放射性同位素及其衰變(編輯修改稿)
2025-02-14 20:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 鈾 釷 鉛法年齡測定的基礎 在一衰變系列中，盡管從母體原子核到最終穩(wěn)定子核之間經(jīng)歷了多次連續(xù)衰變，但只要經(jīng)過一段時間達到 長期平衡 后， 最終穩(wěn)定子核的原子數(shù)只隨第一代母體核原子的衰變速率而增加 ，與中間衰變過程無關(guān)，可作為單衰變形式來處理。 任何一個中間性子體的產(chǎn)生速率 ＝ 衰變速率 母體衰變掉的原子數(shù) ＝ 最終產(chǎn)生的穩(wěn)定子體原子數(shù) ? ? ? ? ? ? 原理 前提 分類 同位素地質(zhì)年齡測定的原理 ? 當巖石或礦物或某個自然體系在某次地質(zhì)事件中形成時，各種放射性同位素以一定的形式進入其中，隨時間延續(xù)，該母體同位素不斷衰減，放射成因子體逐漸增加，只要 體系中母體和子體的原子數(shù)變化僅僅由放射性衰變所引起 ，那么準確測定巖石礦物中母體和子體的含量，就可根據(jù)放射性衰變規(guī)律計算出該巖石礦物形成的地質(zhì)年齡。由此測得的年齡謂之 同位素年齡 。（ 絕對年齡 ） 這種方法稱為 同位素計時 可以用各種不同的方法進行同位素計時，最基本的分式可直接由下式給出 N現(xiàn) =N0eλt ?????????????????? 1Dln1ln1 0現(xiàn)子現(xiàn)＝NNNt???????????? 1DDln1現(xiàn)子初子測 －Nt?D子初 為一需求得的常數(shù) ? 不同礦物具有不同的晶體化學特征，不同類型巖石是不同地質(zhì)作用的產(chǎn)物，有著不同的地質(zhì)歷史。 ? 不同的放射性同位素母 子體系進入化學封閉狀態(tài)的起始時間與保持封閉體系的能力互不相同。 即：各種巖石和礦物對各種放射性同位素及其子體保持封閉化學體系的初始時間和保持性是不一樣的。 ? 因此，用不同同位素方法測定同一對象，或用同一方法測定不同對象，所得到的同位素年齡就有著不同地質(zhì)意義，并不是都能代表結(jié)晶年齡。 ? 當巖石 (體 )從高溫下冷卻至某個溫度后，某同位素母子體系開始進入封閉狀態(tài)，此時的臨界溫度稱作該體系 封閉溫度 。 ? 淺成小侵入體或火山噴發(fā)熔巖 …… 同位素年齡代表巖體侵入或火山噴發(fā)年齡。 ? 埋藏很深的大規(guī)模巖基 …… 同位素年齡代表冷卻至封閉溫度以下后距離現(xiàn)在的時間，所以冷卻年齡小于巖體侵位年齡。 ? 巖 (石 )體在形成后某時間遭受了強烈變質(zhì)作用或熱動力干擾作用，子體同位素發(fā)生再平衡，當變質(zhì)作用過后，同位素計時器又重新啟動，此時記錄的就是變質(zhì)作用或熱事件發(fā)生時間，而不是巖石形成年齡。 ? 同位素年齡測定對樣品有極嚴格要求，樣品不符合這些要求，因而得到的某些年齡完全無地質(zhì)意義。 ? 總之， 所謂絕對年齡并不都絕對代表形成年齡，如何正確應用同位素年齡數(shù)據(jù)研究復雜地質(zhì)問題，是同位素地質(zhì)年代學的中心研究內(nèi)容。 同位素地質(zhì)年齡測定的前提 (1)用來測年的放射性同位素應有合適的半衰期T1/2，與測定對象相比不宜過大或過小。 最好在地球年齡 ( )的 1/10到 10倍之間。 半衰期過大 /小，母體或子體難以被精確測定 。 (2)用來測年的 放射性同位素的半衰期能被準確測定。一旦半衰期得到精確測定并且獲得公認，該方法就會快速發(fā)展。 如：早期 RbSr法，近期 ReOs法；但 LaCe法發(fā)展緩慢，原因之一是 138Laβ－ 的半衰期過長 (1011年，超過地球年齡 60倍 )，至今沒有準確地測定有關(guān)。 (3)能夠準確測定母體同位素組成和每個同位素的相對豐度。 無論是在自然界的礦物、巖石中，還是在人工合成物中，這個相對豐度應該固定不變，是一個常數(shù)。 (4)母體同位素衰變的最終產(chǎn)物必須是穩(wěn)定同位素， 當前技術(shù)能夠準確而靈敏地測定它們的含量與同位素組成。 (5)在計算年齡時 必須有辦法扣除混入的初始子體含量。在礦物、巖石形成時，與母體同位素同時進入的還有對應子體同位素，這部分子體不是在礦物、巖石形成后由其中的母體衰變產(chǎn)生 。 但實驗測出的只能是子體總量。因此，在 RbSr法發(fā)展早期，這個條件曾制約著它在地質(zhì)研究中的應用。 等時線法的出現(xiàn)解決了扣除初始子體含量的問題。 ???????? ?? 1DDln1現(xiàn)子初子測 －Nt ?(6)礦物、巖石形成后，母 子體系有保持封閉狀態(tài)能力。 (7)對于鈾系、錒系和釷系三個系列衰變來說，還需要滿足一個特殊條件，要求系列衰變達到 放射性平衡 。 當衰變系列達到放射性平衡以后，任何一個中間性子體的產(chǎn)生速率＝衰變速率；母體衰變掉的原子數(shù)＝最終產(chǎn)生的穩(wěn)定子體原子數(shù)，而與中間衰變過程無關(guān)。 因此，用 UPb或 ThPb法測定地質(zhì)年齡時，存在一個下限。被測對象太年輕 (1Ma)，衰變系列尚未達到平衡，測出的年齡可靠性差。 一些放射性同位素原來不能滿足上述條件，不能應用于地質(zhì)年齡測定。但是，隨著實驗技術(shù)發(fā)展，不滿足的條件可能一一地實現(xiàn)，成為地質(zhì)年齡測定和地球化學研究中的新方法。近 20多年里， SmNd法的建立和發(fā)展是突出例子。預計今后還會有 2～ 3種方法日趨成熟，它們在地質(zhì)學研究中將發(fā)揮出新生力量的作用。 要得到一個可靠的同位素年齡，需要上述 6個或 7個 (對于衰變系列 )條件的同時滿足。 ① 通過測定天然放射性同位素與衰變的最終穩(wěn)定子體之間的含量比確定年齡。如 UPb法、 KAr法、 RbSr法、 SmNd法等。它們
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