15 Principe des méthodes de datation en paléontologie.

Objectifs : Devenir capable de

Mots et concepts clefs :

isotope radioactivité
demi-vie décroissance radioactive
 

Notion d'isotopie

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Il existe dans la nature 90 sortes d'atomes. Un atome est constitué d'un noyau contenant des protons et des neutrons ; autour de ce noyau gravitent un certain nombre d'électrons.

Ces différentes particules possèdent certaines caractéristiques de masse et de charge électrique :

Particule

symbole

masse en kg

charge électrique

proton

p+

1,672.10-27 kg

+1

neutron

± masse p+

0

électron

e-

masse p+/1836

-1

Chaque atome possède un nombre caractéristique de protons ; le nombre d'électrons est toujours égal au nombre de protons. Ainsi,

tous les atomes

H

contiennent

1 p+ et

1 e-

C

6 p+ et

6 e-

U

92 p+ et

92 e-

...

Donc, pour reconnaître un atome, il suffit de savoir combien il compte d'électrons ou de protons. Ces nombres sont indiqués dans le tableau périodique des éléments.

Cependant, le nombre de neutrons que l'on trouve dans le noyau de l'atome n'est pas fixé de manière si simple. Ainsi,

tous les atomes

H

contiennent, en général

0 n°

C

contiennent, en moyenne

6 n°

U

contiennent, en moyenne

146 n°

...

Mais, pour un élément donné, le nombre de neutrons peut varier. Il existe, par exemple, trois sortes d'atomes de C :

le carbone 12

(12C)

dont les atomes contiennent

6 n°

le carbone 13

(13C)

dont les atomes contiennent

7 n°

le carbone 14

(14C)

dont les atomes contiennent

8 n°

On pourrait donner un grand nombre d'exemples pour les autres éléments.

Deux atomes d'un même élément qui possèdent des nombres de n° différents sont appelés atomes isotopes.

Un atome de 12C et un atome de 14C sont des atomes isotopes.

Deux atomes isotopes ont toujours des propriétés chimiques semblables, mais leurs propriétés physiques peuvent être différentes.

Parmi les propriétés physiques importantes qui varient en fonction de l'isotope considéré, on indique souvent le caractère radioactif. Ainsi, le 14C est-il radioactif, cependant que le 12C ne l'est pas.

 

Notion de radioactivité

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La radioactivité d'un atome est un phénomène lié au noyau de cet atome : on parle d'un phénomène nucléaire.

Le noyau des atomes radioactifs est plus ou moins instable et a tendance à " exploser " en morceaux plus petits ou à laisser échapper des particules énergétiques. Dans tous les cas, les fragments provenant d'un phénomène nucléaire peuvent être dangereux.

La radioactivité est un phénomène parfaitement naturel que l'Homme a appris à utiliser.

Lorsque le noyau d'un atome se désintègre, les morceaux obtenus ne contiennent plus le même nombre de neutrons ou de protons que l'atome originel. L'atome qui se désintègre se transforme en un autre élément, si bien que, à chaque désintégration, mon stock d'atomes d'origine diminue, cependant que des atomes nouveaux se forment.

La décroissance radioactive

Imaginons que nous disposons d'un certain stock (mettons un million d'atomes) d'un isotope radioactif d'un atome. Appelons le X.

A chaque instant, chaque atome de mon stock a une certaine probabilité de se désintégrer. Tout se passe comme si chaque atome jouait à une loterie ; s'il gagne, il se désintègre. Imaginons que cette loterie soit un jeu de pile ou face. Toutes les minutes, chaque atome joue à pile ou face ; si la pièce tombe sur " pile ", l'atome se désintègre.

A la première minute, chaque atome joue. Statistiquement, chacun a une chance sur deux de gagner. Après la première minute, la moitié de mon stock d'origine sera désintégrée ; il ne me restera plus que 500.000 atomes.

A la deuxième minute, chaque atome restant joue à pile ou face. Chacun a, de nouveau, une chance sur deux de gagner. Après la deuxième minute, il ne me restera que 250.000 atomes.

On peut continuer le raisonnement et on obtient un tableau du type suivant :

Temps (unités arbitraires)

Population

0
1
2
3
4
5
6
.....

1.000.000
500.000
250.000
125.000
62.500
31.250
15.625
......

