Phương pháp xác ñịnh năm tuyệt ñối của các hiện tượng ðịa chất xuất hiện trên Trái ñất trên cơ sở ño thời gian phân huỷ các nguyên tố phóng xạ chứa trong các ñá. Năm 1896 phát hiện chất ñồng vị có phóng xạ và tính phân huỷ của chúng (U, Ra, Th,K...). Nguyên tố phóng xạ phóng ra tia ( hoặc ( và biến thành một nguyên tố khác.
U 238 phân huỷ→ Pb206 + 8He →Pb208 +6He U235 phân huỷ → Pb207 + 7He
Năm 1913, lần ñầu tiên A.Holmes ñua ra phương pháp xác ñịnh tuổi nhận thấy sự phân huỷ nói trên không chịu ảnh hưởng của các yếu tố ngoại lai. Tốc ñộ
phân huỷ không ñổi. Thời gian phân huỷ khá lâu dài, vì thế thường tính thời gian của bán phân huỷ tức thời gian làm cho số nguyên tử của nguyên tố sau khi phân huỷ chỉ còn lại 1/2 số lượng ban ñầu. Ví dụ thời gian bán phân huỷ của Ra là 1622 năm, nghĩa là 10g Ra sau 1622 năm thì chỉ còn lại 5g sau 1622 năm nữa thì còn lại 2,5g...Thời gian bán phân huỷ của U238 là 4,5 x 109 năm, của U235 là 0,713 x 109 năm, của Th232 là 14,1 x 109 năm.
Convert to pdf by Phúc Tùng ðại Học Khoa Học Huế
Nếu biết số lượng của nguyên tố phóng xạ (ví dụ U) trong ñó lượng nguyên tố mới sinh do phân huỷ (ví dụ Pb mới sinh từ U) thì có thể tính ñược tuổi của ñá chứa nguyên tố trên.
A. Holmes ñưa ra công thức tính tuổi tuyệt ñối gần ñúng
Một công thức tính khác: Trường hợp trong ñá có Pbu là PbTh (tức Pbu phân huỷ từ U và PbTh phân huỷ từ Th) thì tuổi là:
Trong ñó: U, Th là lượng U và Th có trong ñá PbU là lượng Pb phân huỷ từ U (Pb206) PbTh là lượng Pb phân huỷ từ Th (Pb208)
Trong giáo trình của Trung Quốc (1986) có nêu công thức tính tuổi
Trong ñó: χ hằng số phân huỷ của nguyên tố phóng xạ, biểu thị trong một
ñơn vị thời gian (năm chẳng hạn) có bao nhiêu nguyên tử phóng xạ bị phân huỷ
(nguyên tố mẹ)
D - số nguyên tử của sản phẩm phân huỷ (nguyên tố con)
P - số nguyên tử còn lại của nguyên tố phóng xạ (nguyên tố mẹ). Một số nguyên tố phóng xạ dùng cho xác ñịnh tuổi tuyệt ñối
Nguyên tố phóng xạ mẹ Nguyên tố phóng xạ con (sản phẩm của phân huỷ) Chu kỳ bán phân huỷ T 1/2 (100a) Hằng số phân huỷ (10-1) U 238 Pb206 +8He 4.51 1,54 U 235 Pb207 +7He 0.713 9,72 Th 232 Pb208+6He 13.9 0,499 Rb87 Sr87 + β 40.0 hoặc 50 0,17 hoặc 0,13 g Pb U Pb x t 58 , 0 10 220 . 7 6 + = n¨m 18 10 74 : 38 , 0 x U Pb Pb t Th Th U + + = ) 1 ln( 1 P D t= + λ
K40 Ar40 1,47 0,472
C14 N14 5692 năm
Phương pháp tính tuổi ở trên là phương pháp chì.
Phương pháp Argon (phương pháp Kali - Argom): dựa vào số lượng phân huỷ K40 ra Ar40 ñể tính ra tuổi của ñá.
Tương tự có phương pháp Rubidi – Stronti v.v.v...
Gần ñây người ta sử dụng phương pháp Carbon 14. Chu kỳ bán phân huỷ
của C14 khá ngắn (5568 năm + 30 năm) nên thường ñược sử dụng phân tích tuổi giai ñoạn gần ñây ñặc biệt ñối với khảo cổ học và các lĩnh vực khác (ví dụ phân tích một mẫu gỗ của một hòm gốc vào thời kỳ ptolêmê ở Ai Cập và xác ñịnh
ñược tuổi là 2190 năm).
Về nguyên lý: tia vũ trụ tác ñộng vào N14 biến N14 thành C14 (cacbon phóng xạ) và ñược thực vật thu hút vào cùng với axit cacbonic. Tỷ lệ giữa C14/C12 trong thực vật lúc sống cũng như trong khí quyển là một hằng số (=1.10-8). Khi cây thì C14 bị phân huỷ ngay lượng C11 trong cây bị giảm ñi, chu kỳ bán phân huỷ C14 là 5563 năm ( 30 năm. Nếu biết ñược lương C11 còn lại trong hoá ña thực vật thì có thể tính ra thời gian hình thành loại ñá chứa hoá thạch này.
Căn cứ vào phương pháp tính tuổi bằng phương pháp phóng xạ người ta cho rằng ñá già nhất là ñá gơnai ở Croenland vào khoảng 3600 - 4000 triệu năm. microplagiolaz ở nhất là 4600 triệu năm. Tổng hợp các số liệu của thiên thạch và Pb ở Trái ñất cho thấy tuổi Trái ñất ước tính là 4600 triệu năm.
Nhược ñiểm của phương pháp phóng xạ:
- Số lượng ño rất nhỏ là vi lượng nên dễ có sai số lớn. - ðộ chuẩn xác kém nếu lấy mẫu không tốt.
- Thiết bị chí phí tốn.
- Những ñơn vị ñịa tầng nhỏ không dễ xác ñịnh ñược.
- Ngoài ra việc xác ñịnh tuổi chỉ cho biết ñược ñối với khoáng vật chứa nguyên tố phóng xạ chứa không phải của ñá trầm tích.
Hướng cải tiến ñối với phương pháp phóng xạ:
- Hoàn thiện khâu phân tích
- Xác ñịnh ñúng các hằng số phóng xạ. - ðịa chất hoá các kết quả tuổi.