0 просмотров

Как датировать астероиды

Метеориты являются одними из самых древних объектов, о которых мы знаем, они образовались около 4,5 миллиардов лет назад. Но откуда это известно ученым? В этой статье описываются принципы и методы, используемые для принятия такого решения.

Известны методы определения возраста некоторых природных объектов. Деревья испытывают всплески роста в весенние и летние месяцы, а осенью и зимой впадают в состояние покоя. При спиле дерева эти периоды выставляются на поперечном срезе ствола в виде колец. Простой подсчет количества колец даст довольно хорошее представление о возрасте дерева.Периоды проливных дождей и много солнечного света увеличивают промежутки роста в кольцах, а периоды засухи могут затруднить подсчет отдельных колец.

При определении возраста очень старых объектов единственные подходящие часы, которые мы нашли, связаны с измерением продуктов распада радиоактивных изотопов.

Изотопы атомы одного и того же элемента с разным количеством нейтронов. Некоторые изотопы стабильны, тогда как другие радиоактивны и распадаются на другие компоненты, называемые дочь изотопы. Например, водород имеет два стабильных изотопа 1 Н (обычный водород), 2 Н (дейтерий) и один радиоактивный изотоп 3 Н (тритий). Верхний индекс обозначает атомный вес изотопа (количество протонов и нейтронов).

Радиоактивные изотопы распадаются по степенному закону, и приведенная для этого типичная единица называется период полураспада изотопа. Когда создается определенное количество изотопа (например, в результате взрыва сверхновой), по истечении периода полураспада 50% родительского изотопа распадается на дочерние изотопы. По истечении второго периода полураспада еще 50% оставшегося родительского изотопа распадутся на дочерние изотопы и так далее. Для всех практических целей исходный изотоп считается вымершим после 6 периодов полураспада.

Статья в тему:  Какая самая опасная планета во вселенной

Некоторые изотопы и их дочери показаны в следующей таблице (от Додда):

Изотопы над чертой на этом рисунке уже вымерли, поскольку в Солнечной системе нет средств пополнения родительского изотопа.

Обратите внимание, что скорости распада проявляются в широких диапазонах времени, что позволяет провести подходящую меру, если кто-то знает или предполагает приблизительный возраст.

Часы, наиболее подходящие для метеоритов, — это распад рубидия (87 Rb) на стронций (87 Sr), период полураспада которого составляет около 49 миллиардов лет. Способ определения возраста основан на расчете соотношений этих изотопов, как покажет следующий расчет:

Мы знаем, что если в метеорите присутствует некоторое количество 87 Rb, то там также будет продукт распада 87 Sr. Однако также будет некоторое неизвестное количество 87 Sr, которое было в метеорите, когда он образовался. Мы можем математически заявить, что количество 87 Sr, присутствующее сейчас, должно быть получено из количества, которое было там изначально, плюс любой продукт распада 87 Rb:

87 старшийв настоящее время = 87 Сроригинальный + ( 87 руб.оригинальный — 87 руб.в настоящее время)

Член в скобках, количество 87 Rb, которое распалось на 87 Sr, может быть связано с законом радиоактивного распада:

87 руб.оригинальный = 87 руб.в настоящее время * (элт)
куда, е основание натурального логарифма,
л скорость радиоактивного распада,
а также т это прошедшее время.

Статья в тему:  Сколько существует потенциально опасных астероидов

Подставляя это в исходное уравнение, получаем:

87 старшийв настоящее время = 87 Сроригинальный + 87 руб.в настоящее время * (элт — 1)

Наряду с 87 Sr в метеоритах также встречается 86 Sr, но он не является продуктом распада и его количество не меняется во времени, поэтому мы можем разделить эту константу в приведенном выше уравнении, не меняя равенства:

87 старшийв настоящее время / 86 Ср = 87 Сроригинальный / 86 Ст + 87 Рубв настоящее время / 86 Sr * (элт — 1)

Обратите внимание, что это уравнение прямой в форме

у = мх + б
куда, м, наклон, (e lt — 1)
а также б, точка пересечения y, представляет собой исходное соотношение изотопов стронция.