Le graphique de la population en fonction du temps montre une loi exponentielle décroissante du type :

Pt = P0 . e-K . t [1]

où Pt = population à l'instant t,
P0 = population d'origine,
K = constante caractéristique de l'isotope considéré,
t = temps.
e = base des logarithmes naturels ( 2,718281828459)

La vitesse de décroissance radioactive n'est pas la même pour tous les isotopes de tous les éléments : chaque isotope possède donc sa constante de décroissance radioactive.

Une étude mathématique de la fonction exponentielle décroissante montre que la valeur de la fonction ne peut atteindre la valeur 0 qu'après un temps infini. Donc, si je possède un échantillon suffisamment grand d'atomes, mon avoir ne sera réduit à néant que dans un temps infini.

Il est donc impossible de parler du temps de vie d'un échantillon de matière radioactive : ce temps est infini.

Cependant, on parle souvent du temps de demi-vie : c'est le temps au bout duquel la quantité de matière radioactive est divisée par 2.

Dans le cas de l'exemple ci-dessus, le temps de demi-vie était d'une minute. Pour d'autres isotopes, le temps de demi-vie est différent.

Exemples :

Isotope

temps de ½ vie

unités

14C

5730

années
39Ar 269 années
42Ti 0,2 secondes
131I 8,04 jours
238U 4,46.109 années
90Th 1,4.1010 années
 

Datation par le 14C

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Principe.

Imaginons que nous disposons d'un récipient contenant aujourd'hui un million d'atomes de 14C. Chacun de ces atomes a une certaine probabilité de se désintégrer à chaque instant qui passe.

Les atomes de 14C se transforment en atomes de 14N, lors de leur désintégration radioactive : un neutron de leur noyau se transforme en proton + un électron.

14C
6 p+
8 n°

edsc6c1.jpg (761 octets)

e-

+

14N
7 p+
7 n°

Notre stock d'atomes de 14C va donc diminuer avec le temps. Le temps de 1/2 vie du 14C étant de 5730 ans, la décroissance sera relativement lente.

Si je reviens après 5730 années, le stock de départ aura donc diminué de moitié. Après 5730 nouvelles années, le stock aura encore été divisé par deux : il ne restera plus que 250.000 atomes de 14C.

Si je m'en vais pour une période indéterminée mais que, à mon retour, je compte qu'il reste 125.000 atomes de 14C, il me sera possible de dire que mon absence a duré environ 17.000 ans (3 x 5730 ans).

En conclusion, si un être vivant laisse derrière lui des récipients contenant des nombres connus d'atomes de 14C, je pourrai aisément déterminer quand ces récipients ont été déposés. Le problème est de trouver ces récipients laissés par des êtres vivants.

Remarque : calcul de la constante de désintégration K (voir formule [1]).

Nous connaissons la loi de décroissance radioactive : Pt = P0 . e-K . t

Nous connaissons maintenant le temps de 1/2 vie de certains isotopes. Nous pouvons calculer K.

Ex : le temps de 1/2 vie du 14C = 5730 ans. Donc, après 5730 ans,

le rapport Pt / P0 = 1/2

donc e-K . t = 1/2

et si t = 5730 ans ,

K = 1,21.10-4

[2]

 

Origine du 14C.

L'isotope 14 du C est constamment formé dans la haute atmosphère terrestre.Là, des neutrons qui font partie des rayons cosmiques, bombardent des atomes de 14N. La réaction nucléaire est la suivante :

14N

+

fleche.gif (918 octets)

14C

+

p+

Ces atomes de C sont très rapidement oxydés pour former des molécules de CO2.

Les êtres vivants et le 14C.

Lors de la photosynthèse, les végétaux absorbent du CO2 :

lumière

6 CO2

+

6 H2O

fleche.gif (918 octets)

C6H12O6

+

6 O2

glucose

Parmi les atomes de C contenus dans les molécules de CO2, la plupart sont des atomes de l'isotope 12 et de l'isotope 13 du C (12C et 13C) qui ne présentent aucune radioactivité. Certains atomes sont des atomes de 14C qui sont intégrés dans les tissus du végétal.

Les végétaux absorbent donc du 12C, du 13C et du 14C tout au long de leur vie et accumulent ces atomes de C. Les animaux qui mangent ces végétaux absorbent également les trois sortes d'atomes de C. Tous les êtres vivants constituent donc des " récipients " contenant des atomes de 14C, entre autres. Puisque les êtres vivants contiennent du 14C, ils sont tous radioactifs : un compteur de radioactivité permet de la montrer très facilement.

A la mort du végétal ou de l'animal, celui-ci arrête d'absorber du 14C (et pour cause !). A partir de ce moment, la quantité de 14C ne va plus faire que diminuer. En conclusion, la radioactivité des restes de l'animal ou du végétal va diminuer.

