我們在地球表面見到的巖石和化石的年齡,，常常是以“億年”為單位的,，那它們的“歲數(shù)”到底是怎么測量出來的呢？其實測量方法并不難,，我們只需要用一把合適的“尺子”來測量就可以了,。

經(jīng)科學家研究發(fā)現(xiàn)，自然界中的某些放射性同位素,，它們自身變化的計時單位也是億年,，比如銣-87，它的半衰期約為500億年,。那么,，能否就用這500億年的半衰期來幫助我們測量有關地質(zhì)年代的問題呢？

答案是：可以,！

大自然總是在不自覺地暴露自己的秘密,。自從1896年法國物理學家亨利·貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了某些元素天然具有放射性衰變的現(xiàn)象后,，巖石本身便為我們提供了測定絕對年代的可靠依據(jù)。利用放射性元素的衰變,，可以測量由幾百年到幾十億年的時間,。

知識鏈接

1.放射性元素

放射性元素是一類內(nèi)部不穩(wěn)定的元素，它們會自發(fā)地由原子核向外發(fā)射粒子,、射線及能量,，最終形成另一種穩(wěn)定的元素，并失去放射性,。典型的放射性元素包括鈾,、釷、鐳等,。

2.同位素

自然界中的原子,，質(zhì)子數(shù)相同者為同一元素。而質(zhì)子數(shù)相同,、中子數(shù)不同的同一種元素互為同位素,。如氫有三個同位素，為氕,、氘,、氚，這三者互為同位素,。

目前世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了118種元素，絕大多數(shù)元素都有數(shù)量不等的同位素,。例如鈾,，就有3個同位素：鈾-234、鈾-235和鈾-238（均有放射性）,。有些元素的同位素的原子核能夠自發(fā)地放出某種射線,，而變成另一種同位素，這種現(xiàn)象叫作“放射性衰變”,，這種同位素就叫作“放射性同位素”。各種放射性同位素都以自己恒定的速度衰變著,，不受溫度,、壓力、電磁場和原子核存在形式等物理化學條件的影響,。

在衰變過程中,，原有的放射性同位素減少到原來的一半所需要的時間叫作“半衰期”。地殼中的礦物,、巖石以及包括人類和各種動植物遺體在內(nèi)的各種化石,，從形成之日起,，都含有一定量的放射性同位素，并且在不斷地衰變著,，由母體同位素變?yōu)樽芋w同位素,。隨著時間的增長，母體的數(shù)量越來越少,，子體的數(shù)量越來越多,，因而母體與子體同位素數(shù)量之間的關系就反映了這些化石以及含化石地層的絕對年齡。前面提到的銣-87,，就是由不穩(wěn)定的銣原子釋放射線和能量,，最終衰變成穩(wěn)定的鍶-87元素。

瑞典生物學家林奈曾經(jīng)說過：“堅硬的巖石不是原始的,，而是時間的女兒,。”因為巖石,、化石形成后,，它所含的天然放射性同位素的衰變是時間的函數(shù)。當然,，也不是所有的巖石,、化石都能用放射性同位素來測定它們的絕對年齡，只有那些其半衰期可以和地球年齡相比,，而且現(xiàn)代的分析技術能夠精確測定它們的含量和同位素比值的巖石,、化石，才能應用放射性同位素方法來測定,。

一般是用半衰期較長的同位素,，如：鉀-氬、銣-鍶,、鈾-鉛等來測定較古老的巖石的地質(zhì)年齡,；而碳-14半衰期較短，專用于測定最新的地質(zhì)事件（如研究一些活動火山的噴發(fā)歷史）和考古資料,。

自然界分布著許多碳的同位素，如：碳-12,、碳-13,，它們都是比較穩(wěn)定的，沒有放射性,。還有一種碳-14,，它是由宇宙射線穿過大氣層時與空氣中氮的同位素氮-14碰撞后變成的。碳-14是有放射性的,，它很容易與大氣中的氧化合變成有放射性的二氧化碳,。二氧化碳是植物不可缺少的“糧食”,，植物在進行光合作用時就吸收了這些碳-14。許多植物都是動物賴以生存的主要食物,，因此動物體內(nèi)也會含有碳-14,。生物死亡后被埋在地下，原來生物體內(nèi)的碳-14會不斷地衰變,。因此,，只要我們測定了碳-14的含量，就能算出化石的確切年齡,。

雖然同位素年齡具有一定的誤差,，但用于測定無化石的前寒武紀巖石的年代是非常重要的依據(jù)。

說了這么多,，我們來舉個例子：如何用銣-鍶來推算地質(zhì)年代呢？

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀

我們首先需要挑選幾塊有代表性的單礦物,，如正長石、黑云母,、白云母,、角閃石、石榴石等及全巖樣品,；再通過一系列的化學處理,，將需要的元素分離出來；而后使用質(zhì)譜計或者現(xiàn)在比較流行的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀,，測定得到Sr-87和Sr-86的比值,，及Rb-87和Sr-86的比值，再經(jīng)過進一步的換算就可得到當時地質(zhì)活動的時間了,。