恐龍世界/絕對年代測定

地質學家可以比較 岩層 來決定哪些更古老或更年輕，以及哪些化石代表的是很久以前或最近的動物。這個過程被稱為 相對年代測定.

但相對年代測定並不能給我們一個數字。如果我們想問，“是的，但這塊岩層是何時形成的？”，我們需要不同的工具。當我們試圖測量岩石形成以來（或陶器製作以來，或樹木死亡以來）經過的年數時，我們試圖進行絕對年代測定（專業術語為時間測量：計時法）。

有幾種技術可以用來確定標本的數字年齡。就我們而言，我們將討論兩種廣泛適用於化石標本的技術：放射性測年法和熱釋光測年法。

這些方法所確定的年齡範圍並不是岩石真實年齡的最終結論！因為不同的方法或不同的實驗室可能會給出相互矛盾的日期。數千名科學家在過去幾十年裡一直在努力改進絕對年代測定的化學和技術。

放射性測年法

什麼是同位素？

• 首先，讓我們將它們與一個發音相似的詞離子區分開來。
  • 原子之間的化學鍵可以改變它們電子的位置，一個原子（或原子組）在斷裂時可以獲得或失去電子。
  • 如果我們溶解 方解石礦物，水會獲得帶正電的鈣離子 (Ca⁺²) 和帶負電的碳酸根離子 (CO₃^-2).
  • 這些原子的原子核沒有發生任何變化！
  • 它們最初有多少箇中子和質子，現在就還是多少個。
  • 外層電子決定了原子如何與其他離子相互作用。
  • 原子核中的質子和中子決定了原子的一般行為：它的質量、強度以及多少個電子有助於它穩定下來。

• 同位素是原子的一種形式，其原子核中專案的數量不同。
  • 許多元素都有穩定的同位素。
    • 氧的原子序數是 8。
      • 你典型的氧原子將有一個原子核，其中包含 8 個質子和 8 箇中子。這種氧的同位素在原子核中包含 16 個專案。我們稱之為 O16。
      • 一些稀有的氧原子有一個額外的中子！這種氧的同位素在原子核中包含 17 個專案。我們稱之為 O17。
      • 非常稀有的氧原子有兩個額外的中子。這種氧的同位素在原子核中包含 18 個專案。我們稱之為 O18。
      • 這些原子將始終表現得像氧原子。較重的同位素可能會形成更強的鍵。氧可以與離子結合並帶負電荷。但它始終是氧。所有氧的同位素都是穩定的。

• 有些同位素既有穩定的，也有放射性同位素。
  • 碳的原子序數是 6。
    • 大多數碳原子在原子核中包含 6 個質子和 6 箇中子。這種碳的同位素在原子核中包含 12 個專案。C12。
    • 一些穩定的碳原子有一個額外的中子。這種碳的同位素在原子核中包含 13 個專案。C13。
    • 一些碳原子有兩個額外的中子。這種碳的同位素在原子核中包含 14 個專案。C14。
      • 碳 14 是放射性的。它不穩定。
      • 碳 14 有 6 個質子和 8 箇中子。最終，其中一箇中子會射出一個微小的β粒子，並轉變為質子。如果原子現在有 7 個質子和 7 箇中子，它就變成了...一個氮原子！

如果你有一堆 C14 原子，然後檢查 6000 年後，大約一半的原子會變成 N14。

碳 14 的半衰期約為 5700 年。 這是一段來自《科學美國人》的方便的影片解釋。

放射性物質衰變為子元素一半所需的時間稱為半衰期。根據這段時間以及任何給定樣本中母元素與子元素的比例，我們可以確定該樣本經過了多少時間。

碳十四測年法

碳十四測年法是放射性測年法中最著名的。

測量物件：含有碳的物品。海貝殼、骨頭、木材、陶器等。

測量範圍：數千年

半衰期：5730 年

這種技術測量了放射性同位素碳-14 與其穩定同位素碳-12 的比例。這個過程的半衰期為 5730 年。我們可以對幾千年前的物品獲得非常精確和準確的日期，對最多 50-60 萬年前的物品可以獲得相當好的估計。但是！最終，任何物品中的所有 C14 都會發生轉化。該物品現在是“C14 死亡”。如果你無法測量任何 C14，你就無法估計日期。

還有奇怪的一點！一些系統會獲得奇怪的碳濃度，比如溫泉和鈣華沉積物。如果你不知道你的 C12、C13 和 C14 應該如何混合，你就無法解釋測量結果來確定時間。在《普羅米修斯》這部電影中，有一句有趣臺詞，地質學家對一個死去的外星人（劇透）進行 C14 測年，而瑞特布什博士在劇院裡就像，“姑娘，你對這顆星球上的 C14 比例一無所知。別鬧了。”