La mesure de la radioactivité due au 14C d'un être vivant est proportionnelle au nombre d'atomes de 14C présents dans son organisme. Cette mesure est proportionnelle à " Po " (voir la formule [1])

La mesure de la radioactivité due au 14C d'une substance (os, corne, bois, ...) provenant d'un être mort est proportionnelle au nombre d'atomes de 14C présents dans l'échantillon, c'est-à-dire à " P ".

Par ces deux mesures, je connais Pt / P0 = e-K . t

Donc, ln (Pt / P0) = -K . t
 
Ou

avec K = 1,21.10-4 (voir [2]). Je peux donc connaître " t ", c'est-à-dire l'âge de l'échantillon qui m'intéresse.

Limitations de la méthode.

Puisque cette méthode se base sur la radioactivité du 14C, elle ne peut être utilisée que pour étudier des échantillons contenant du C. Elle ne peut donc être utilisée que pour des substances organiques provenant d'êtres vivants.

D'autre part, il existe une limite à la précision de l'évaluation. L'incertitude sur la mesure est d'autant plus grande que l'échantillon est ancien. L'incertitude devient trop grande pour des échantillons dont l'âge dépasse les 50.000 ans. Il faut alors avoir recours à des méthodes similaires mais utilisant d'autres isotopes.

Finalement, l'analyse demande de disposer d'une quantité non négligeable d'échantillon carboné ; de plus, cet échantillon doit être détruit. Heureusement, des techniques complémentaires (spectrométrie de masse) permettent actuellement un comptage précis des atomes 14C, même sur de très petits échantillons.

 

Textes de travail

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Quelques méthodes de datation.

Les archéologues ont utilisé longtemps la datation relative qui se précise constamment ; les recherches se poursuivent en vue d'une échelle de temps absolue. Ceci serait fort utile pour donner une date à des lieux archéologiques se trouvant dans des continents différents.

[...]

La chronologie absolue avança grâce aux sciences de l'Atome. Le principe du carbone 14 repose sur l'idée que l'atmosphère imprègne tous les organismes vivants de carbone 14 isotope. A leur mort le carbone 14 se décompose par degrés connus ; ainsi l'âge d'un échantillon peut être déterminé par sa teneur en carbone 14. Cette analyse est limitée, car cette teneur en carbone n'est pas indéfinie. Il est tout de même possible de remonter jusqu'à une cinquantaine de milliers d'années. Les risques d'erreur augmentent cependant avec les années. Les éléments les plus sensibles au carbone 14 sont le charbon, les ossements et les coquillages, mais les échantillons doivent être ramassés avec le plus grand soin. Beaucoup d'erreurs furent commises au début, car les chercheurs ne comprenaient pas que ces particules pouvaient être contaminées. Par exemple, le matériel qui enveloppait chaque échantillon contenait souvent une dose additionnelle de carbone. Les racines des arbres imprégnaient les dépôts archéologiques de carbone, l'eau pouvait infiltrer du carbone dans la terre. On a maintenant surmonté ces problèmes et cette méthode est d'une grande utilité.

[...]

Depuis la Deuxième Guerre mondiale, une technique connue sous le nom de potassium-argon 40K/40Ar permit de dater les périodes anciennes. Cette méthode repose sur le même principe que celle du carbone 14 ; on découvrit que le potassium 40 se décompose en gaz argon. Il suffisait de connaître ensuite la lenteur de ce processus. Les dates ainsi obtenues sont plus anciennes et plus précises. On a atteint une autre limite de précision de 300.000 ans, ce qui représente un espace d'environ 25.000 années entre les dates récentes données par l'analyse potassium-argon et les dates anciennes données par le carbone 14. Les physiciens cherchent actuellement à développer de nouvelles techniques.

En ce qui concerne la chronologie absolue, deux autres techniques ont été découvertes, étrangères à la radiométrie. L'une fut développée en Scandinavie, l'autre aux États-Unis. La première méthode, ou méthode des varves, utilise les sédiments à varve, ou dépôt sédimentaire saisonnier, abandonnés par les eaux de fonte des glaciers scandinaves. L'épaisseur de chaque varve dépend de l'intensité de la chaleur durant l'été. Si on ne peut obtenir de façon complète le profil d'un lac particulier, on peut en trouver des profils correspondants ailleurs. En comparant ces profils du nord au sud de la Scandinavie, on peut donner une date au retrait des glaces de la dernière glaciation.

