Giriş: Beta Decay'nin Radyoaktif Isotope'deki Rolü
Radyometrik dating, jeologun ve arkeologun cephaneliğinde en güçlü araçlardan biridir, araştırmacıların kayalara mutlak çağlar, fosillere ve milyarlarca yıl boyunca var olan eserlere izin verir. Birçok dating tekniğinin kalbindeki belirli bir radyoaktivite türü vardır: beta çürüme.Bir helium nüklemi ve kütle sayısını değiştirir, beta alanlarının doğru şekilde yorumlanması için gerekli olan bir atomoloji alanını doğru bir şekilde yorumlayabilmeleri için.
Bu makale beta çürümesinin fizikini araştırıyor, neden Dünya'nın erken tarihini nasıl araştırdığını ve test ettiğini açıklıyor.Gereken zaman karbon-14 dating devrimi ile nasıl inceleyeceğiz, potasyum-argon dating volkanik patlamaların zamanlarını ortaya koyuyor ve rubidium-strontium tekniklerini dünyanın ilk tarihini nasıl araştıracağız.
Beta Decay Fiziği
Beta çürümesi zayıf nükleer güçten doğar, dört temel etkileşimden biri. istikrarsız bir nükleusta, nötron-to-proton oranı ya da istikrar için çok yüksek ya da çok düşük. Bu dengesizliği düzeltmek için, nukle bir nötronu bir protona dönüştürebilir (daha-sonuçta bir nötronya) veya bir nötrona (daha fazla çürümeye)
Beta-Minus Decay
Betaminus'un çürümesinde, bir nötron (n) bir protona dönüştürülür (p), bir elektron (e-), ve antinutrino ( ⁇ e).
[FONT:0]n → p + e- + ⁇ e).
Çünkü protonların sayısı bir tane tarafından artar, atom sayısı (Z) bir element yaratarak yeni bir element yaratır. Kitle numarası (A) aynı kalır çünkü bir nötron ve bir proton neredeyse eşit bir kütleye sahiptir. Klasik bir örnek karbon-14 azot-14'e çürümektedir:
[0]14C → 14N + e- + ⁇ e[Dönemli: 1 )
Bu, karbon dating'da kullanılan reaksiyondur.
Beta-Plus Decay ve Electron Yakaladı
Betaplus'da, bir proton bir nötrona dönüştürülür, bir arkaktron (e+) ve bir ⁇ ( ⁇ e) Bir pozitron, bir elektronun antimatter meslektaşıdır. Bu, atom sayısını bir kez daha azaltırken azaltır:
[FONT=0)=+ n + e+ + ⁇ e).
Parçacık zengin çekirdekler için alternatif bir süreç:0)elekron yakalama[[Dönetici: 1 ), nükleikler içsel bir elektronu absorbe eder, bir protonu bir nötrona dönüştürür ve bir ⁇ e dönüştürür.
Beta çürümesinde yayınlanan enerji beta parçacığı ve ⁇ arasında paylaşılır. Çünkü ⁇ ler, 1930'daki ⁇ in varlığını önerdiğine kadar, yayılan beta parçacıklarının sürekli enerji yelpazesine sahipler.Bu süreklilik, her bir çürümenin en yüksek değer özelliğine dayanıyordu.
Half-Life ve Decay Constants Kavramı
Her betadecaying isotope'nin karakteristik bir özelliği vardır:0) yarı-yaşam) - büyük sayıda ebeveyn atomunun yarısının çürümesi için gerekli olan zaman.
[0]N(t) = N0 e^ ( ⁇ t)).
[FONT=0]N0[DÜDÜT:0)[0] [FONT=0)) ve yarı-yaşam) [Dönetici atomların ilk sayısı, [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ:2) ⁇ ) Sürekli ( ⁇ = ln(2) / yarı-yaşam), ve [DÜDÜDÜDÜDÜ)))))))) ve çürüme sistemi kapalı kaldı (geçmiş)
Beta çürümesi özellikle yararlıdır çünkü büyük bir yarı hayattakiler üzerinde meydana gelir, ikinci ila milyarlarca yıldan itibaren. Bu, son geçmişten gelen olayların (örneğin, öncül210) erken Solar System (e.g., rubidium kullanarak.
