地質(zhì)學(xué)家的工作是講述地球歷史的真實(shí)故事，更確切地說，是一個(gè)更真實(shí)的地球歷史故事。一百年前，我們對故事的長短一無所知-我們沒有時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。今天，借助同位素測年方法，我們幾乎可以確定巖石的年齡，也可以繪制巖石本身的圖。為此，我們要感謝上世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的放射性。

        需要地質(zhì)鐘

        一百年前，我們對巖石時(shí)代和地球時(shí)代的想法還很模糊。但顯然，巖石是很老的東西。從巖石的數(shù)量，加上形成巖石的過程（侵蝕，埋葬，化石，隆升）的不可察覺的速度來看，地質(zhì)記錄必須代表數(shù)百萬年的歷史。正是這種見解（初于1785年表達(dá)）使James Hutton成為地質(zhì)學(xué)之父。

        因此，我們知道“很深的時(shí)間”，但對其進(jìn)行探索令人沮喪。一百多年來，安排其歷史的佳方法是使用化石或生物地層學(xué)。這僅適用于沉積巖，并且僅適用于其中一些。前寒武紀(jì)的巖石只有稀有的化石。沒人知道地球的歷史是多少！我們需要一種更精確的工具（某種時(shí)鐘）來開始對其進(jìn)行測量。

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        同位素約會的興起

        1896年，亨利·貝克勒爾（Henri Becquerel）意外發(fā)現(xiàn)放射性表明了可能的可能性。我們了解到某些元素會發(fā)生放射性衰變，自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子，同時(shí)釋放出能量和粒子的爆發(fā)。該過程以恒定的速率發(fā)生，并且與時(shí)鐘一樣穩(wěn)定，不受普通溫度或普通化學(xué)物質(zhì)的影響。

        使用放射性衰變作為測年方法的原理很簡單?？紤]一個(gè)比喻：一個(gè)充滿木炭的燒烤爐。木炭以已知的速率燃燒，如果您測量剩余的木炭和形成的灰分，您可以知道烤架點(diǎn)燃了多久。

        照亮燒烤架的地質(zhì)條件是礦物顆粒凝固的時(shí)間，無論是在古老的花崗巖中還是在新鮮的熔巖流中凝固的時(shí)間。固體礦物顆粒會捕獲放射性原子及其衰變產(chǎn)物，從而有助于確保準(zhǔn)確的結(jié)果。

        發(fā)現(xiàn)放射性后不久，實(shí)驗(yàn)者就發(fā)布了一些巖石的試驗(yàn)日期。厄內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）意識到鈾的腐爛會產(chǎn)生氦氣，因此在1905年通過測量其中捕獲的氦氣量來確定鈾礦的年齡。1907年，貝特拉姆·博特伍德（Bertram Boltwood）使用鉛（鈾衰變的終產(chǎn)物）作為一種方法來評估某些古代巖石中鈾礦礦物的年齡。

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        結(jié)果是驚人的，但為時(shí)過早。這些巖石看起來驚人地古老，年齡從4億到超過20億年不等。但是當(dāng)時(shí)，沒人知道同位素。一旦同位素被闡明，在1910年代，很明顯放射性測年方法還沒有準(zhǔn)備就緒。 

        隨著同位素的發(fā)現(xiàn)，測年問題又回到了位。例如，鈾到鉛的衰減級聯(lián)實(shí)際上是兩個(gè)，鈾235衰減到207鉛，鈾238衰減到206鉛，但是第二個(gè)過程慢了近七倍。（這使鈾鉛定年特別有用。）在接下來的幾十年中還發(fā)現(xiàn)了約200種其他同位素。那些放射性的然后在艱苦的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中確定了它們的衰變率。

        到1940年代，這種基礎(chǔ)知識和儀器的進(jìn)步使開始確定對地質(zhì)學(xué)家有意義的日期成為可能。但是，今天的技術(shù)仍在進(jìn)步，因?yàn)殡S著向前邁出的每一步，都會提出并回答一系列新的科學(xué)問題。

        同位素測年方法

        同位素測年有兩種主要方法。一個(gè)通過輻射來檢測和計(jì)數(shù)放射性原子。放射性碳測年的先驅(qū)者使用這種方法是因?yàn)樘?4（碳的放射性同位素）非常活潑，衰變半衰期僅為5730年。個(gè)放射性碳實(shí)驗(yàn)室是使用1940年代放射性污染時(shí)代之前的古董材料在地下建造的，目的是保持低背景輻射。即便如此，要想獲得準(zhǔn)確的結(jié)果仍需花費(fèi)數(shù)周的患者計(jì)數(shù)，尤其是在殘留放射性碳原子很少的舊樣品中。該方法仍用于稀有的高放射性同位素，例如碳14和tri（氫3）。

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        對于衰減計(jì)數(shù)方法，大多數(shù)具有地質(zhì)意義的衰減過程太慢。另一種方法是實(shí)際計(jì)數(shù)每個(gè)同位素的原子，而不是等待其中一些原子的衰變。這種方法比較困難，但更有希望。它涉及準(zhǔn)備巖石樣品并將其通過質(zhì)譜儀運(yùn)行，該質(zhì)譜儀按照重量與這些硬幣分選機(jī)之一一樣整齊地逐個(gè)原子篩選。

        例如，考慮鉀-氬定年法。鉀原子有三種同位素。鉀39和鉀41是穩(wěn)定的，但鉀40經(jīng)歷了某種形式的衰變，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闅?0，其半衰期為12.77億年。因此，樣品越老，鉀40的百分比就越小，而相對于氬36和氬38來說，氬40的百分比就越大。數(shù)以百萬計(jì)的原子（僅需幾微克的巖石即可輕松計(jì)數(shù)）得出的日期相當(dāng)不錯(cuò)。

        同位素測年是我們在地球真實(shí)歷史上取得的整個(gè)進(jìn)步的基礎(chǔ)。在那數(shù)十億年里發(fā)生了什么？足夠的時(shí)間來適應(yīng)我們所聽說過的所有地質(zhì)事件，還有數(shù)十億個(gè)剩余事件。但是，借助這些約會工具，我們一直在忙于繪制更深的時(shí)間，而且故事每年都在變得越來越準(zhǔn)確。