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化学地层学-同位素年龄

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同位素地质年代测定原理

同位素地质年代测定原理

同位素地质年代测定原理作者：徐向辉查道函来源：《西部资源》2012年第02期摘要：本文阐述了同位素测年的原理、前提、方法，重点介绍了Rb—Sr法的原理、使用要求、适用范围、原理、结果解释及优缺点。

关键字：同位素测定原理 Rb—Sr法1. 测年原理和前提同位素地质年龄，简称同位素年龄（绝对年龄），指利用放射性同位素衰变定律，测定矿物或岩石在某次地质事件中，从岩浆熔体、流体中结晶或重结晶后，至今时间。

放射性同位素进入其中后，含量随时间作指数衰减，放射成因子体积累。

若化学封闭，无母体、子体与外界交换而带进带出，测定现在岩石或矿物中母子体含量，根据衰变定律得到矿物、岩石同位素地质年龄。

这种年龄测定称做同位素计时或放射性计时。

计时的基本原理就是依据天然放射性同位素的衰变规律，由此测定的地质事件或宇宙事件的年龄，谓之同位素年龄。

应用同位素方法测定地质年龄，必须满足以下前提:(1)放射性同位素的衰变常数须精确地测定，并且衰变的最终产物是稳定的。

(2)样品及其测得的N和D值能代表想要得到年龄的那个体系。

(3)已知母体元素的同位素种类和相应的同位素丰度。

并且无论是在不同时代的地球物质中，还是在人工合成物甚至天体样品中，这些元素的同位素都具有固定的丰度值。

(4)体系形成时不存在稳定子体，即D0= 0(对于衰变系列，也不存在任何初始的中间子体)，或者通过一定的方法能对样品中混人的非放射成因稳定子体的初始含量D0作出准确地扣除或校正。

(5)岩石或矿物形成以来，母体和子体既没有自体系中丢失也没有从休系外获得。

也就是说，岩石或矿物对于母体和子体是封闭体系。

其中(1)和(3)两个前提是基本的，(4)和(5)两个条件则决定了岩石或矿物地质历史的一个模式。

2. 同位素测年主要方法在同位素年代学上，除了利用天然放射性的衰变定律直接进行年龄侧定外，还可以根据衰变射线和裂变碎片对周围物质作用所产生的次生现象来计时。

因此，总体上可将同位素年龄测定方法分为两大类:第一类为直接法，它们是基于放射性同位素自发地进行衰变，按照衰变定律来测定年龄。

同位素定年——精选推荐

同位素定年——精选推荐

第六章同位素地球化学同位素地球化学或同位素地质学是根据地球或星体的各种物质中，因稳定同位素分馏或放射性同位素衰变而造成的同位素成分的变化，来研究这些物质的来源、演化及其过程的一门学科。

利用稳定同位素分馏为基础的地球化学示踪研究，发展成为稳定同位素地球化学；而利用放射性同位素衰变进行地质年龄研究，发展成为同位素地质年代学。

第一节同位素地质年代学同位素是指原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子。

在元素周期表中占据一个位置。

由于质子数相同，它们属于同一元素的一簇原子，所以它们的基本化学性质相同，但质量有所不同。

根据原子核的稳定性，可以分为稳定同位素和放射性同位素。

如果把每一种原子核称为核素，那么在已知的近1700种核素中，只有约260种是稳定的，而大部分已知的核素是不稳定的或称为放射性的，它们会自发地分解（衰变或裂变）直到成为稳定的核素为止（Faure, 1986）。

由于与太阳系年龄相比，大部分的放射性核素的衰变速率非常快，因此它们在自然界已不实际存在，但可以在实验室人工合成。

同位素地质年代学所感兴趣的，是自然存在的为数不多的一些放射性同位素核素，主要包括那些具有非常慢的衰变速率的（如238U, 235U, 232Th, 147Sm, 40K等）、由长寿命放射性母体衰变产生的（如234U, 230Th, 226Ra等）、由天然核反应产生的（如14C, 10Be等）、以及由人工核试验产生的放射性同位素。

一、放射性衰变原理不稳定的原子会自发地发射出粒子和能量而转变为另一种原子，这一过程称为放射性衰变，发射出粒子和能量的现象即所谓放射性。

各种不稳定原子的衰变有几种不同的方式，一些原子可以同时以2-3种方式衰变，但多数原子以一种特有的方式衰变。

衰变的结果是原子核的质子数和/或中子数发生变化，从某一元素的同位素（母体）转变为另一元素的同位素（子体）。

子体同位素若仍是放射性的，则将进一步衰变直至转变为稳定的原子为止。

同位素地质年龄测

同位素地质年龄测
40
同位素地质年龄测定 钾-氩法
方法 1、体积法 2、同位素稀释法 40 3、快中子活化法(又称内标稀释法或 Ar39 Ar法) 该钾-氩法是上世纪末发展建立的，是 40 基于岩石和矿物中的 K经快中子照射后产 39 40 生 Ar，这样可不必测定样品中的 K含量， 40 39 而是根据 Ar/ Ar含量值，按有关公式算 得岩石、矿物形成年龄。