Karbon14 Arkadaş: Arkeolojinin Köşe taşı
Belki de beta çürümesinin en ünlü uygulaması, ►FLT:0)radiokarbon dating[Dönemli: 1940'larda Willard Libby tarafından geliştirilen, kozmik-ray nötronlar azot ile çarpıtıldığında, yüksek atmosferde üretilen karbonun radyoaktif bir izotopudur: 0.
[0]14N + n → 14C + p).
Karbon14, beta-minus emisyonunu yaklaşık 5,730 yıl boyunca çürütüyor:
[0]14C → 14N + e- + ⁇ e[Dönemli: 1 )
Çevre organizmaları atmosferle sürekli karbonu değiştirir, 14C'nin sabit bir devlet oranını stabil 12C'ye taşırlar, yeni karbon dahil değildir ve 14C saat sonra akıp gidiyor. - 50.000 yıl sonra, bu ölçüm pratik pratik hale gelir, yöntemi son 40-50 yıl boyunca sınırlandırır.
Kalibrasyon ve Sınırlama
Erken radyokarbon çağı, atmosferik 14C/12C oranının sürekli olduğu varsayıldı. Şimdi Dünya'nın manyetik alanında, güneş aktivitesi ve - daha yakın zamanda - fosil yakıt yakma ve nükleer test gibi insan faaliyetleri, bu nedenle calibrate radyo yaşları kesinlikle ağaç halka karşı (dendrochronoloji) göre değişir, mercan grupları ve laminat göl sedisyonları.
Contamination başka bir meydan okumadır: örnek materyaller reklamlarorb modern karbonu veya orijinal karbonu kaybedebilir. Rigorous kimyasal preted (e.g., asit-base-acid yıkaması kemik kolajı veya karcoal) güvenilir çağlar elde etmek için önemlidir.
Bu sınırlamalara rağmen, radyokarbon dating son 50.000 yıldan beri organik malzemelerle tanışmanın birincil yöntemi olmaya devam ediyor.Dört Deniz Scrolls, Turin'in Koudları ve dünya çapında sayısız arkeolojik site. daha fazla bilgi için, bkz.Dlopædia Britannica Girişi Radyokarbon dating).
PyumArgon Dating: Volcan-Zamansız Zaman
Milyonlarca veya milyarlarca yıl boyunca, potasyum-argon (K-Ar) sistemi paha biçilmezdir. Pyum-40 (40K) iki rota tarafından çürütmektedir:
- [0]Beta-minus çürümesi[Dönem: 1 ) (89% s.% 40 (40Ca).
- [0]Electron yakalama[[Dön 1: 1 ), (40Argon-40) için (% 10,7).
kalsiyumun daha yaygın olmasına rağmen, 40Ca- da kristalin izotopları ile sağlam bir kızdır ve 40K-40Ca sistemi kullanmak zorlaşır. 40K-40Argon çok daha temizdir: argon, minerallerle kimyasal olarak bağ değildir.Armolten kayarken (magma) 40 yaşından beri, daha önce sıkı bir argonu içerden 40K'ya kadar bozulmaz.
40Ar /39Ar Variant
Modern bir rafinerisi, 0,40Ar/39Ar yöntemi [Dönetici: 1 ), örneğin, 39K'nın bir kısmını 39Ar'a dönüştürmek, 40Ar/39Ar oranı daha kesin, sadece tek bir örnek gerektirir ve çok küçük tahıllar tarihlendirmek için kullanılabilir.
Örneğin, K-Pg sınırının yaşı (toplama tabakası) K-Ar ile ilgili kayalarla ilgili olarak temellenmiştir. Yöntem Doğu Afrika'daki en eski hominid fosilleri tarihlemek için de kullanılır. Örneğin, K-Pg sınırının yaşı (kırık yokluk tabakası) K-Ar ile ilgili kayalar hakkında açık bir açıklama sağlar.
RubidiumStrontium Dating: Erken Dünya'yı Probing
Rubidium-87 (87Rb) Dünyadaki en eski kabuklu kayalar ve Ay örnekleri dahil olmak üzere Rb-Sr sistemini daha uzun süre boyunca.
Anahtar anlayışı, rubidium ve strontium magma kristalizasyon sırasında farklı davranır. Rubidium sıvı fazda konsantre olma eğilimindedir, strontium tercih edilir ve kalsiyum zengin minerallere (örneğin, plagioclase feldspar) bir sonuç olarak, tek bir kayadaki farklı mineraller farklı başlangıç 87Rb /86Sr oranlarına sahip olacaktır.
Aynı kayadan birkaç mineral analiz ederek, 87Sr /86Sr'ın 87Rb /86Sr'ın arsasını doğrudan bir çizgiye (isochron) verir; bu ilk 87Sr/86Sr oranı verir.Bu isochron yöntemi, ilk kızı konsantrasyonunu bilmek gerektirmez, çünkü verilerden belirlenir.
RbSr dating, Dünya'nın en eski kayalarının (Kanada'daki Acasta Gneiss) 4.0 milyar yıl önce olduğunu ve ay crust'ın 4.4 milyar yıl önce oluşturduğunu belirlemek için kullanılmıştır.
Diğer BetaDecay Arkadaşlık Teknikleri
Lead210 Dating
Lead210 (210Pb) uranyum çürüme zincirinin bir parçasıdır ve yarı ömür 22.3 yıl vardır. Bu yöntem, özellikle son çevresel değişiklikler ve antropojenik etkiler için beta-minus emisyonunu bozar. 210Pb, nispeten genç sedisyonlar (daha-150 yıl boyunca) için kullanılır.
Iodine-129 Dating
Iodine129 (129I) beta-minus'un xenon-129'e (129Xe) yarım yıllık 15.7 milyon yıl boyunca, nükleer yakıt işleme ve bazı meteorlardan yararlanarak, Dünya'nın kabuklu sıvıların hareketi ile ilgili öngörüler elde etmek için kullanılır.
Uranium serisi Thorium-230- ile Tanışma
Saf bir beta çürümesi olmasa da (bu zaman alfa, beta ve kumar) uranyum-storium (230Th) sistemi genellikle beta çürükleri içerir. Örneğin, 234U alfa ile 230Th arasında çürükler, ki bu da alfa ile 226Ra.
Beta-Decay'ın Avantajları ve Sınırları
Avantajları Avantajları Avantajları Avantajları
- [FONT=0)Broad zamanı aralığı:[Dönetici:[Dönetici:0) Beta-decaying, yıllardan milyarlarca yıla kadar yarı hayattadır, neredeyse tüm jeolojik zaman ölçeğini kapsar.
- [FONT:0) Çok sayıda malzeme: [Döntilmiş Karbon-14 organik madde üzerinde çalışır; K-Ar volkanik kayalarda çalışır; Rb-Sr birçok igneous ve metamorfik kaya üzerinde çalışır.
- [FONT:0)Internal checks:[Dönetici:[Dönetici:0) Isochron yöntemleri (Rb-Sr, Sm-Nd) ilk koşulları varsaymak, sağlam çağlar sağlamak için gerekli değildir.
- [FONT:0) Closed-system behavior:[Dönetici:[Dönetici:0)Köpektifler: [Dönetici:0)Köpektifler:[Döneticiler:[Döneticiler:)))
Sınırlamalar
- [FONT=0)Contaminasyon:[Dönetici:[Dönetici: 0,4|) Ebeveynlerin veya kızının geri çekilmesi veya ortadan kaldırılması (örneğin, ⁇ ) tarafından hatalı yaşlara ulaşabilir.
- [FONT=0)Closure Sıcaklık:[DÜT:1] Farklı mineraller sadece belirli sıcaklıklar altında bulunan kızı korur.For K-Ar, feldspar closes at ~150-300 °C, hornblende closes at ~500 °C. Eğer bir kaya yeniden ısınırsa, “saat” kısmen sıfırlar.
- [FONT:0) Sürekli çürük oranların varsayımı: Decay oranları laboratuvar ve doğal koşullar altında etkin bir şekilde sabitlenir, ancak bazı çalışmalar jeolojik zaman ölçeklerine göre değişebilirlerse test edilmiştir - varyasyonun kanıtı beta çürüme için bulunamamıştır.
- [FONT=0)Sample boyut ve algılama sınırları: Modern kütle spektrometreleri küçük miktarları ölçebilir, ancak çok genç veya çok eski örnekler için, istatistikler sayma hassas olabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Beta çürümesi, Dünya'nın rubidium-strontium'u ile ilgili temel bir nükleer süreçtir, her yöntem öngörülebilir bir şekilde, bir ebeveynin çapının bir kızına sürekli olarak bozulmasına dayanır.
Daha fazla okuma için, radyometrik dating tarafından yapılan kapsamlı bir incelemeyi gör:0)Doğa Eğitimi Bilimcisi) ve DENGT:2.Dickin'in [Ücretsiz Isotope Geology[FLT: 5).