La deuxième technique, ou analyse des cercles de croissance des arbres, ou encore dendrochronologie, repose sur le même système que celui des varves. Dans ce cas la croissance annuelle des arbres qui se traduit par un nouvel anneau sert de calendrier. Les variations de la température se reflètent dans la forme de l'anneau. Les arbres d'une même région posséderont donc le même genre d'anneaux. En comparant ainsi les anneaux formés dans des arbres d'âges différents, on obtient une longue série de cercles de croissance. On peut ensuite dater un morceau de bois en le comparant à cette série, à condition que l'arbre dont provient le morceau de bois ait poussé durant la période délimitée par elle. Cette technique permit la découverte de villages indiens préhistoriques du début de notre ère.

Cette méthode de l'analyse des cercles de croissance des arbres peut aussi être utilisée pour vérifier les dates les plus récentes obtenues par la méthode carbone 14. Des coupes d'arbres dont les âges sont connus ont été carbonisées et soumises à la méthode carbone 14. Cela donna une idée précise de la marge d'erreurs qui pouvaient être commises. La dendrochronologie ne remonte pas aussi loin que la méthode carbone 14 mais elle peut vérifier des dates d'environ 3 ou 4.000 ans av. J.-C. Des recherches sont actuellement effectuées afin de vérifier les dates les plus anciennes fournies par la méthode carbone 14.

[...] D'autres techniques jouent un rôle de plus en plus important dans les méthodes de datation modernes. Elles sont basées comme le carbone 14 ou le potassium-argon, sur une technique de calcul radiométrique.

Depuis quelque temps on a essayé d'utiliser des échantillons cylindriques, ou carottes, de fonds marins. La partie supérieure du fond de la mer est composée de dépôts, ainsi que de milliers de squelettes de petites créatures et de coquillages. Ces créatures sont extrêmement sensibles aux variations de température et ne peuvent survivre que dans des conditions qui leur conviennent parfaitement. En analysant le degré de tolérance que ces espèces ont pour la chaleur ou le froid, on obtient exactement les courbes de température de la carotte. Des courbes climatiques semblables à celles des glaciations ou interglaciaires peuvent être relevées d'après des carottes extraites sur une plus grande profondeur. Non seulement ces carottes donnent des renseignements complémentaires sur les variations climatiques et servent de vérifications, mais on peut leur donner une date par la méthode radiométrique, ou méthode thorium-uranium. La teneur en uranium des coquillages change lentement en thorium. En théorie ces dates thorium-uranium devraient combler l'espace laissé par les méthodes carbone 14 et potassium-argon, mais il n'est pas toujours facile de dater des variations climatiques à l'aide de carottes, car ces dernières sont souvent incomplètes.

Waechter J.
L'Homme dans la Préhistoire (op. cit.)
pp. 16-18

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Some dating methods.

Dating Methods, in earth science, methods used to date the age of rocks and minerals. By applying this information, geologists are able to decipher the 4.6-billion-year history of the earth. The events of the geologic past-uplift of mountain ranges, opening and closing of seas, flooding of continental interiors, changes in climate-are all recorded in the strata of the earth's crust (see Chronology).

Development of Relative and Absolute Methods

With the methods then available, 19th-century geologists could only construct a relative time scale. Thus, the actual age of the earth and the duration, in millions of years, of the units of the time scale remained unknown until the dawn of the 20th century. After radioactivity was discovered, radiometric dating methods were quickly developed. With these new methods geologists could calibrate the relative scale of geologic time, thereby creating an absolute one.

The relative scale was devised mainly by application of the principles of stratigraphy. An example of these is the law of superposition, which simply states that in an undisturbed succession of strata, the youngest beds are on top and the oldest on bottom (or, the higher beds are younger than the lower).

Based on the fossils they contain, strata in one area were correlated with those in other areas. As more and more such correlations were made, geologists began to make broad groupings of strata, which became the basis for dividing geologic time into vast blocks. Thus, the history of the earth was divided into four broad eras-Pre-cambrian, Paleozoic, Mesozoic, and Cenozoic; the eras were in turn divided into a number of periods (see Geology).

Absolute Dating Methods

Although development of radiometric methods led to the first and principal breakthroughs in establishing an absolute time scale, other absolute methods were devised that have limited applications. Chief among these are dendrochronology, varve analysis, hydration dating, and TL dating.

