Chapter 6. The Schedule Quantifying the Timescale with Radionuclides

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1 Chapter 6. The Schedule Quantifying the Timescale with Radionuclides
김윤지

2 Contents Radioactive elements Radioactive dating
Long-lived radioisotopes Age of the chondrites and earth Age of the elements Short-lived radioisotopes

3 Radioactive elements 초신성 폭발의 잔여물로 암석에 미량으로 존재함 지구 내부의 열원으로 작용
지구의 나이에 대한 정보 Radioactive parent/daughter element 고정된 붕괴율(반감기)을 가지며, 기하급수적으로 붕괴됨 긴 반감기 : 긴 시간에 걸쳐 일어나는 process 측정 짧은 반감기 : 짧은 시간 규모의 process 측정 별에서 형성된 대부분의 동위원소는 짧은 반감기를 가짐

4 Radioactive elements

5 Radioactive elements

6 Radioactive elements log linear scale linear scale

7 Radioactive dating Isochron technique
Radioactive parent/daughter element E.g. 87Rb/87Sr 방사성붕괴를 나타내는 식 N t = 𝑁 0 𝑒 −𝜆𝑡 위의 식을 y=b+mx로 나타낸 line이 isochron 암석의 용융이 일어나면, radioactive element와 stable element가 섞여(rehomogenization) 그 비가 새로 설정되어 지구 나이 측정에 혼선을 겪음 지구의 나이를 측정하기 위해선 콘드라이트와 같은 우주에서 다른 물질에 영향을 받지 않은 상태로 보존되는 물질이 필요 Isochron technique Radioactive parent/daughter element e.g. 87Rb/87Sr 방사성붕괴를 나타내는 식 위의 식을 y=b+mx로 나타낸 line이 isochron 암석의 용융이 일어나면, radioactive element와 stable element가 섞여(rehomogenization) 그 비가 새로 설정되어 지구 나이 측정에 혼선을 겪음 지구의 나이를 측정하기 위해선 콘드라이트와 같은 우주에서 다른 물질에 영향을 받지 않은 상태로 보존되는 물질이 필요

8 Radioactive dating

9 Radioactive dating Isochron technique
Radioactive parent/daughter element E.g. 87Rb/87Sr 방사성붕괴를 나타내는 식 N t = 𝑁 0 𝑒 −𝜆𝑡 위의 식을 y=b+mx로 나타낸 line이 isochron 암석의 용융이 일어나면, radioactive element와 stable element가 섞여(rehomogenization) 그 비가 새로 설정되어 지구 나이 측정에 혼선을 겪음 지구의 나이를 측정하기 위해선 콘드라이트와 같은 우주에서 다른 물질에 영향을 받지 않은 상태로 보존되는 물질이 필요 Isochron technique Radioactive parent/daughter element e.g. 87Rb/87Sr 방사성붕괴를 나타내는 식 위의 식을 y=b+mx로 나타낸 line이 isochron 암석의 용융이 일어나면, radioactive element와 stable element가 섞여(rehomogenization) 그 비가 새로 설정되어 지구 나이 측정에 혼선을 겪음 지구의 나이를 측정하기 위해선 콘드라이트와 같은 우주에서 다른 물질에 영향을 받지 않은 상태로 보존되는 물질이 필요

10 Long-lived radioisotopes
Age of the Chondrites and Earth Chondrites 먼지와 가스로 이루어진 성운에서 형성 되는 물질로, 초기 태양계에서 만들어짐 행성분화시 발생하며, 우주라는 진공상태에서 보존됨 : 성운응집의 시간적 정보 내포 지구 콘드라이트와 같은 물질이 없음 > 지구 자체를 매우 큰 운석으로 생각하면, U-Pb isochron을 가짐 Rama Murthy & Claire Patterson : 해양퇴적물 육상기원 퇴적물이 잘 섞여 있으며, 지각으로부터 Pb 공급받아 지구의 모든 원소들이 골고루 있음 : 지구의 나이를 연구하기에 이상적 철 운석의 U이 없을 경우의 Pb의 양을 기초로 하여 태양계 나이 예측

11 Long-lived radioisotopes
Age of the elements 방사성 동위원소 선형적 생산과 지수적 붕괴 ☞ 정상상태에 도달 정상상태에 도달하는 시간은 반감기에 의해 결정 정상상태에 도달하지 않은 긴 반감기를 가지는 원소의 경우, 언제 처음 생성되었는지 알 수 있음 예) 루브르 박물관 입장객 235U, 238U, 232Th 식 6-1을 이용하여 태양계 형성 당시의 원소의 양을 계산할 수 있음

12 Long-lived radioisotopes
들어오는 입장객 관광객 ⅔ 예술인 ⅓ 나가는 입장객 현재 관광객의 ½ 현재 예술인의 ¼ 박물관 내 입장객 비율을 통해 박물관 오픈 시간 예측 정상상태에 도달하기 전에 문을 닫으므로

13 Long-lived radioisotopes
Age of the elements 방사성 동위원소 선형적 생산과 지수적 붕괴 ☞ 정상상태에 도달 정상상태에 도달하는 시간은 반감기에 의해 결정 정상상태에 도달하지 않은 긴 반감기를 가지는 원소의 경우, 언제 처음 생성되었는지 알 수 있음 예) 루브르 박물관 입장객 235U, 238U, 232Th 식 6-1을 이용하여 태양계 형성 당시의 원소의 양을 계산할 수 있음

14 Long-lived radioisotopes

15 Short-lived radioisotopes
반감기의 약 10배에 해당하는 기간의 정보 제공 단기적 process의 연대 측정의 tool로 이용가능 Radioactive parent가 전부 붕괴되더라도 daughter element의 동위원소 비를 통해서 그 존재 확인이 가능 Rb-Sr Radioactive parent인 87Rb이 모두 붕괴되면 Sr 동위원소 비가 더 이상 변하지 않고 유지됨

16 Short-lived radioisotopes
26Al 가장 중요한 멸종한 방사성 핵 종: 딱딱한 유성과 별의 주요구성원소 높은 농도로 존재(3~20%), 하지만 현존 Al 중 극히 일부 짧은 반감기(73만년)를 가지며, 26Mg로 붕괴 이를 통해 26Al의 존재 확인 가능하다면 다음이 확실해짐 초신성 폭발은 태양계 형성 바로 직전에 일어남 초신성 폭발 후 매우 빠르게 운석이 형성됨 멸종한 방사성 핵 종은 초기 태양계에서 존재 Al/Mg의 범위가 넓을수록 잘 들어맞음 26Al/24Mg가 큰 물질은 완전 붕괴시 높은 26Mg/24Mg를 가짐