恐龙世界/绝对年代测定

地质学家可以比较 岩层 来决定哪些更古老或更年轻，以及哪些化石代表的是很久以前或最近的动物。这个过程被称为 相对年代测定.

但相对年代测定并不能给我们一个数字。如果我们想问，“是的，但这块岩层是何时形成的？”，我们需要不同的工具。当我们试图测量岩石形成以来（或陶器制作以来，或树木死亡以来）经过的年数时，我们试图进行绝对年代测定（专业术语为时间测量：计时法）。

有几种技术可以用来确定标本的数字年龄。就我们而言，我们将讨论两种广泛适用于化石标本的技术：放射性测年法和热释光测年法。

这些方法所确定的年龄范围并不是岩石真实年龄的最终结论！因为不同的方法或不同的实验室可能会给出相互矛盾的日期。数千名科学家在过去几十年里一直在努力改进绝对年代测定的化学和技术。

放射性测年法

什么是同位素？

• 首先，让我们将它们与一个发音相似的词离子区分开来。
  • 原子之间的化学键可以改变它们电子的位置，一个原子（或原子组）在断裂时可以获得或失去电子。
  • 如果我们溶解 方解石矿物，水会获得带正电的钙离子 (Ca⁺²) 和带负电的碳酸根离子 (CO₃^-2).
  • 这些原子的原子核没有发生任何变化！
  • 它们最初有多少个中子和质子，现在就还是多少个。
  • 外层电子决定了原子如何与其他离子相互作用。
  • 原子核中的质子和中子决定了原子的一般行为：它的质量、强度以及多少个电子有助于它稳定下来。

• 同位素是原子的一种形式，其原子核中项目的数量不同。
  • 许多元素都有稳定的同位素。
    • 氧的原子序数是 8。
      • 你典型的氧原子将有一个原子核，其中包含 8 个质子和 8 个中子。这种氧的同位素在原子核中包含 16 个项目。我们称之为 O16。
      • 一些稀有的氧原子有一个额外的中子！这种氧的同位素在原子核中包含 17 个项目。我们称之为 O17。
      • 非常稀有的氧原子有两个额外的中子。这种氧的同位素在原子核中包含 18 个项目。我们称之为 O18。
      • 这些原子将始终表现得像氧原子。较重的同位素可能会形成更强的键。氧可以与离子结合并带负电荷。但它始终是氧。所有氧的同位素都是稳定的。

• 有些同位素既有稳定的，也有放射性同位素。
  • 碳的原子序数是 6。
    • 大多数碳原子在原子核中包含 6 个质子和 6 个中子。这种碳的同位素在原子核中包含 12 个项目。C12。
    • 一些稳定的碳原子有一个额外的中子。这种碳的同位素在原子核中包含 13 个项目。C13。
    • 一些碳原子有两个额外的中子。这种碳的同位素在原子核中包含 14 个项目。C14。
      • 碳 14 是放射性的。它不稳定。
      • 碳 14 有 6 个质子和 8 个中子。最终，其中一个中子会射出一个微小的β粒子，并转变为质子。如果原子现在有 7 个质子和 7 个中子，它就变成了...一个氮原子！

如果你有一堆 C14 原子，然后检查 6000 年后，大约一半的原子会变成 N14。

碳 14 的半衰期约为 5700 年。 这是一段来自《科学美国人》的方便的视频解释。

放射性物质衰变为子元素一半所需的时间称为半衰期。根据这段时间以及任何给定样本中母元素与子元素的比例，我们可以确定该样本经过了多少时间。

碳十四测年法

碳十四测年法是放射性测年法中最著名的。

测量对象：含有碳的物品。海贝壳、骨头、木材、陶器等。

测量范围：数千年

半衰期：5730 年

这种技术测量了放射性同位素碳-14 与其稳定同位素碳-12 的比例。这个过程的半衰期为 5730 年。我们可以对几千年前的物品获得非常精确和准确的日期，对最多 50-60 万年前的物品可以获得相当好的估计。但是！最终，任何物品中的所有 C14 都会发生转化。该物品现在是“C14 死亡”。如果你无法测量任何 C14，你就无法估计日期。

还有奇怪的一点！一些系统会获得奇怪的碳浓度，比如温泉和钙华沉积物。如果你不知道你的 C12、C13 和 C14 应该如何混合，你就无法解释测量结果来确定时间。在《普罗米修斯》这部电影中，有一句有趣台词，地质学家对一个死去的外星人（剧透）进行 C14 测年，而瑞特布什博士在剧院里就像，“姑娘，你对这颗星球上的 C14 比例一无所知。别闹了。”

