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【科普】这踏码是八岁?——我们是怎么测量岩石年龄的

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在和某个若至的辩论中,我意识到不少人对于“同位素定年法”的原理存在相当多不了解和误读,也不太清楚其中的具体方法划分和实际原理。
所以,我在此做简单科普,有疑问欢迎提出,来搞事的我直接叉出去。


IP属地:福建来自Android客户端1楼2025-02-27 12:34回复
    Q1:同位素测年的基本原理是什么?
    A1:基本原理是放射性同位素的半衰期,即对于单位质量的放射性同位素,它其中的放射性原子总数的一半衰变为某种或某几种物质的时间。
    不同放射性同位素有自己的衰变时间,例如碳14五千多年,铀238则长达百万年,不同的同位素测年法适用于不同时间范围内的岩层,一旦用错,往往会造成极其夸张的误差。


    IP属地:福建来自Android客户端3楼2025-02-27 12:41
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      Q2:那我们要怎么知道最开始岩石里有多少放射性同位素啊?
      A2:答案是没办法直接知道。所以同位素测年法中往往需要用到两种(或以上)的同位素进行相互对照进而得出结论。
      我们用铀系测年法进行举例,这其中涉及到一定的前提约束、基础核物理、数学运算和逻辑推演。在下一层楼我们将正式开始。


      IP属地:福建来自Android客户端4楼2025-02-27 12:46
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        那么,开始了。
        我们首先要划定一些基本前提,大致为如下五条:
        1.体系相对封闭,即没有放射性同位素本体(后称之为母体)或其衰变产生的物质(后称放射成因子体)大规模流失或注入。通常,影响到体系封闭性的因素有:热变质作用、交代作用、水溶液的风化作用、母体与放射成因子体的化学物理性质差异导致的矿物赋存能力差异等。
        2.衰变常数(λ)恒定且已测定,也即测年使用的放射性同位素的半衰期固定且可测。地下岩层数百大气压的高压和复杂环境对大多数同位素半衰期并不产生显著影响,但凡事总有例外,铍7的衰变常数在高压下会略微增加。
        3.初始子体数值(D0)合适。这一点可以使用同年代不含放射性同位素的普通石头来进行对比和计算。
        4.对样本中的放射性同位素及其放射成因子体的含量精准测算。
        5.该地不存在链式反应,也就是说这不能是一个核反应堆。


        IP属地:福建来自Android客户端5楼2025-02-27 13:07
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          在以上条件成立的情况下,我们开始进行测算。
          一个长寿命的放射性同位素在一个封闭体系中衰变,衰变常数为λ,放射成因稳定子体原子的数目D*,体系中初始的子体原子数D0,则最终体系中含有衰变生成的子体D的绝对总含量为:
          D=D0+D*=D0+N (e^(λt)-1)
          但是,我们因为绝对含量中的D*和D0实际上我们并不知道,因此该公式不能直接用于计算。
          有点难以理解的一步来了:将上式两边同除以一个子体元素的稳定同位素,得:
          I = I0+R (e^(λt)-1)。
          你可能会问这除出来的数据(I、I0、R)有什么现实意义,答案是没有现实意义只有数学意义,用这种计算方式把绝对值转化为相对值,但对于不同岩层和不同年龄的石头来说,它们的以上数据是不同的。因此在一定程度上,可以使用I作为横坐标,I0为纵坐标,画出来一条线,这条线上的石头的t(时间)是一致的,称之为等时线,用于对本地的其他石头做年龄推测。
          具体的计算案例(照搬自百度百科,懒得自己想了)放在下面。


          IP属地:福建来自Android客户端7楼2025-02-27 13:32
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            图1-2 铀元素衰变公式
            图3-5利用上文提到的公式总结出来的具体公式
            图6:将上文公式化简变形后得到的时间计算公式







            IP属地:福建来自Android客户端8楼2025-02-27 13:35
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              科普简单到这里,有其他问题跟在下面提问就好。


              IP属地:福建来自Android客户端9楼2025-02-27 13:36
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                楼主,如果要了解现代化学发展史之类的买什么书比较好,想大致了解一下


                IP属地:浙江来自Android客户端11楼2025-02-27 15:21
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