同位素地质年龄测定 钾-氩法
样品要求
②样品重量取决于样品地质年龄的大小，样 品中母、子同位素含量和测试方法灵敏度 （表） 40 39 单矿物纯度应高于98%（ Ar/ Ar法单 矿物样品纯度要求100%，其中不应含其它钾 矿物包裹体）
同位素地质年龄测定 钾-氩法
样品要求 ③试样粒度为0.25-0.63mm；伟晶岩中的云母 可剪成宽3-5mm的细条；全岩样品粒度0.40.6mm。 测量时要求样品中40Ar在矿物形成后就成 为封闭体系，没有逸出过。同时，矿物形 成后对钾也是封闭的，矿物中钾的同位素 组成正常。
40
39
同位素地质年龄测定 钾-氩法
钾-氩法缺点


被测定的岩石或矿物易受后期各种叠加地质作用的影 响,使其中放射成因的氩逸失,导致年龄测定值偏低(在这 种情况下,年龄测定值可视为实际年龄值上限)。所以，不 宜用钾-氩法测定古生代及古生代以前的地质样品。 氩是气体，它可以在变质期间从矿物和岩石中丢失。 由于这个原因，钾－氩法提供的是花岗质岩石最后一次热 事件的年龄，变质岩最后一次变质的年龄，或者一个地区 最后一次重要上升和剥蚀的年龄。因为氩丢失的可能性大， 所以一般认为钾－氩法得出的数据，代表着岩石的最低限 年龄，然而有的情况用钾氩法测得的年龄又太老。如果变 质作用期间它不完全丢失，Ar40可以从沉积岩里原先的矿 物继承下来，变质岩测出的年龄就比真正变质作用的时代 要老。在测定浅变质岩（如板岩）时，会有这种问题。此 外，有些矿物可以吸附外来的氩，对这种矿物用钾氩法测 得的年龄数据一般偏大。

同位素地质年龄测定

同位素地质年龄测定

同位素地质年龄测定同位素地质年龄测定：1. 什么是同位素地质年龄测定？同位素地质年龄测定是一种技术，其主要原理是利用放射性同位素系统衰变这一自然现象研究地质年代或者体系发展历史。

放射性同位素指的是具有一定半衰期的示踪性放射素，如粒子或射线源，而这种特定类型的放射性物质颗粒可能来源于岩石的矿物中，从而可以以一定的速率衰变。

以测年的观点来看，放射性同位素的衰变率可以作为一种记录时间的标志，可以表明某一地质物体的形成时间或某一地质事件发生的时间等。

2. 同位素地质年龄测定的基本步骤(1) 样品取样和分析：样品包括岩石、矿物及其沉积物。

样品取样可以使用活质量突破样本或岩芯钻棒，并进行合理的粉碎、浸提等实验步骤。

按照同位素年龄测定方法，将待测样品中放射性衰变产物与其它样品元素提取出来，然后进行激光和亮度法进行分析。

(2) 同位素校准：放射性同位素的衰变速率以及不同地质物的形成和发展速度都有可能随着环境的不同发生变化，因此，在计算出实际的同位素年龄之前，我们首先要把测试的同位素年龄进行一个校准，把它们校准到以每天8.77微秒为半衰期的放射性同位素系统或者参考标准。

(3) 计算同位素年龄：在同位素校准之后，可以计算出初始浓度和校准后的衰变浓度之间的差异，并利用此差异和衰变系数，从而求出样品的同位素年龄。

3. 同位素地质年龄测定的应用同位素地质年龄测定技术可以用于研究岩石的沉积、流动等地质过程，它可以用来测定多种岩石、矿物、沉积物和流动体中形成、发展和演化的历史，从而对地质年代进行精确测定，为我们对地表历史演化、沉积环境探讨提供有力的支持。

在构造地质学中，它也可以用于研究地壳构造活动、火山喷发活动和地质普遍影响等地质事件的发生时间和发展历史。

同位素地质年龄测定技术及应用

同位素地质年龄测定技术及应用

同位素地质年龄测定技术及应用同位素地质年龄测定技术是判断岩体年龄或地质事件发生时代的常用方法，主要包括U-Pb法、Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法等，各类方法均有其自身的特点，因此其适用范围和注意事项也存一定的区别。

本文以Rb-Sr法为例，对其原理、使用范围、注意事项及其局限性进行了分析讨论，希望能为读者提供参考。

标签：同位素;地质年龄;Rb-Sr法;应用1 概述随着科学技术的不断发展，地质学在帮助人类认识地球方面的作用日渐明显。

同位素地质年龄测定技术是以放射性同位素为基础的测量技术，该技术在地质研究方面的应用，可提高测量结果的有效性，便于人们更好地发现地球演变规律。

本文将对同位素地质年龄测定技术及其相关应用进行探讨。

2 同位素地质年龄测定技术2.1 原理分析测定原理为元素放射性衰变，放射性是指原子核可自发地放射各种粒子，具有自发放射各种射线的同位素称为放射性同位素;而放射出α或β射线后，原子核发生变化的过程可成为放射性衰变;衰变前的放射性同位素称为母体，衰变过程中产生的新同位素则称为子体;若经过一次衰变就可获得稳定子体的为单衰变;若经历若干次连续衰变获得稳定子体的则称为衰变系列。

在衰变过程中，放射性同位素母体同位素原子有一半完成衰变所耗费的时间成为半衰期，较为稳定，不受元素状态、外界环境、元素质量变化的影响;放射性同位素在单位时间内每个原子核的衰变概率成为衰变常数。

