Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ sáu, 02/03/2007 21:22 (GMT+7)

Xác định tuổi tạo thành lõi Trái Đất theo số đo tỷ số đồng vị

1. Đồng hồ đo thang thời cỡ hàng tỷ năm

Các phương pháp xác định tuổi của các thiên thể trong vũ trụ đều dựa vào sự hiện diện của các “nguyên tố phóng xạ”.

Một số phương pháp vào việc nghiên cứu các khuyết tật hình thành trong chất rắn do bức xạ của các nguyên tố phóng xạ trong đó gây ra.

Các phương pháp khác lại dựa vào việc đo (bằng khối phổi kế) tỷ số giữa khối lượng hiện có trong mẫu của nguyên tố phóng xạ mẹ có chu kỳ bán rã (T 1/2) đã biết và khối lượng của một nguyên tố con, bền, sinh ra trong quá trình phân rã phóng xạ này.

Nếu đá và khoáng chứa các nguyên tố phóng xạ mẹ mà sau khi phân rã sẽ biến đổi thành các nguyên tố con bền vững. Trong một số điều kiện nhất định, các hạt nhân con do phóng xạ sinh ra được tích luỹ bên trong các tinh thể khoáng, do đó tỷ số các hạt nhân con chia cho các hạt nhân mẹ sẽ tăng lên theo thời gian. Tỷ số này có thể được đo rất chính xác bằng khối phổ kế và được dùng để xác định tuổi đá và khoáng dựa vào định luật phân rã phóng xạ.

Các nguyên tố xạ dùng để xác định tuổi của đá và khoáng thường sống rất lâu, có chu kỳ, bán rã cỡ tỷ năm (~10 9năm), nên phân rã rất chậm, do đó tồn tại lâu trong thiên nhiên. Vì vậy người ta đã dùng các phép đo tỷ số khối lượng giữa các cặp đồng vị nguyên tố mẹ con thường dùng:

Kali - 40 phân rã

Rubili - 87        

Samari - 147        

Reni - 187                         

Thori - 232           

Urani -235    

Urani - 238                   

→ Agon - 40 với chu kỳ bán rã

→Stronti - 87           

→ Neođym - 143            

→ Osmi - 187                     

→ Chì - 208              

→ Chì -207      

→ Chì - 206

11,8 tỷ năm

48,8

107

43

14,008

0,7038

4,468

- Tuổi của vài loại đã được xác định từ sự phân rã

Urani - 238 thành chì - 206

Urani - 235 thành chì - 207

Urani - 232 thành chì - 208

- Một dạng xác định tuổi của đá theo sự biến đổi của urani thành chì, phụ thuộc vào việc đo tỷ số của lương hêli bị bẫy trong đá chia cho lượng urani hiện diện trong mẫu (vì sự phân rã trong chuỗi):

Urani - 238     → chì - 206 giải phóng 8 hạt nhân heli

Urani - 235     → chì - 207 giải phóng 7 hạt nhân heli

Urani - 232     → chì - 208 giải phóng 8 hạt nhân heli

Một phương pháp khác xác định tuổi của đá đó là đo tỷ số giữa chì do phóng xạ sinh ra (Pb - 206, Pb - 207, Pb - 208) hiện có trong mẫu đo và chì không do nguồn gốc phóng xạ sinh ra (Pb - 204 sẵn có trong thiên nhiên với hàm lượng 1.48%). Cần lưu ý rằng các đồng vị chì - 206, 207, 208 cũng vốn đã có trong thiên nhiên với hàm lượng 23.6%; 22.6%; 52.3% tương ứng.

Các phương pháp này cho những kết quả tin cậy đối với tuổi các loại đá cỡ 10 7÷ 10 9năm.

Tuổi của Thiên Hà được xác định dơ việc đo các thành phần đồng vị của chì trong các thiên thạch ở các niên đại khác nhau rồi dùng ngoại suy. Người ta tìm được tuổi cỡ (5 ÷ 10) * 10 9năm.     

Đồng hồ (hafni - 182) / (vonfram - 182) đo thời gian tạo thành lõi Trái Đất

Ta đã biết Hệ Mặt Trời được hình thành cách đây 4.6 tỷ năm từ một đám tinh vân nguyên thuỷ. Vật chất trong đó ngưng tụ, va cham nhau thành những khối kết tập, những tiểu hành tinh và hành tinh trên Trái Đất và các hành tinh tương tự, nhiệt lượng toả ra, do sự bồi tích vật chất và sự phân rã phóng xạ của đồng vị sống ngắn (ví như nhôm 26T 1/2~ 7.38*10 5năm nhưng là nhỏ so với thời gian cỡ 10 8- 10 10năm) có thể làm nóng chảy một phần vật chất đã kết tụ, dẫn tới việc tách riêng lõi Trái Đất rất giàu về sắt và lớp vỏ manti silicat.

Việc xác định được khi nào thì lõi Trái Đất hình thành có thể cho ta những điều kiện cần thiết để tạo các mô hình diễn tả sự hình thành của các hành tinh. Thành thử sự nghiên cứu cấu tạo đồng vị của Trái Đất có thể giúp ta tìm được những yếu tố ràng buộc đó. Có điều là sự tiếp cận này lại dẫn tới mâu thuẫn giữa các mô hình đề ra.

Mới đây, có ba nhóm nghiên cứu độc lập nhau Thuỵ Sỹ - Úc, Mỹ - Pháp và Đức đã thiết lập được phương pháp đo thời gian dựa trên các số đo chính xác các thành phần đồng vị của vonfram.

Cũng giống mô hình đang thịnh hành về sự hình thành của hệ Mặt Trời, Trái Đất được bồi tụ rất nhanh trong khoảng thời gian từ vài triệu năm đến vài chục triệu năm. Muốn củng cố mô hình này, cần lý giải được điều gì xảy ra trong vài chục triệu năm đầu tiên trong Hệ Mặt Trời có tuổi 4,6 tỷ năm.

Hệ phân rã phóng xạ hafni - vonfram (Hf – W) rất thích hợp để xác định tuổi tạo thành lõi Trái Đất: đồng vị (hafni - 182) phân rã chuỗi bêta thành đồng vị bền vonfram - 182 với chu kỳ bán rã ~ 9 triệu năm. Hf - 182 cùng với vonfram - 182 và các nguyên tố tặng khác được sinh ra do các vụ nổ siêu sao mới. Thành thử Hf - 182 đã tồn tại trong tinh vân Mặt Trời nguyên thuỷ, nhưng nguồn dự trữ hafni - 182 ban đầu đó đã phân rã hết từ nâu nên không thể ngoại suy ngược về quá khứ xa xăm ngày trước.

Tuy nhiên, ta vẫn phát hiện được sự hiện diện ngày xưa của hafni - 182 trong cấu tạo đồng vị của vonfram những sai lệch ngày nay của tỷ số giữa vonfram - 182 và các đồng vị vonfram bền khác không do phóng xạ gây ra, độ biến thiên của tỷ số Hf/W trong giai đoạn sơ khai của hệ Mặt Trời.

Nghiên cứu hoá học về hệ Hf - W cũng là phương pháp xác định thời gian hình thành lõi Trái Đất có hiệu quả.

Hafni rất “ưa đá” nên lưu lại trong lớp vỏ silicat khi lõi kim loại được hình thành.

Ngược lại vonfram lại “ưa sắt”, nên có ưu thế hoà tan trong lõi kim loại. Thành thử, khi lõi đã hình thành, thì vỏ có tỷ số Hf/W cao hơn lõi. Vì thế, nếu vỏ và lõi Trái Đất có độ giàu W - 182 khác nhau thì sự chia tách vỏ - lõi đã xảy ra trước khi Hf - 182 biến mất.

Có thể lấy mẫu vonfram trong khoáng zicon (1-7%) hoặc trong các đá thiên thạch. Người ta cho rằng các thiên thạch cổ có cùng thành phần hoá như tinh vân Mặt Trời mà từ đó sinh ra Trái Đất và các hành tinh khác, không kể các nguyên tố dễ bay hơi như hyđro, heli và các chất kiềm.

Đo hàm lượng W-182 trong đá thiên thạch cổ thấy không có sai lệch với hàm lượng W-182 trong vỏ silicat của Trái Đất. Điều này chứng tỏ sự chia tách Hf và W do sự tạo thành lõi của Trái Đất phải xảy ra sau khi Hf-182 đã phân rã hết. Vì quá trình bồi tụ vật chất thành Trái Đất diễn ra rất chậm cỡ vài chục triệu năm nên lõi Trái Đất phải được hình thành khoảng 50 triệu năm sau khi Hệ Mặt Trời được khai sinh.

Nhiều nhóm nghiên cứu mới với các khối phổ kế có độ nhạy rất cao và có nhiều mẫu thiên thạch cổ hơn đã đưa ra kết luận thời gian hình thành lõi Trái Đất cỡ từ 11÷30 triệu năm sau ngày khai sinh ra Hệ Mặt Trời.

(Theo “Physics Today”, 1 – 2003)

Nguồn: Tạp chí Vật lý ngày nay, số 1 tháng 2 – 2003 trang 15.

Xem Thêm

Phát huy vai trò, trách nhiệm của đội ngũ trí thức trong sự nghiệp đổi mới, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc
Ngày 25/6/2025, tại Tp. Huế, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) chủ trì, phối hợp với Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Huế (Liên hiệp Hội TP. Huế) tổ chức Hội thảo “Phát huy vai trò, trách nhiệm của đội ngũ trí thức để góp phần tích cực cho sự nghiệp đổi mới, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc theo tinh thần Nghị quyết số 45-NQ/TW ngày 24/11/2023”.
An Giang: 8 giải pháp thực hiện đột phá phát triển khoa học công nghệ
Đến nay, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh (Liên hiệp hội tỉnh) đã tập hợp được 40 hội, tổ chức thành viên với 9.554 hội viên cá nhân, trong đó có hơn 3.451 hội viên trí thức. An Giang xác định và đề ra mục tiêu về đột phá phát triển khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số (KHCN, ĐMST, CĐS) đến năm 2030.
Thanh Hoá: Hội thảo KH về giải quyết tình trạng thiếu lao động ở nông thôn, lao động trực tiếp tham gia SX nông nghiệp
Sáng ngày 27/5/2025, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh (Liên hiệp hội) phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ, Viện Nông nghiêp tổ chức Hội thảo khoa học với chủ đề “Giải pháp giải quyết tình trạng thiếu lao động sản xuất ở khu vực nông thôn, lao động có kỹ thuật, tay nghề cao trực tiếp tham gia sản xuất nông nghiệp, nhất là nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, nông nghiệp hữu cơ”.
Bình Thuận: Đẩy mạnh ứng dụng khoa học, công nghệ vào sản xuất
Sáng ngày 27/5, tại thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh tổ chức hội thảo khoa học với chủ đề “Giải pháp đột phá trong ứng dụng tiến bộ khoa học, công nghệ vào thực tiễn quản lý và sản xuất trên địa bàn tỉnh Bình Thuận”.

Tin mới

Sửa Luật Đất đai 2024: Đề xuất 2 phương án về bảng giá đất, bỏ "nguyên tắc thị trường"
Tại Dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Đất đai 2024, Bộ Nông nghiệp và Môi trường đề xuất bỏ nguyên tắc thị trường trong xác định giá đất, thay vào đó Nhà nước đóng vai trò chủ thể xác định; đồng thời đề xuất 2 phương án khi xây dựng bảng giá đất...
Diễn đàn Dầu khí và Năng lượng 2025: Thúc đẩy hình thành hệ sinh thái năng lượng an toàn, hội nhập
Ngày 28/7, Diễn đàn Dầu khí và Năng lượng thường niên 2025 với chủ đề “Chuyển dịch năng lượng: Tầm nhìn và Hành động” đã diễn ra tại Hà Nội do Hội Dầu khí Việt Nam (Hội DKVN) phối hợp cùng Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) tổ chức. Diễn đàn là một trong những sự kiện quan trọng Chào mừng Đại hội đại biểu Đảng bộ Petrovietnam lần thứ IV, nhiệm kỳ 2025-2030.
Đoàn công tác VUSTA tham dự Cuộc họp lần thứ 33 Đại hội đồng FEIAP tại Thái Lan
Từ ngày 23-25/7/2025, đoàn công tác của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) do ông Nguyễn Quyết Chiến - Tổng Thư ký làm Trưởng đoàn đã tham dự Cuộc họp lần thứ 33 Đại hội đồng Liên đoàn các tổ chức Kỹ thuật châu Á - Thái Bình Dương (FEIAP) tại Bangkok, Thái Lan. Tham gia đoàn công tác có đại diện Ban Khoa học và Hợp tác quốc tế, Văn phòng VUSTA.
Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng dự Lễ kỷ niệm 50 năm thành lập Hội Khoa học Kinh tế Việt Nam
Hội Khoa học Kinh tế Việt Nam được thành lập ngay sau giải phóng năm 1975. Trong suốt 50 năm qua, Hội đã có nhiều đóng góp quan trọng cho hoạt động tư vấn chính sách đối với các vấn đề trọng đại của đất nước. Gần đây nhất là phản biện trong góp ý văn kiện Đại hội XIII và XIV của Đảng, các đề án tăng trưởng xanh, đường sắt cao tốc, quy hoạch vùng và dự thảo nhiều chính sách kinh tế quan trọng...
Lãnh đạo VUSTA tham dự Hội nghị IAS 2025
Đoàn công tác của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) do PGS.TS Phạm Ngọc Linh, Phó Bí thư Thường trực Đảng ủy, Phó Chủ tịch VUSTA, Giám đốc Ban Quản lý dự án Quỹ Toàn cầu - VUSTA về phòng, chống HIV/AIDS làm trưởng đoàn đã tham dự Hội nghị Khoa học quốc tế về phòng, chống HIV/AIDS 2025 (Hội nghị IAS 2025) tại Rwanda từ ngày 12/7 đến ngày 17/7/2025.
Thắp nến tri ân nhân Kỷ niệm 78 năm Ngày Thương binh Liệt sĩ
Ngày 24/7, nhân kỷ niệm 78 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ (27/7/1947–27/7/2025), Đoàn TNCS Hồ Chí Minh Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam phối hợp cùng Đoàn Thanh niên Hội Nhà báo Việt Nam và Liên minh Hợp tác xã Việt Nam trang trọng tổ chức Chương trình “Thắp nến tri ân” tưởng niệm các Anh hùng liệt sĩ tại Nghĩa trang Mai Dịch (Cầu Giấy, Hà Nội).