Dendrochronology

This method of dating events and conditions of the recent past is based on the number, width, and density of annual growth rings of long-lived trees. In the southwestern United States, for example, a master tree-ring index has been constructed from the Douglas fir and bristlecone pine. This index enables dendrochronologists to date accurately events and climatic conditions of the past 3000 to 4000 years. See Tree.

Varve Analysis

One of the oldest methods employed for absolute age determination, varve analysis, was developed by Swedish scientists in the early 20th century. A varve is a sedimentary bed, or sequence of beds, deposited in a body of still water within a year's time. Counting and correlation of varves have been used to measure the ages of Pleistocene glacial deposits. By dividing the rate of sedimentation in terms of units per year by the number of units deposited following a geologic event, geologists can establish the age of the event in years.

Obsidian Hydration Dating

Also referred to as hydration rind dating or obsidian dating, this method is used to calculate ages in years by determining the thickness of rims (hydration rinds) produced by water vapor slowly diffusing into freshly chipped surfaces on artifacts made of obsidian, or recent volcanic, glass. The method is applicable to glasses 200 to 200,000 years old.

Thermoluminescence (TL) Dating

This method is based on the phenomenon of natural ionizing radiation inducing free electrons in a mineral that can be trapped in defects of the mineral's crystal lattice structure. These trapped electrons escape as TL when heated to a temperature below incandescence, so that by recording the TL of a mineral such as quartz and assuming a constant natural radiation level, the last drainage of the trapped electrons can be dated back to several hundred thousand years. In TL dating of pottery, for example, the specimen is heated until it glows with energy stored since it was fired.

Radiometric Dating

Radiometric techniques were developed after the discovery of radioactivity in 1896. The regular rates of decay for unstable, radioactive elements were found to constitute virtual " clocks " within the earth's rocks.

Basic Theory

Radioactive elements such as uranium (U) and thorium (Th) decay naturally to form different elements or isotopes of the same element. (Isotopes are atoms of any elements that differ in mass from that element, but possess the same general chemical and optical properties.) This decay is accompanied by the emission of radiation or particles (alpha, beta, or gamma rays) from the nucleus, by nuclear capture, or by ejection of orbital electrons (see Atom and Atomic Theory). A number of isotopes decay to a stable product, a so-called daughter isotope, in a single step (for example, carbon-14), whereas other series involve many steps before a stable isotope is formed. Multistep radioactive decay series include, for example, the uranium-235, uranium-238, and thorium-232 families. If a daughter isotope is stable, it accumulates until the parent isotope has completely decayed. If a daughter isotope is also radioactive, however, equilibrium is reached when the daughter decays as fast as it is formed.

Radioactive decay may take different routes. Thus, if the isotope decays by alpha emission, it loses the two protons and two neutrons that make up an alpha particle; the atomic number (number of protons) is reduced by two and the atomic mass (number of nuclear particles, or nucleons) by four. In beta decay, or electron loss, a radioactive nucleus can gain or lose one unit of electric charge without changing the number of nucleons. More radioactive substances are beta-ray emitters than alpha-ray emitters. A third important mode of decay involves electron capture; the nucleus of an atom absorbs an electron, which unites with a proton of the nucleus to form a neutron. Thus, the atomic number is reduced by one, but the mass of the nucleus remains unchanged. The fourth mode of decay, gamma radiation, consists of the emission of waves of electromagnetic energy.

Scientists describe the radioactivity of an element in terms of half-life, the time the element takes to lose 50 percent of its activity by decay. This covers an extraordinary range of time, from billions of years to a few microseconds. At the end of the period constituting one half-life, half of the original quantity of radioactive element has decayed; after another half-life, half of what was left is halved again, leaving one-fourth of the original quantity, and so on. Every radioactive element has its own half-life; for example, that of carbon-14 is 5730 years and that of uranium-238 is 4.5 billion years.

Radiometric dating techniques are based on radio-decay series with constant rates of isotope decay. Once a quantity of a radioactive element becomes part of a growing mineral crystal, that quantity will begin to decay at a steady rate, with a definite percentage of daughter products in each time interval. These "clocks in rocks" are the geologists' timekeepers.

Carbon-14 Method

Radiocarbon dating techniques, first developed by the American chemist Willard F. Libby and his associates at the University of Chicago in 1947, are frequently useful in deciphering time-related problems in archaeology, anthropology, oceanography, pedology, climatology, and recent geology. Through metabolic activity, the level of carbon-14 in a living organism remains in constant balance with the level in the atmosphere or some other portion of the earth's dynamic reservoir, such as the ocean. Upon the organism's death, carbon-14 begins to disintegrate at a known rate, and no further replacement of carbon from atmospheric carbon dioxide can take place. The rapid disintegration of carbon-14 generally limits the dating period to approximately 50,000 years, although the method is sometimes extended to 70,000 years. Uncertainty in measurement increases with the age of the sample.