利用放射性衰变规律计算地质年代的主要依据就是半衰期和衰变常数。

2.2 放射性同位素测定地质年龄的前提放射性同位素测定岩体年龄的常用技术有U-Pb法、Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法、Re-Os法、（U-Th）/He法等，各种方法的使用前提基本相同：①用于测定地质年龄的放射性同位素半衰期与测定对象相匹配，且半衰期和衰变常数能被准确测定;②能准确测定母体同位素组成及各项同位素的相对丰度;③母体衰变产物具有一定的稳定性，便于使用仪器设备对其进行检测;④岩石或矿物处于封闭状态，减少误差;⑤岩石或矿物形成过程中，同位素处于开放状态时间较短，可忽略不计。

化学地层学-同位素年龄共110页文档

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21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
化学地层学-同位素年龄 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

同位素测年法

同位素测年法

同位素测年法同位素测年法是一种重要的年代测定方法，用于确定物质的几何年龄。

它是现代年代学的一个重要组成部分。

它的基本原理是利用同位素的衰变和它们的比值来估算物质的几何年龄。

同位素测年法被用于地质微体分析、特定生产、半导体检测等。

一、同位素简介1.1 同位素种类同位素是指具有相同原子序数的原子，但它们的质子数不同，即具有不同的质量数，存在四种类型的同位素：原子核岩石学同位素、原子中的多体同位素、原子的单体同位素和原子核同位素。

1.2 同位素衰变通过调节原子核中稳定的核子数量，同位素会从一种形式转变为另一种形式，这种转变就称为衰变。

同位素衰变有三种，分别是α衰变、β衰变、β+衰变和β-衰变，并且每种衰变可以分解成更小的粒子，这些粒子叫做产物。

二、同位素测年法2.1 同位素测年原理同位素测年法基本原理是利用衰变产物的比值来估算物质的几何年龄，它假设物质在一定的衰变表和年龄可以根据比值计算出几何年龄。

2.2 测年实验步骤同位素测年法的测量实验步骤如下：(1) 准备样品：取少量的待测物体的样本，如岩石、泥炭、物理样本、化学样本等。

(2) 同位素分析：使用核磁共振成像技术或衍射仪进行同位素测试，判断物体的同位素的比值。

(3) 计算年龄：根据同位素衰变表，比较不同同位素的衰变和它们的比值，从而估算出物体的几何年龄。

三、同位素测年法的应用3.1 地质微体分析同位素测年法可用于地质微体分析，通过精确测定地层中某种物质的古代性，可以更好地指导地质的勘探和开采工作。

3.2 特定产品的制造利用同位素测年法也可以帮助人们确定某种物品的古代性，例如葡萄酒、芝麻酱等，从而更准确地判断产品的品质和合格程度。

3.3 半导体检测半导体行业使用同位素测年法来确定芯片和电路板的几何年龄以及其中材料的有效性，从而有效防止芯片和电路板可能出现的故障，保证原材料的质量。

针对同位素测年法，其原理是通过同位素的衰变后的比值来估算物质的几何年龄，并且用于地质微体分析、特定产品的制造、半导体检测等场景。

同位素地质年龄名词解释

同位素地质年龄名词解释

同位素地质年龄名词解释
同位素地质年龄指的是利用同位素的放射性衰变过程来确定岩石和地质事件的年龄。

同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的元素，如碳的同位素有碳-12、碳-13和碳-14等。

