Datazione radiometrica

La datazione radiometrica usa come orologio il decadimento statistico prevedibile dei nuclei instabili. L'equazione è semplice; più difficile è stabilire quale evento venga realmente datato dall'orologio. Un'età affidabile dipende dal sistema isotopico, dal materiale e dal fatto che atomi genitori o figli siano stati acquistati o persi.

L'orologio esponenziale

Per una popolazione radioattiva genitrice, N(t) = N₀e−λt, con tempo di dimezzamento T½ = ln 2 / λ. Se la quantità iniziale del nuclide genitore può essere stabilita o dedotta, il tempo trascorso si ricava dalla frazione rimasta.

Esploratore del tempo di dimezzamento

50 %1 tempo di dimezzamentotempo
Intervalli uguali di tempo di dimezzamento eliminano frazioni uguali, non numeri uguali. La curva si avvicina continuamente a zero.

Isotopi genitore e figlio

Molti metodi di datazione misurano sia un isotopo genitore radioattivo sia un isotopo figlio prodotto dal suo decadimento. La chimica dei minerali può essere molto utile, perché elementi diversi entrano nel cristallo in proporzioni diverse durante la sua formazione. I metodi moderni usano quindi rapporti isotopici e verifiche di coerenza interna, invece di limitarsi a misurare «quanto è radioattivo» un campione.

il minerale si forma / il sistema si chiudemisura oggiintervallo radiometricouna perturbazione può azzerare o alterare l'orologio
Un'età si riferisce a un evento di chiusura fisica o chimica. Riscaldamento successivo, fluidi o ricristallizzazione possono alterare i rapporti genitore-figlio.

Il requisito del sistema chiuso

L'età calcolata presuppone che le specie genitore e figlio rilevanti si siano comportate come richiesto dal metodo dopo l'evento datato. Riscaldamento, alterazione meteorica, circolazione di fluidi o ricristallizzazione possono spostare atomi e disturbare l'orologio. Una buona geocronologia combina quindi misure isotopiche, mineralogia, contesto geologico e verifiche di eventuali perturbazioni.

Scegliere un sistema isotopico adatto alla scala temporale

Il carbonio-14 è utile per materiali un tempo viventi su scale temporali archeologiche, ma non è lo strumento standard per determinare l'età di formazione di antiche rocce ignee. Sistemi a lunga vita come uranio-piombo o potassio-argo sono adatti a eventi geologici molto più antichi. Il materiale datato conta quanto il valore numerico del tempo di dimezzamento.

Esempi svolti

1. Due tempi di dimezzamento

Soluzione

Se resta il 25 % dell'isotopo genitore originario, il campione è passato da 100 % → 50 % → 25 %: due tempi di dimezzamento.

2. Convertire una frazione in età

Soluzione

Un isotopo genitore ha T½ = 1,25 miliardi di anni e ne resta il 25 %. Sono trascorsi due tempi di dimezzamento, quindi l'età nel modello ideale è 2,50 miliardi di anni.

3. Individuare un'ipotesi violata

Soluzione

Se un minerale ha perso parte dell'isotopo figlio durante un riscaldamento, applicare senza correzioni l'equazione del sistema chiuso può fornire un'età fuorviante. Il primo passo è quindi verificare che il sistema isotopico sia rimasto chiuso.