Radioizotopno datiranje

Radioizotopno datiranje je određivanje starosti materijala s pomoću promjena radionuklida (radioizotopa) tijekom vremena. Ako je poznato vrijeme poluraspada i broj početnih i novonastalih nuklida u uzorku, može se odrediti starost uzorka.

Omjer broja atoma određuje se analizom meteorskog materijala pomoću spektrometra masa.

Ionizacijska komora djeluje na Geigerov brojač, koji radi kao proporcionalni brojač.

Radiougljično ili radiokarbonsko datiranje

Datiranje ugljikom-14, radiougljično datiranje ili radiokarbonsko datiranje je određivanje starosti organskih tvari na temelju omjera broja atoma stabilnog ugljikova izotopa ¹²C i radioaktivnog izotopa ¹⁴C. Izotop ¹⁴C nastaje u visokim slojevima Zemljine atmosfere djelovanjem kozmičkih zraka na dušik (¹⁴N). On se, vezan u ugljikovu dioksidu (CO₂), širi brzo i ravnomjerno cijelom biosferom. Njegova se količina u atmosferi nije mijenjala kroz dugo vremensko razdoblje; zapravo, bila je konstantna sve do 1950-ih, kada je testiranjem termonuklearnog oružja u velikim količinama bio proizveden i raspršen u okoliš. Iz atmosfere ¹⁴C prelazi izravno u biljke i neizravno, preko hranidbenoga lanca, u druge žive organizme. Zbog toga je u živim bićima omjer ¹²C i ¹⁴C konstantan. Kada se smrću prekine izmjena tvari između organizma i atmosfere, radioaktivni se raspad ne zaustavlja i organske tvar počinje gubiti ¹⁴C. Određivanjem preostalog ¹⁴C u nekom uzorku nežive tvari može se izračunati koliko je vremena prošlo od trenutka smrti. Vrijeme poluraspada ugljika ¹⁴C iznosi 5 730 godina; ustanovi li se, na primjer, da neki komad drveta ili drvenog ugljena sadrži upola manje ugljika ¹⁴C nego živo stablo, zaključuje se da je taj komad drveta ili ugljena star 5 730 godina, ako sadrži samo četvrtinu količine ¹⁴C koju je imao dok je drvo bilo živo, star je 11 460 godina. Geiger-Müllerovim brojilom mogu se odrediti i ekstremno male količine tog izotopa. U živom drvetu od jednoga bilijuna atoma ugljika samo je jedan radioaktivan, u jednom gramu svježeg uzorka ugljika dogodi se približno 13,5 raspada u minuti. Danas se može odrediti starost organskih tvari: pergamenta, odjeće, fosila, ljudskih i životinjskih kostiju i drugog, od 500 do 50 000 godina. Metoda se primjenjuje u arheologiji, antropologiji, geologiji, geofizici.

Datiranje ugljikom-14 je razvio Willard Libby 1949. kao profesor na Sveučilištu u Chicagu. Za to je dobio Nobelovu nagradu za kemiju 1960.

Helijsko datiranje

Radionuklidi s najdužim vremenom poluraspada (²³⁵U, ²³⁸U, ²³²Th, ⁴⁰K, ³⁷Rb) upotrebljavaju se za utvrđivanje starosti stijena. U nizu radioaktivnih raspada od uranija ili torija do olova oslobađaju se alfa-čestice, koje se nakon usporavanja pretvaraju u atome helija. Helij lako napušta stijene dok su rastaljene, ali kada očvrsnu, ostaje zarobljen i nakuplja se u kristalnoj rešetki. Uspoređivanjem broja uranijevih ili torijevih atoma i broja helijevih atoma u nekom uzorku može se saznati njegova starost. Budući da se u radioaktivnim nizovima oslobađa mnogo helija, moguće je odrediti starost relativno mladih stijena od nekoliko desetaka tisuća godina, pa se metoda primjenjuje za određivanje starosti fosila.

Kalij-argonsko datiranje

Kalij je u prirodi čest element, nalazi se u tinjcima, glini, evaporitima, a 0,001 18% kalija čini radioaktivni izotop ⁴⁰K, koji se raspada u stabilni izotop argona ⁴⁰Ar. Plemeniti plin argon lako napušta rastaljene stijene, a vrijeme od kada je stijena postala dovoljno čvrstom da zadrži argon može se doznati uspoređivanjem broja atoma izotopa ⁴⁰K i ⁴⁰Ar. Metoda je uspješna za određivanje starosti stijena starijih od 100 000 godina, a primjenjuje se u arheologiji i pri određivanju povijesti vulkanskih aktivnosti. Za starije stijene, već prema tom od kojih se minerala sastoje, koriste se još i rubidij-stroncijsko, uranij-olovno, torij-olovno datiranje i tako dalje. Metode se primjenjuju u paleontologiji, za određivanje starosti meteorita, stijena donesenih s Mjeseca i drugih starih stijena.