氬-氬測年法

測量物件：在火成岩中形成的礦物，其結構中包含一些氬

測量範圍：數億年

半衰期：12.5 億年

在地質學家在過去 20 年中，透過在世界各地的實驗室合作，使所有機器都能以相同的方式進行測量，使得這種方法更加精確和準確。

鈾-鉛測年法

測量物件：在火成岩中形成的礦物，其結構中包含一些鈾

測量範圍：數億年

半衰期：7.1 億年

與 C 和 N 中的單個母子對不同，鈾-238 到鉛-206 有很多步驟。這種方法的半衰期為 7.1 億年，使其成為上述方法之間有用的中間地帶。更長的一系列衰變反應增加了這種方法的精度，因為有更多部分可以測量。

以下是最近使用這種技術對火山灰形成的岩石進行的觀測結果。

火山灰形成岩層

在地質學家（一個努力工作的研究生團隊，可能是！）在岩石樣本中找到目標礦物後，他們可以在掃描電子顯微鏡下檢查礦物。

地質學家可以用非常小的雷射照射這些顆粒。這使我們能夠計算礦物顆粒超微小區域中的原子。該地圖顯示了被切成顯微鏡載玻片並用陰極射線照亮的礦物顆粒，以顯示層狀結構。沒錯，這些礦物不是作為單個晶體瞬間形成的，而是像巖糖一樣逐層生長。這意味著每一層晶體都有自己的形成日期。現在，我們使用的雷射非常小，計數原子的機器非常強大，我們可以從單個顆粒中獲得多個日期！這很好，因為它為我們提供了更多資料，並使我們能夠更好地估計精度和準確度。但這也很煩人，因為地質學太難了！！

熱釋光測年法

測量物件：作為沉積物的一部分暴露在陽光下的礦物

熱釋光測年法是一種相對較新的測年方法，通常被用作對其他方法獲得的年齡進行二次檢驗。隨著沉積後樣本中的顆粒靜置，它們會逐漸失去在暴露於直射陽光時累積的輻射。透過將這些顆粒帶入受控環境（熱或光），可以釋放這種輻射，這樣我們就可以測量該物體被掩埋了多長時間。

由於這些方法的性質，它不像放射性物質那樣在樣本中始終如一地可獲取。此外，樣本中衰變速率的約束性較差，這使得它作為獨立方法的準確性較低。因此，它通常被用來增加對另一種方法獲得的數字的信心。

尋找什麼！

在本節課中，我們不會死記硬背地背誦地質年代間隔分配的精確日期。

我們不想死記硬背精確數字，而是想要

• 記住基本估計。
  • 三疊紀始於大約 2.5 億年前。
  • 侏羅紀始於大約 2 億年前。
  • 白堊紀始於大約 1.5 億年前。
  • 新生代始於大約 6500 萬年前。

• 理解為什麼隨著科學的進步，絕對日期會發生變化。

如果我們估計岩石層或地質年代間隔的年齡，隨著我們對絕對測年技術的改進，那個確切的數字會**不斷變化**。

• 在 20 世紀 90 年代，我們估計侏羅紀始於 2.08 億年前。
• 二十年後，我們估計侏羅紀始於 2.02 億年前。
• 在 2008 年，世界各地的實驗室協調估計侏羅紀始於 2.01 億年前。

這聽起來很荒謬，但請記住：我們試圖測量**2.01 億年前一塊火山灰墜落到海底的時間**。

如果我們看到一個分配給岩石（或化石、或人類物品）的日期，我們應該注意什麼？

注意精度和準確度。

• 在射箭課上，裡特布什博士總能擊中靶子上同一個位置。她的所有箭都擊中了彼此 5 英寸的範圍內！裡特布什博士是一位非常**精確**的射手！
• 遺憾的是，裡特布什博士無法讓箭擊中靶心。它們都緊密地聚集在一起，就像第三環和左邊一樣。裡特布什博士還不是一位非常**準確**的射手！

地球科學家在公佈絕對日期時會給出該日期的誤差估計值。

• 日期的誤差同時包含精度和準確度。
  • 化學家可以告訴你他們的機器在獲得一致答案方面的表現如何。也許他們運行同一個樣本十次，每次的答案都不同。我們可以衡量儀器的**精度**。低精度 = 日期是一個估計值！
  • 一位地球化學家還可以執行來自一個岩層的多個樣本。每個樣本都可能給出略微不同的同位素測量值。從技術上講，所有這些答案都是“正確的”，但如果它們沒有收斂於一個答案，就會降低我們估計值的**精度**。
  • 不同的方法可以給我們一致但不同的值。
    • 在 20 世紀 90 年代和 2000 年代，氬-氬測年法獲得的值始終低於鈾-鉛測年法。
    • 每種方法的精度都越來越高，但它們不可能都是完全**準確**的！
• 我們現在估計侏羅紀始於 2.0138 ± 0.31 億年前。
  • 這意味著我們的**最佳猜測**是 2.0138 億年前。
    • 但它可能早 31 萬年或晚 31 萬年！

放射性測年方法在不斷改進，這得益於各個大陸的科學家們的努力。十年後，我們猜測地質時間的精確日期，以及這些估計的精度和準確度，將與今天不同。

我們也一直在比較絕對測年和相對測年。這些方法通常給出不同的答案，因此我們必須再次嘗試改進我們所有的方法。

你能感覺到其中的主題嗎？

我們需要注意科學家做出的觀察和解釋，而不是死記硬背事實清單。