Две из этих величин могут быть измерены: 87 Srв настоящее время / 86 Ср и 87 Рбв настоящее время / 86 Sr. Взяв образцы из различных частей метеорита и нанеся эти результаты на график, данные упадут на прямую линию, наклон которой характеризует возраст метеорита. Эти линии называются изохроны, пример для метеорита Tieschitz (осень 1878 г., Чехословакия, неуравновешенный H3) показан на следующем рисунке (от McSween):

Как они измеряются?

Ученые используют масс-спектрометр для получения этих соотношений. Небольшая часть метеорита испаряется в устройстве, образуя ионы.Эти ионы ускоряются в электрическом поле через коллимирующие щели и подвергаются воздействию магнитного поля, которое заставляет ионы двигаться по криволинейной траектории. Ионы отклоняются в зависимости от их массы. Путем регулировки силы магнитного поля и подходящего размещения коллектора ионов можно точно измерять различные изотопы.

Статья в тему:  Что заставляет астероиды двигаться

Осложнения

Есть некоторые вещи, которые влияют на эти измерения. Термические процессы, которые могут происходить во время удара метеорита в течение жизни образца, могут привести к сбросу некоторых атомных часов, смешиванию компонентов и выделению важных газов, таких как 129 Xe и 40 Ar.

На практике для определения возраста используют несколько изотопных систем и несколько проб. Лучшими образцами служат преимущественно неизмененные метеориты (петрологический тип 3).

Эпилог: 24 января 1999 г.

Я получил частные сообщения от ученых об этой статье, которая была основана главным образом на работе, проделанной в 1980-х годах. В настоящее время также используется 146 Sm — 142 Nd со средней продолжительностью жизни 1,49 x 10 8 лет, наряду с другими методами датирования метеоритов.

В одной заметке доктора Богарда из НАСА мне было сказано, что:

«Вы имеете в виду вымершие нуклиды 14C, 26Al и 129I. Только последние два «вымерших» нуклида используются при датировании. Использование 14C в датировании метеоритов основано исключительно на его образовании космическими лучами (а для земных образцов, с его 26Al и некоторые другие не упомянутые нуклиды также используются таким образом. Таким образом, хотя и «вымершие», эти нуклиды присутствуют в метеоритах, но произведены более поздним процессом.

«Идея о том, что Rb-Sr является наиболее часто используемым хронометром для метеоритов, в значительной степени основана на работе, проделанной 10-30 лет назад. Все чаще используются другие методы, так что, вероятно, ни один метод не является доминирующим для датирования метеоритов. хороший пример для объяснения процесса, однако.

«Ближе к концу вы подразумеваете, что хондриты низкого петрологического типа легче всего датировать.На самом деле метеориты, образовавшиеся в результате плавления, например различные типы ахондритов, обычно дают более точный возраст. Хондриты типа 3 могут содержать фазы с немного разным возрастом, а некоторые фазы были слегка изменены процессами родительского тела».

использованная литература

Метеориты и их родительские планеты, Гарри Ю. Максуин, издательство Кембриджского университета, 1987.

Статья в тему:  Как вы запираете опасную элиту астероидов

Громовые камни и падающие звезды, Роберт Т. Додд, издательство Гарвардского университета, 1986.

Создано 25 сентября 1998 года Джимом Херли.

Дополнительную информацию о радиометрическом датировании см. П С Р Д статья Александра Н. Кротта: Датировка самых ранних твердых тел в нашей Солнечной системе, сентябрь 2002 г.

Другая П С Р Д В статье Эрнста Циннера «Использование алюминия-26 в качестве часов для ранних событий Солнечной системы», сентябрь 2002 г., исследуется, как Al-26 можно использовать в качестве точного хронометра для ранних событий Солнечной системы.

Подробное описание радиометрического датирования изохронным методом можно найти на сайте Криса Стассена.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector