文档介绍：第八章第四纪年代学
Chapter 8 Quaternary Geochronology
C
第一节放射性碳测年法
Section 1 Radioactive Carbon Dating
C
(1)自然界的碳同位素
(利比)1949年首创的。由于他在14C测年方面的杰出贡献,1960年获得诺贝尔化学奖。 14C方法是第四纪年龄测定的主要方法之一,测年精度很高。
碳在自然界有3种同位素:
12C(%)
13C(%)
14C(×10-10%)——放射性同位素,主要产生于高空大气层。
稳定同位素
在高空大气层,由于宇宙射线的冲击,产生一些热中子和电子等多种粒子。
宇宙射线
热中子
电子
其它粒子
热中子——运动很缓慢,。相对而言,还有“快中子”,。中子不带电,且有一个质量单位。
冲击概率恒定
(2)14C的产生
宇宙射线的主要成分为质子(83%~89%)、α粒子(10%~15%)及原子序数Z≥3的轻核和高能电子(1%~2%),这种射线能量很高,可达10~20MeV以上。
宇宙射线——是一种来自宇宙的能量特别大的带电粒子流。1912年,德国科学家韦克多·汉斯带着电离室乘气球升空测定空气电离度,发现电离室内的电流随海拔升高而变大,从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的,于是有人取名为“宇宙射线”。
太阳系是在圆盘状的银河系中运行的,运行过程中会发生相对于银河系中心位置的位移,每隔6200万年就会到达距离银河系中心的最远点。而整个“银河盘”又是在包裹着它的热气体中以每秒200公里的速度运行。“银河盘并不像飞盘那样圆滑”,科学家称,“它是扁平的”。当银河系的“北面”或前面与周围的热气摩擦时就会产生宇宙射线。
宇宙射线的产生
宇宙射线还存在着转化、簇(醋)射的过程。除中微子以外,几乎所有的高能宇宙射线,在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮等原子核发生碰撞,并转化出次级宇宙线粒子,而超高能宇宙线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子,如此下去,一级一级的转化,将会产生一个庞大的粒子群。1938年,法国人奥吉尔在阿尔卑斯山观测到了这一现象,并将其命名为“广延大气簇射”。
宇宙射线为来自太阳系以外的高能量粒子,能量约从109eV 到 1020eV以上。在靠近地球的太空中,每秒每平方厘米约有一个宇宙射线穿过。宇宙射线的主要成份是质子,其它核种从氦核到铁核以上,甚至微量的镧系元素。在人造粒子加速器中其最高能量约为1013eV。宇宙射线的能谱横跨12个数量级的能量。能谱上有两个有重要物理意义的转折点,1015eV称为膝点(knee),3×1018eV称为踝点(ankle)。极高能宇宙射线(Ultra High Energy Cosmic Rays: UHECR)主要研究1018eV以上的宇宙射线。
大气中有很多氮(%,%,%——%,%),热中子和氮原子碰撞,使氮原子转变为14C原子:
14N7 + 1n0 14C6 + p(1H1)
大气氮
热中子
放射性碳
质子
质子
中子
质子
中子
氮
碳
14C是一种放射性同位素,一旦形成,便发生衰变:
14C通过第一式不断产生,通过第二式不断衰变。
思考:
A. 在14C6产生和衰变的最初一段时间, 14C6产生与衰变的速度(单位时间内衰变的14C6原子数)如何?
B. 经过一段时间后, 14C6产生与衰变的速度又如何?
C. 当14C6产生的速度与衰变速度相等时,大气中14C6的浓度如何?
14C6 14N7+ e - ++Q( 14C6衰变)
14N7 + 1n0 14C6 + p( 14C6产生)
1
2
电子
反中微子
最大衰变能量
(3)14C的衰变
有一个流浪汉,每天得到100元救济款,但此君每天都花掉所拥有钱数的1/2,在救济开始的第一天之前,此君手中的钱数是0,濒于饿死。
第1天得到100元存款100元花掉50元剩余50元
第2天得到100元存款150元花掉75元剩余75元
第8天得到1