同位素的衰变是一个自然的过程，通过测量岩石中同位素的衰变产物和原始同位素的比例，可以计算出岩石的年龄。

同位素地质年龄的确定方法主要有放射性同位素定年和稳定同位素定年两种。

放射性同位素定年是利用放射性同位素的衰变过程来确定岩石和地质事件的年龄。

常用的放射性同位素有铀、钍、镭和钾等。

稳定同位素定年则是利用具有稳定同位素的元素，如氢、氧、碳和铅等元素的同位素比例来确定年龄。

同位素地质年龄的应用范围广泛，可以用于确定岩石的形成年龄、地层的相对年龄、地质事件的发生时间等。

在地质学研究中，同位素地质年龄可以帮助科学家了解地球的演化历史，揭示地球上的大地构造运动和地质事件的发展过程。

总的来说，同位素地质年龄是一种重要的地质学研究方法，通过测量岩石中同位素的比例，可以推断出岩石和地质事件的年龄。

这种方法在地质学、古生物学和考古学等领域都有广泛的应用，对于研究地球的演化历史和解决地质问题具有重要意义。

同位素地质年龄名词解释

同位素地质年龄名词解释

同位素地质年龄名词解释
同位素地质年龄指的是利用同位素化学元素的放射性衰变过程来确定地质事件发生时间的方法。

地质事件一般包括岩浆活动、大地构造运动和沉积作用等。

在地球上存在许多同位素，其中一些具有放射性衰变性质，即在一段时间后自发地变为其他元素。

而同位素的衰变速率是已知且恒定的，可以通过测量岩石或矿物样本中的原始同位素和衰变产物同位素的浓度来推断出该样本的年龄。

根据所测量的同位素对，可以使用不同的同位素放射性衰变方法来确定不同地质事件的年龄。

例如，钾-钕（K-Ar）方法可用于确定火山岩的年龄，铀-铅（U-Pb）方法可用于确定岩浆活动和各类岩石的年龄，锶-锶（Sr-Sr）方法可用于确定沉积岩的年龄。

此外，碳- 14（C-14）方法则广泛应用于考古学中，用于确定有机物的年龄。

同位素地质年龄方法的应用范围广泛且可靠，可以帮助研究人员解决各种地质事件的时间序列问题，并推断地球历史上的地质事件发
生顺序。

同时，随着技术的不断发展，新的同位素地质年龄方法也在不断涌现，进一步丰富和拓展了地质年代学的研究手段。

同位素地质年代学与同位素地球化学

同位素地质年代学与同位素地球化学

同位素地质年代学与同位素地球化学嘿伙计们，今天我们来聊聊一个非常有趣的话题：同位素地质年代学与同位素地球化学。

这可是一个让我们大开眼界的领域，让我们一起来探索一下吧！咱们来了解一下什么是同位素地质年代学。

简单来说，就是通过研究地球上各种岩石和化石的同位素含量，来推算出它们形成的时间。

这个方法可是厉害了，因为它不需要知道这些岩石和化石的具体形成时间，只需要知道它们的年龄就行了。

这就像是给了一个人的出生证明，但是不知道他到底是什么时候出生的，只知道他多大了一样。

那么，同位素地球化学又是什么呢？它和同位素地质年代学有点像，也是通过研究地球上各种物质的同位素含量，来了解地球的历史。

不过，它的研究对象可就不仅仅是岩石和化石了，还包括土壤、水、大气等等。

这就像是在研究一个人的生活史，而不仅仅是他的出生和成长过程。

现在，我们来看看这两个领域有什么有趣的地方。

它们都是通过研究地球上的各种物质来了解地球的历史。

这就像是在看一部关于地球的电影，我们可以通过观察演员们的表现，来了解他们的生活和经历。

而且，这部电影还不是导演拍的，而是自然界自己拍的。

这是不是让你觉得很神奇呢？这两个领域的研究方法都非常重要。

同位素地质年代学需要我们找到那些含有特定同位素的岩石和化石，然后通过测量它们的同位素比例来计算出它们的年龄。

而同位素地球化学则需要我们找到那些含有特定同位素的土壤、水和大气等物质，然后通过测量它们的同位素比例来了解它们的组成和变化过程。

这就像是在做一个侦探工作，我们需要找到那些关键的证据，然后才能破解这个谜团。

这两个领域的研究成果对我们的生活也有很大的帮助。

比如说，通过对地球上的岩石和化石的研究，我们可以了解到地球的历史变迁，从而更好地保护我们的家园。

而通过对地球上的土壤、水和大气的研究，我们可以了解到环境的变化和污染情况，从而采取相应的措施来改善环境质量。

这就像是在给我们的生活做一次全面的体检，让我们知道哪里出了问题，然后想办法解决。

同位素地质年龄测定技术及应用

同位素地质年龄测定技术及应用

第85卷 第11期2011年11月地 质 学 报 ACT A GEOLOGICA SINICAV ol.85 N o.11No v. 2011注:本文为国家重点基础研究发展计划项目(编号2007CB411306;2009C B421001)、中国地质调查局项目(编号1212010660212;1212011120293)和公益性行业专项经费(编号200911043-13)资助成果。

收稿日期:2011-03-11;改回日期:2011-07-20;责任编辑:周健。

作者简介:陈文,男,1962年生。

博士,研究员,博士生导师。

研究方向为同位素地质年代学。

Email:ch enw enf@vip.s 。

DOI:CNKI:11-1951/P.20111025.0834.002 网络出版时间:2011-10-258:34网络出版地址:h ttp://w w ki.n et/kcms/detail/11.1951.P.20111025.0834.002.h tm l同位素地质年龄测定技术及应用陈文1),万渝生2),李华芹3),张宗清1),戴橦谟4),施泽恩4),孙敬博1)1)同位素热年代学实验室,大陆构造与动力学国家重点实验室,中国地质科学院地质研究所,北京,100037;2)北京离子探针中心,中国地质科学院地质研究所,北京,100037;3)武汉地质矿产研究所,武汉,430205;4)中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640内容提要:同位素地质年代学是地球科学、物理学、化学和技术科学相互交叉发展起来的一门新兴学科,是地球系统科学中一个年轻而充满活力的分支学科。

它根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成和地质事件发生的时代,以研究地球和行星物质的形成历史和演化规律。

本文对几种常用的精度比较高的同位素测年方法从理论、实验技术、应用范围、使用的注意事项等方面予以简要总结和介绍,期望为地质同行们提供有益的参考。

同位素地质年代测定原理

同位素地质年代测定原理

同位素地质年代测定原理同位素地质年代测定原理摘要：本文阐述了同位素测年的原理、前提、方法，重点介绍了Rb―Sr 法的原理、使用要求、适用范围、原理、结果解释及优缺点。

关键字：同位素测定原理Rb―Sr法 1. 测年原理和前提同位素地质年龄，简称同位素年龄，指利用放射性同位素衰变定律，测定矿物或岩石在某次地质事件中，从岩浆熔体、流体中结晶或重结晶后，至今时间。

放射性同位素进入其中后，含量随时间作指数衰减，放射成因子体积累。

假设化学封闭，无母体、子体与外界交换而带进带出，测定现在岩石或矿物中母子体含量，根据衰变定律得到矿物、岩石同位素地质年龄。

这种年龄测定称做同位素计时或放射性计时。

计时的根本原理就是依据天然放射性同位素的衰变规律，由此测定的地质事件或宇宙事件的年龄，谓之同位素年龄。

应用同位素方法测定地质年龄，必须满足以下前提:(1)放射性同位素的衰变常数须精确地测定，并且衰变的最终产物是稳定的。

(2)样品及其测得的N和D值能代表想要得到年龄的那个体系。

(3)母体元素的同位素种类和相应的同位素丰度。

并且无论是在不同时代的地球物质中，还是在人工合成物甚至天体样品中，这些元素的同位素都具有固定的丰度值。

(4)体系形成时不存在稳定子体，即D0= 0(对于衰变系列，也不存在任何初始的中间子体)，或者通过一定的方法能对样品中混人的非放射成因稳定子体的初始含量D0作出准确地扣除或校正。