Although the method is suited to a variety of organic materials, accuracy depends on the half-life to be used, variations in levels of atmospheric carbon-14, and contamination. (The half-life of radiocarbon was redefined from 5570 ± 30 years to 5730 ± 40 years in 1962, so some dates determined earlier required adjustment; and due to radioactivity more recently introduced into the atmosphere, radiocarbon dates are calculated from AD 1950.) The radiocarbon time scale contains other uncertainties, as well, and errors as great as 2000 to 5000 years may occur. Postdepositional contamination, which is the most serious problem, may be caused by percolating groundwater, incorporation of older or younger carbon, and contamination in the field or laboratory.

Potassium-Argon Method

The decay of radioactive potassium isotopes to argon is widely used for dating rocks. (The decay of potassium-40 to calcium-40 that also takes place is not useful.) Geologists are able to date entire rock samples in this way, because potassium-40 is abundant in micas, feldspars, and hornblendes. Leakage of argon is a problem if the rock has been exposed to temperatures above 125° C (257° F), because the age of the rock will then reflect the last episode of heating rather than the time of original rock formation.

Rubidium-Strontium Method

Used to date ancient igneous and metamorphic terrestrial rocks as well as lunar samples, this method is based on disintegration by beta decay of rubidium-87 to strontium-87. The method is frequently used to check potassium-argon dates, because the strontium daughter element is not diffused by mild heating, as is argon.

Methods Involving Thorium-230

Thorium ratio methods are used to date older oceanic sediments beyond the range of radiocarbon techniques. Uranium in seawater eventually decays to the thorium isotope, thorium-230 (also called ionium), which is precipitated into ocean-floor sediments. Because it has been undergoing decay longer, scientists can detect a decrease in quantity in higher levels, and a time scale can be developed in this way.

Thorium-230, part of the uranium-238 decay series, has a half-life of 80,000 years. Protactinium-231, derived from uranium-235, has a half-life of 34,300 years. Both parent elements are precipitated in the same proportions but at different rates. The ratio of the two changes regularly with time, showing greater differences in the quantity of undecayed parent isotopes in older sediments.

The ionium-thorium age method, applied to deep-sea sediments formed during the last 300,000 years, is based on the assumption that the initial ionium content of accumulating sediments has remained constant for the total section under study and is not derived from uranium decay; the age of the sample depends on this ionium excess, which decreases with time. In the ionium-deficiency method, the age of fossil shell or coral from 10,000 to 250,000 years old is based on the growth of ionium toward equilibrium with uranium-238 and uranium-224, which entered the carbonate shortly after its formation or burial. Similar disequilibrium relationships can be used to assess ages of carbonates in soils; this method is a complement to carbon-14 methodology.

Methods Involving Lead

Lead-alpha age is estimated by spectrographically determining the total lead content and alpha-particle activity (uranium-thorium content) of zircon, monazite, or xenotime concentrates. The lead-alpha, or Larsen, method is applied to rocks younger than Precambrian. In the uranium-lead method, age in years is calculated for geologic material based on the known radioactive decay rate of uranium-238 to lead-206 and of uranium-235 to lead-207. Coupled with decay rates for thorium-232 to lead-208, three independent ages may be obtained for the same sample. The determined lead-206 and lead-207 ratios can be converted into a so-called lead-lead age. The method is most applicable to materials Precambrian in age. Additionally, a uranium-uranium age, derived from the ratio of uranium-235 to uranium-238, can be calculated as a by-product of uranium-thorium-lead dating.

Fission-Track Dating

The fission-track method, also known as spontaneous fission-track dating, involves the paths, or tracks, of radiation damage made by nuclear particles in a mineral or glass by the spontaneous fission of uranium-238 impurities. Age in years is calculated by determining the ratio of spontaneous fission-track density to that of induced fission tracks. The method works best for micas, tektites, and meteorites. It has been used to help date the period from about 40.000 to 1 million years ago, an interval not covered by carbon-14 or potassium-argon methods. Rocks subjected to high temperatures or exposed to cosmic-ray bombardment at the earth's surface, however, may yield erroneous ages.

Recent Advances

New techniques date various rock deposits by determining the concentrations of rhenium and osmium isotopes in them.

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Dernière modification: 02/07/2006