氩-氩测年法

测量对象：在火成岩中形成的矿物，其结构中包含一些氩

测量范围：数亿年

半衰期：12.5 亿年

在地质学家在过去 20 年中，通过在世界各地的实验室合作，使所有机器都能以相同的方式进行测量，使得这种方法更加精确和准确。

铀-铅测年法

测量对象：在火成岩中形成的矿物，其结构中包含一些铀

测量范围：数亿年

半衰期：7.1 亿年

与 C 和 N 中的单个母子对不同，铀-238 到铅-206 有很多步骤。这种方法的半衰期为 7.1 亿年，使其成为上述方法之间有用的中间地带。更长的一系列衰变反应增加了这种方法的精度，因为有更多部分可以测量。

以下是最近使用这种技术对火山灰形成的岩石进行的观测结果。

火山灰形成岩层

在地质学家（一个努力工作的研究生团队，可能是！）在岩石样本中找到目标矿物后，他们可以在扫描电子显微镜下检查矿物。

地质学家可以用非常小的激光照射这些颗粒。这使我们能够计算矿物颗粒超微小区域中的原子。该地图显示了被切成显微镜载玻片并用阴极射线照亮的矿物颗粒，以显示层状结构。没错，这些矿物不是作为单个晶体瞬间形成的，而是像岩糖一样逐层生长。这意味着每一层晶体都有自己的形成日期。现在，我们使用的激光非常小，计数原子的机器非常强大，我们可以从单个颗粒中获得多个日期！这很好，因为它为我们提供了更多数据，并使我们能够更好地估计精度和准确度。但这也很烦人，因为地质学太难了！！

热释光测年法

测量对象：作为沉积物的一部分暴露在阳光下的矿物

热释光测年法是一种相对较新的测年方法，通常被用作对其他方法获得的年龄进行二次检验。随着沉积后样本中的颗粒静置，它们会逐渐失去在暴露于直射阳光时累积的辐射。通过将这些颗粒带入受控环境（热或光），可以释放这种辐射，这样我们就可以测量该物体被掩埋了多长时间。

由于这些方法的性质，它不像放射性物质那样在样本中始终如一地可获取。此外，样本中衰变速率的约束性较差，这使得它作为独立方法的准确性较低。因此，它通常被用来增加对另一种方法获得的数字的信心。

寻找什么！

在本节课中，我们不会死记硬背地背诵地质年代间隔分配的精确日期。

我们不想死记硬背精确数字，而是想要

• 记住基本估计。
  • 三叠纪始于大约 2.5 亿年前。
  • 侏罗纪始于大约 2 亿年前。
  • 白垩纪始于大约 1.5 亿年前。
  • 新生代始于大约 6500 万年前。

• 理解为什么随着科学的进步，绝对日期会发生变化。

如果我们估计岩石层或地质年代间隔的年龄，随着我们对绝对测年技术的改进，那个确切的数字会**不断变化**。

• 在 20 世纪 90 年代，我们估计侏罗纪始于 2.08 亿年前。
• 二十年后，我们估计侏罗纪始于 2.02 亿年前。
• 在 2008 年，世界各地的实验室协调估计侏罗纪始于 2.01 亿年前。

这听起来很荒谬，但请记住：我们试图测量**2.01 亿年前一块火山灰坠落到海底的时间**。

如果我们看到一个分配给岩石（或化石、或人类物品）的日期，我们应该注意什么？

注意精度和准确度。

• 在射箭课上，里特布什博士总能击中靶子上同一个位置。她的所有箭都击中了彼此 5 英寸的范围内！里特布什博士是一位非常**精确**的射手！
• 遗憾的是，里特布什博士无法让箭击中靶心。它们都紧密地聚集在一起，就像第三环和左边一样。里特布什博士还不是一位非常**准确**的射手！

地球科学家在公布绝对日期时会给出该日期的误差估计值。

• 日期的误差同时包含精度和准确度。
  • 化学家可以告诉你他们的机器在获得一致答案方面的表现如何。也许他们运行同一个样本十次，每次的答案都不同。我们可以衡量仪器的**精度**。低精度 = 日期是一个估计值！
  • 一位地球化学家还可以运行来自一个岩层的多个样本。每个样本都可能给出略微不同的同位素测量值。从技术上讲，所有这些答案都是“正确的”，但如果它们没有收敛于一个答案，就会降低我们估计值的**精度**。
  • 不同的方法可以给我们一致但不同的值。
    • 在 20 世纪 90 年代和 2000 年代，氩-氩测年法获得的值始终低于铀-铅测年法。
    • 每种方法的精度都越来越高，但它们不可能都是完全**准确**的！
• 我们现在估计侏罗纪始于 2.0138 ± 0.31 亿年前。
  • 这意味着我们的**最佳猜测**是 2.0138 亿年前。
    • 但它可能早 31 万年或晚 31 万年！

放射性测年方法在不断改进，这得益于各个大陆的科学家们的努力。十年后，我们猜测地质时间的精确日期，以及这些估计的精度和准确度，将与今天不同。

我们也一直在比较绝对测年和相对测年。这些方法通常给出不同的答案，因此我们必须再次尝试改进我们所有的方法。

你能感觉到其中的主题吗？

我们需要注意科学家做出的观察和解释，而不是死记硬背事实清单。