(5)岩石或矿物形成以来，母体和子体既没有自体系中丧失也没有从休系外获得。

也就是说，岩石或矿物对于母体和子体是封闭体系。

其中(1)和(3)两个前提是根本的，(4)和(5)两个条件那么决定了岩石或矿物地质历史的一个模式。

2. 同位素测年主要方法在同位素年代学上，除了利用天然放射性的衰变定律直接进行年龄侧定外，还可以根据衰变射线和裂变碎片对周围物质作用所产生的次生现象来计时。

因此，总体上可将同位素年龄测定方法分为两大类:第一类为直接法，它们是基于放射性同位素自发地进行衰变，按照衰变定律来测定年龄。

地球年龄的计算 同位素

地球年龄的计算 同位素

地球年龄的计算同位素《地球年龄的计算同位素》嘿，同学们！你们有没有想过咱们生活的这个地球到底有多大年纪啦？这可真是个超级有趣又超级神秘的问题呢！有一天，在科学课上，老师就给我们讲了关于地球年龄的事儿。

我那小脑袋瓜呀，充满了好奇和疑问。

老师说，要知道地球的年龄，就得靠一种叫同位素的神奇东西。

啥是同位素呢？这就好比是一对双胞胎兄弟，长得差不多，但是某些方面又有点不一样。

比如说碳的同位素，一种稳定，一种不稳定。

不稳定的那种呢，会随着时间慢慢发生变化。

这就好像是一个滴答滴答走着的时钟。

科学家们就通过测量这些同位素的变化，来计算地球的年龄。

这是不是很神奇？我当时就忍不住问老师：“老师，那这得多难呀？”老师笑着说：“是很难，但是科学家们可聪明啦，他们不怕困难。

”我又想，那这同位素的变化是不是就像我们长大一样，一点点地变，只是我们能看到自己长高长胖，同位素的变化却得靠科学家们去发现。

我的同桌小明也凑过来，一脸疑惑地说：“那万一科学家们算错了咋办？”老师摇摇头说：“不会的，科学家们会反复测量，反复验证，保证结果的准确性。

”后来，老师又给我们讲了很多科学家研究同位素的故事。

有个科学家为了得到准确的数据，在实验室里待了好几个月，都顾不上回家。

我就在想，这得有多大的决心和热爱呀！再想想我们，有时候写个作业都觉得累，和这些科学家比起来，我们可真是太容易放弃啦！经过这么一了解，我才知道，原来计算地球年龄可不是一件简单的事儿。

这需要科学家们付出大量的时间和精力，还得有超级聪明的脑袋和不怕困难的勇气。

同学们，你们说，咱们是不是应该好好学习，以后也像这些科学家一样，去探索更多未知的秘密呢？反正我是下定决心啦，我一定要努力，说不定哪天我也能为解开宇宙的奥秘出一份力呢！。

同位素年龄单位

同位素年龄单位

同位素年龄单位
摘要：
一、同位素年龄单位的定义与概述
二、同位素年龄单位的计算方法
三、同位素年龄单位的应用领域
四、同位素年龄单位的重要性
正文：
一、同位素年龄单位的定义与概述
同位素年龄单位，是一种衡量物质年龄的度量方式，主要通过测量物质中同位素的含量来推算物质的年龄。

同位素年龄单位的概念来源于地球科学和宇宙学领域，被广泛应用于地质学、考古学、生物学等领域。

二、同位素年龄单位的计算方法
同位素年龄单位的计算方法通常基于放射性同位素的衰变速率。

放射性同位素会按照一定的速率进行衰变，这种衰变速率可以用来测量物质的年龄。

同位素年龄的计算公式为：年龄= （现在的同位素含量- 初始同位素含量）/ 衰变速率。

三、同位素年龄单位的应用领域
同位素年龄单位在地球科学和宇宙学领域有着广泛的应用。

在地质学中，同位素年龄单位被用来确定岩石和化石的年龄，帮助我们了解地球的历史。

在考古学中，同位素年龄单位可以用来确定古文明的年代，帮助我们了解人类历史的发展。

在生物学中，同位素年龄单位可以用来研究生物物种的演化历程。

四、同位素年龄单位的重要性
同位素年龄单位在科学研究中具有重要的地位。

它为我们提供了一种客观、准确的测量物质年龄的方法，帮助我们了解自然界和人类历史的发展。

化学地层学-同位素年龄

化学地层学-同位素年龄
• N——现有母核数 D——现有子核总数
• D0——初始母核数 D*——放射成因子核数
• λ——衰变常数 t——岩石/岩体年龄
同位素地质年龄的意义在于：
岩矿在地质事件中从水溶液或岩浆熔体 中沉淀、凝固、结晶，或者在固态情况 下重结晶、改造或化学反应的时候起， 一直到现今所经历的时间。
第二节 钾—氩衰变体系
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14C法测年的主要对象是几万年以来发生过
14C交换的含碳物质，如：
• A，木头、木炭及泥炭等植物残体是较理想 的样品；其它生物残体也是合适的选择； • B，古代陶瓷及金属器具因用木炭烧制熔化， 亦可用此法测定； • C，富碳元素的沉积碳酸盐类等也是该法应 用对象。 • 下表是一些14C法测年样品及其用量：
二、钾-氩法的原理和年龄计算
钾-氩计时是最早用于测定岩石、矿物的计 时方法之一。由于其放射成因子体是气体， 用物理方法易于比较准确的测定；加之含钾 矿物普遍存在，在同位素年代学发展的早期， 钾-氩计时得到最广泛的应用。
K有3个天然同位素：39K、40K和41K，其中 40K为具有双衰变性质的放射性同位素：
☺由于 40K衰变为 40Ar* 和 40Ca* 时分别具有 不同的衰变常数λk和λβ ，故上式中λ为其 总衰变常数，即： ☺λ= λk+λβ ☺仅仅对于放射成因40Ar*而言，则有：
40
k 40 t Ar k(e - 1)

◊由上式得K-Ar法计年公式：
1 t ln k
化学地层学
内容
• 元素地层学
• 同位素地层学
• 地质界线化学地层学
• 气候变化与地球化学 • 化石地球化学
地质年代地层学
第一节 放射性同位素测年基础

同位素定年计算

同位素定年计算

同位素定年计算哎呀，同位素定年计算，这玩意儿听起来就挺高大上的，对吧？不过别急，我尽量用大白话说说这事儿，让你也能明白这到底是怎么一回事。

首先，咱们得知道啥是同位素。

同位素啊，就是那些原子核里头质子数一样，但中子数不同的元素。

比如碳，就有碳-12和碳-14两种同位素。

碳-14这家伙，它不稳定，会衰变成氮-14，这个过程就是放射性衰变。

好了，现在咱们聊聊定年。

定年，就是确定一个东西的年龄。

同位素定年计算，就是用同位素的衰变来计算一个东西的年龄。

这招儿在考古学、地质学里头特别有用。

举个例子吧，比如说考古学家挖到了一块骨头，他们想知道这骨头是啥时候的。

他们就会用碳-14定年法。

碳-14这玩意儿在生物体活着的时候，会通过呼吸、食物不断地补充。

但一旦生物体死亡，碳-14就不再补充，开始衰变。

因为碳-14的半衰期是固定的，大约5730年，所以通过测量骨头里碳-14的含量，就能推算出骨头的年龄。

具体操作是这样的：首先，他们会取样，然后测量样本中碳-14和碳-12的比例。

这个比例和生物体死亡时的比例相比，会有所减少。

然后，他们用这个比例变化，套入一个公式，就能算出骨头的年龄了。

这个公式大概是这样的：\[ t = \frac{-T_{1/2} \ln(N_t/N_0)}{\ln 2} \]，其中\( t \)是样本的年龄，\( T_{1/2} \)是碳-14的半衰期，\( N_t \)是样本中碳-14的含量，\( N_0 \)是初始碳-14的含量。

听起来是不是挺复杂的？其实操作起来，就是把数据往公式里一套，然后按按计算器的事儿。

不过，这背后的科学原理还是挺深的，涉及到核物理、化学、数学等多个领域。

总之呢，同位素定年计算就是通过测量样本中特定同位素的含量，来推算样本的年龄。

这招儿在很多领域都有应用，帮助科学家们揭开历史的面纱。

虽然听起来挺高大上的，但其实原理并不复杂，就是利用了同位素衰变的特性。

希望我这大白话能让你对同位素定年计算有个大概的了解。

同位素地质年龄测定

同位素地质年龄测定



放射性衰变的基本定律

N ＝ Noe-λt
No — to时的原子数； N — 经t时间后所剩原子数； λ — 衰变常数（单位时间内放射性同位素的 原子衰变数目）。 N子＝ No－N N子＝N（ eλt － 1）
如果将放射性同位素通过衰变，使原来的原 子数减至一半所经历的时间称为半衰期，则半衰 期（T）与衰变常数之间存在以下关系：
N/No ＝ 1/2 ＝ e-λt



ln2 ＝ λt ∴ T ＝ ln2/λ ＝ 0.692/λ
Y He
4 2

2.β- 衰变：原子核放射 出 β 粒子（正、负电子）的 衰变过程。放出正电子的称 β+衰变，放出负电子的为β− 衰变。
M Z
X
M Z 1
Y e
0 1

3.K 层电子捕获：原子核从核外 K层捕获一个轨道电子，核内一个质 子与这一电子结合形成一个中子，并 放出中微子的过程。
M Z
X e
0 1
M Z 1
Y

4.γ 衰变： γ 射线是从原子核内 部放出的一种波长极短的电磁波，常 伴随α或β衰变产生。γ衰变的母体和 子体是同种同位素，只是原子核内部 能量状态不同而已。γ 衰变亦可称为 同质异能跃迁。

每种放射性同位素都有固定的衰变概率 或衰变速度。 它们不受温度（T）、压力（P）、电磁 和离心加速等因素的影响，也与同位素的地 质历史、年龄和所处的化学状态无关。



同位素（isotope）——质子数相同， 中子数不同的原子。 稳定同位素：质量数A﹤209，除C14、 K40、Rb87 （273种） 放射性同位素：质量数A﹥209 （60多种）

同位素年龄单位

同位素年龄单位

同位素年龄单位
同位素年龄单位是一种用于测定岩石、化石和地球样品年龄的科学方法。

它是基于同位素衰变的原理，通过测量岩石或样品中稳定同位素与不稳定同位素的比例，来计算其形成时间或事件发生的年代。

在同位素年龄单位中，常用的单位包括：
1. 百万年（Ma）：意味着一百万年，十分常用于地质学和古生物学领域。

2. 千万年（My）：表示一亿年，通常用于更久远的地质时期的研究。

3. 十亿年（Ga）：表示十亿年，主要用于地球历史的远古时期。

4. 亿年（Byr）：表示十亿年，常用于天体物理学领域，比如描述恒星和星系的演化过程。

5. 年代（ka）：意为千年，主要用于研究更近期的地质和考古时期。

这些单位是科学家在对岩石、化石和地球样品进行同位素年龄测定时常用的单位。

通过这些单位，科学家可以更准确地描述地球和生物的演变历史，了解地球的形成和变化过程，以及生物的进化和灭绝事件。

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40K
40Ar（11.2%）
λk=0.581×10-10/年 λβ= 4.962×10-10 /年
•
40Ca（88.8%）
40K总的衰变常数为： λ= λk+ λβ = 5.543×10-10 /年 对于封闭的K、Ca、Ar衰变体系，在t时 间内形成的放射成因 40Ar*和40Ca*的增长 可用下式表示： 40Ar*+40Ca*= 40K（eλt-1)
二、钾-氩法的原理和年龄计算
钾-氩计时是最早用于测定岩石、矿物的计 时方法之一。由于其放射成因子体是气体， 用物理方法易于比较准确的测定；加之含钾 矿物普遍存在，在同位素年代学发展的早期， 钾-氩计时得到最广泛的应用。
K有3个天然同位素：39K、40K和41K，其中 40K为具有双衰变性质的放射性同位素：
白云母 Rb-Sr 年龄＞白云母 K-Ar 年龄＞黑云 母K-Ar年龄五、钾-氩法Fra bibliotek年龄样品的要求
适合K-Ar测年的样品必须具备以下条件： 矿物含K量大 含K矿物形成后即处于封闭状态 地质温度不能太高 (<100-200℃) ，以尽可 能保存放射成因Ar
各类云母
角 闪 石
辉石
海绿石
• 生成的14C通过各种氧化作用、同位素交换 反应迅速进入CO2气体中，随后通过如下的 途径进入地球的生物圈、岩石圈等各圈层：
• A，14CO2→植物光合作用→动物食物链
• B，14CO2→溶于水→碳酸盐沉淀作用
• 这样14C在大气圈生物圈水圈及岩石圈中 交换循环，并最终达到平衡。 • 下述情况下， 14C的动态平衡将中断：
测年是同位素地球化学基本应用之一，其 中以K-Ar法、Rb-Sr法、U/Th-Pb法等应 用较广，还有多种已有效应用或正在完善 的测年方法，如铀系不平衡法、裂变径迹 法、碳-14法等。
一、天然放射性同位素
• 已知67种天然放射性同位素，其中21种(Z＜ 79)具有单衰变，其余46种属于重元素(Z＞ 79)组成的三个衰变系列。 • 已知的天然放射性同位素。按其衰变特点和 成因可分为三类：
不同样品40K-40Ar等时线上40Ar的 过剩或丢失
40Ar
过 剩 氩 丢 失 氩
40K
三、钾—氩年龄数据解释
• （一）钾氩计时的适应性 • 随着钾氩年龄资料的大量积累，出现了 不少与野外地质现象不相符的情况。这 主要是由于氩丢失引起的年龄变年青， 从机理上看，放射成因氩的丢失有二种 情况：
一是连续的扩散，这是由长期的缓慢冷 却造成的；
• C，样品停止14C交换后就保持封闭，不 再受到周围环境和后期作用的影响。因 而可以把A0看作常数，其数值为现代碳 的14C放射性比度13.56dpm/g
三、 14C法的应用范围和对象
• 由于半衰期的限制，14C法测年的范围一般 不超过五万年，主要应用于第四纪地质研究 以及古地理、古气候、海洋、考古等方面。
式
三、放射性年龄的基本公式
当岩石或矿物在某次地质事件中形成时，放 射性同位素以一定的形式进入岩石、矿物内， 以后不断地衰减，随之放射成因稳定子体逐 渐增加。
• 同位素地质年龄是利用天然放射性同位素衰 变规律来测定岩石和矿物形成后，其中的母 体和子体保持封闭状态的时间。同时，岩矿 中现有的母体同位素量和子体同位素量可通 过测试获知，岩矿结晶时已经存在的子体同 位素量也可通过同类对比获知。
• 一、自然界的碳：
• 自然界有三种碳同位素：
•
• •
12C：98.89％
13C：1.11％ 14C：1×10-12％
• 其中14C是宇宙成因的放射性同位素，其 半衰期只有5730年，因而自然界只有次生 的14C 。它是宇宙射线的热中子在大气圈 上层（12-16km）与大气氮通过（n，p） 反应生成的：
N N t
式中λ是衰变常数，负号表示原子数随时 间不断减少。
在△t很小的情况下，上式可写成微分 方程
dN N dt
式中-dN/dt是放射性同位素的衰变率，
也就是单位时间内衰变掉的放射性母 体原子数。
设t=0时放射性母体的初始原子数为N0， 衰变进行到时间t时剩下的未衰变母体的 原子数为N，对上式积分：
Ar有3个天然同位素：36Ar、38Ar和40Ar， 均为稳定同位素。
大气氩的组成是恒定的，其丰度为：
40Ar=99.6％
38Ar=0.063％
36Ar=0.337％
大气氩的同位素组成为： 40Ar/36Ar=295.5（被称为尼尔值） 38Ar/36Ar=0.1880 尼尔值用来作为校正大气氩和质谱测定的 基础。
• N——现有母核数 D——现有子核总数
• D0——初始母核数 D*——放射成因子核数
• λ——衰变常数 t——岩石/岩体年龄
同位素地质年龄的意义在于：
岩矿在地质事件中从水溶液或岩浆熔体 中沉淀、凝固、结晶，或者在固态情况 下重结晶、改造或化学反应的时候起， 一直到现今所经历的时间。
第二节 钾—氩衰变体系
• 由放射性衰变过程中子体同位素的增长公式 得：
• D-D0=N(eλt-1) • 整理得： • eλt=(D-D0)/N+1 • 则有
D D0 1 D * t ln 1 1 N N 1
• 上式即为放射性同位素测年公式。
• 式中：
（三）变质岩年龄
变质岩的钾氩年龄解释，同变质温度有很大 关系。
低级变质作用中 形成的 含钾云母 适合年龄测
定，但需区分碎屑成因和变质成因。
高压低温地质作用下 的岩石往往有继承氩的
存在，不易获得合适的样品。
中高级变质岩石中，已达到化学和同位素的 平衡，变质温度超过K-Ar计时的封闭温度， 因此得到的都是冷却年龄。 中高级变质岩石中，一般的冷却年龄顺序是：
•
14C法测年的主要对象是几万年以来发生过
14C交换的含碳物质，如：
• A，木头、木炭及泥炭等植物残体是较理想 的样品；其它生物残体也是合适的选择； • B，古代陶瓷及金属器具因用木炭烧制熔化， 亦可用此法测定； • C，富碳元素的沉积碳酸盐类等也是该法应 用对象。 • 下表是一些14C法测年样品及其用量：
• 具单程衰变的放射性同位素 • 组成衰变系列的放射性同位素 • 宇宙核反应所生成的放射性同位素
二、放射性衰变定律
(一）单程衰变 1，放射性同位素的衰减公式： 对于任何放射性同位素，其原有的数量将随 时间的推移变得愈来愈少；另一方面，放射成 因的稳定同位素的数量则不断增多。
实验证明，在极短的时间间隔t到t+△t内， 放射性母体原子数N的变化△N与这时的原 子数N和这段时间△t成正比，即△N∝N△t ，写成等式：
• 实际应用时， N0为未知数。但母体衰变所产 生的子体同位素数D*以及衰变后剩余的母体 数可以通过测试手段测定。同时，从同位数 数量上讲： • N0=D*+N
• 将这个式子代入前式即得: • N=N0e-λt=(D*+N)e-λt • 上式化简得： • D*=N0-N=N0(1-e-λt)=N(eλt-1) • 上式即为放射成因子体同位素的增长公
化学地层学
内容
• 元素地层学
• 同位素地层学
• 地质界线化学地层学
• 气候变化与地球化学 • 化石地球化学
地质年代地层学
第一节 放射性同位素测年基础
地球物质中的核转变中有放射性衰变、重核 裂变和各种类型的核反应，这些过程使一些同 位素增多或减少，从而导致了地球的化学成分 和同位素的天然性衰变。 我们可以通过岩石、矿物等物质中放射性同 位素及其子体丰度的变化来测定其年龄。
二是阶段性不连续丢失，主要是后期地 质作用使封闭体系遭到破坏。
（二）冷却年龄
在缓慢冷却情况下，当矿物岩石处于较高温 环境时，放射成因氩的积累和由于分子热运 动导致的氩扩散数量相当，矿物中不能保存 放射成因氩。 只有当岩石冷却到某一临界温度以下，体系 中因扩散作用而引起氩的丢失与放射成因氩 的积累相比可以忽略时，K-Ar时钟才能启 动。这种情况下得到的年龄即被称为冷却年 龄，或称封闭年龄、保存年龄。
一、自然界的钾和氩 K有3个天然同位素：39K、40K和41K。研 究表明，无论来源如何，K的同位素组 成在现代实验误差内保持不变，即：
•39K：40K：41K =93.2581﹪：0.01167﹪： 6.7302﹪（原子比值）；
•40K/K=0.01193﹪（重量比值）
•40K/K=0.01167%（原子比值）
• A0是处于交换过程中的生物样品的碳的 放射性比度，常以每克碳每分钟衰变次 数为单位：dpm/g
• A则是测得的含碳样品中的放射性比度 • t是样品碳停止14C交换以来所经历的时间， 通常称为14C年龄。
•
14C计时是建立在如下假设基础之上的：
• A，14C在所有发生交换的储库中均匀分布、 不随地理位臵和物质种类而变化； • B，若干万年以来，大气CO2的14C放射性比度 不随时间而变化，样品初始放射性比度A0与 现代碳的比度相同；
40
Ar * 1 40 K
◊上式中： ◊40Ar*——放射成因40Ar ◊40K——样品中实测40K ◊λk——k层电子捕获衰变常数 ◊λ=λk+λβ——总衰变常数 ◊t ——时间
•由于Ar是气体，后期地质作用或大气Ar的 混入常导致K-Ar 年龄的偏高或偏低，因而 常采用等时线法来获取测试对象的可靠年 龄。
• A，对于岩石圈中的碳，碳酸盐沉积之后， 由于14C的半衰期只有5730±40a，因而进 入岩石圈的14C经过一定时期14C将耗尽；
• B，对于生物圈中的碳，在生物体内，由 于植物的光合作用等不断地与环境进行 物质交换，生物体的14C能够保持动态的 平衡；当生物体死亡，14C 的补给亦将中 断。