет организм потеряет еще половину оставшихся изотопов C-14. Этот процесс продолжается с течением времени, при этом организм теряет половину оставшихся изотопов C-14 каждые 5730 лет.
Окаменелости собираются вместе с породами, происходящими из тех же пластов. Эти образцы тщательно каталогизируются и анализируются с помощью масс-спектрометра. Масс-спектрометр может дать информацию о типе и количестве изотопов, обнаруженных в породе. Ученые находят соотношение родительского изотопа к дочернему изотопу. Сравнивая это соотношение с логарифмической шкалой периода полураспада родительского изотопа, они могут определить возраст рассматриваемой породы или окаменелости.
Есть несколько распространенных радиоактивных изотопов, которые используются для датировки горных пород, артефактов и окаменелостей. Самый распространенный - U-235. U-235 содержится во многих вулканических породах, почве и отложениях. U-235 распадается до Pb-207 с периодом полураспада 704 миллиона лет. Из-за своего длительного периода полураспада U-235 является лучшим изотопом для радиоактивного датирования, особенно для более старых окаменелостей и горных пород.
C-14 - еще один радиоактивный изотоп, который распадается до C-12. Этот изотоп содержится во всех живых организмах. Как только организм умирает, C-14 начинает разлагаться. Однако период полураспада C-14 составляет всего 5730 лет. Из-за его короткого периода полураспада количество изотопов C-14 в образце пренебрежимо мало примерно через 50 000 лет, что делает невозможным их использование для датировки более старых образцов. C-14 часто используется для датировки артефактов от людей.