地球の年齢
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地球

地球の年齢(ちきゅうのねんれい)は、地球誕生から現在までの経過年数である。45.4 ± 0.5億年 (4.54 × 109 年 ± 1%)であると推定されている[1][2][3]。この年齢は、隕石放射年代測定から得られたデータに基づいている。
原理

現在、地球の年齢は放射年代測定によって求めるのが一般的である。これは、岩石の中に含まれる放射性同位体の量を調べる方法で、地球の年齢を調べるにはその中でもウラン-鉛法(U-Pb法)、カリウム-アルゴン法(K-Ar法)、ルビジウム-ストロンチウム法(Rb-Sr法)などが用いられる。

放射性同位体はそれぞれ決められた崩壊定数 λ を持ち、時がたつにつれ放射性崩壊によって原子の数を減らしてゆく。現時点での原子数を N、岩石ができた時点(時間 t = 0)の原子数を N0 とおくと、 N = N 0 e − λ t {\displaystyle N=N_{0}e^{-\lambda t}} …(1)

という式が成り立つ[4]。この式を利用して、岩石の年代 t を求める。

ルビジウム-ストロンチウム法での例を示す。ルビジウムRbの同位体は次のような崩壊を起こし、87Rbが87Srへと変化する。 87 Rb → 87 Sr + β − {\displaystyle {}^{87}{\hbox{Rb}}\;\to \;^{87}{\hbox{Sr}}\;+\;\beta ^{-}}

この87Rbに対して(1)式を用いると、 87 Rb   = ( 87 Rb ) 0 e − λ t {\displaystyle {}^{87}{\hbox{Rb}}\ =({}^{87}{\hbox{Rb}})_{0}e^{-\lambda t}} …(2)

となり、これを(87Rb)0について解くと、 ( 87 Rb ) 0 = 87 Rb e λ t {\displaystyle ({}^{87}{\hbox{Rb}})_{0}={}^{87}{\hbox{Rb}}\,e^{\lambda t}} …(3)

が得られる。

一方、現在の87Srの量は、岩石中に元から含まれていた原子数(87Sr)0に、上記の崩壊で87Rbから新たに誕生した原子数(87Rb)0 ? 87Rbを加えたものと等しくなるので、 87 Sr = ( 87 Sr ) 0 + ( 87 Rb ) 0 − 87 Rb {\displaystyle {}^{87}{\hbox{Sr}}=({}^{87}{\hbox{Sr}})_{0}+({}^{87}{\hbox{Rb}})_{0}-{}^{87}{\hbox{Rb}}} …(4)

(4)に(3)を代入すると、 87 Sr = ( 87 Sr ) 0 + 87 Rb ( e λ t − 1 ) {\displaystyle {}^{87}{\hbox{Sr}}=({}^{87}{\hbox{Sr}})_{0}+{}^{87}{\hbox{Rb}}(e^{\lambda t}-1)} …(5)

となる[5]

この式に測定で求めた値を代入すればよいのだが、一般的に同位体の量は絶対値よりも同位体比の形で測定する方が簡単である。今の場合は(5)の両辺を86Sr で割って、 87 Sr 86 Sr = ( 87 Sr 86 Sr ) 0 + 87 Rb 86 Sr ( e λ t − 1 ) {\displaystyle {\frac {{}^{87}{\hbox{Sr}}}{{}^{86}{\hbox{Sr}}}}=\left({\frac {{}^{87}{\hbox{Sr}}}{{}^{86}{\hbox{Sr}}}}\right)_{0}+{\frac {{}^{87}{\hbox{Rb}}}{{}^{86}{\hbox{Sr}}}}(e^{\lambda t}-1)} …(6)


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