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

Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam: Kiểm điểm, đánh giá chất lượng Ban Chấp hành Đảng bộ năm 2025
Ngày 12/12, Đảng bộ Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) tổ chức Hội nghị kiểm điểm đối với tập thể, cá nhân Ban Chấp hành Đảng bộ năm 2025. Đồng chí Phạm Ngọc Linh, Phó Bí thư Thường trực Đảng ủy, Phó Chủ tịch Liên hiệp hội Việt Nam chủ trì Hội nghị. Tham dự có đồng chí Phan Xuân Dũng, Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam cùng các đồng chí trong BCH Đảng bộ.
Chủ tịch Phan Xuân Dũng dẫn đoàn Việt Nam tham dự Triển lãm quốc tế về Sáng tạo khoa học công nghệ (SIIF 2025) tại Seoul
Từ ngày 3-7/12, Triển lãm quốc tế về khoa học công nghệ (SIIF 2025) được tổ chức tại thủ đô Seoul, Hàn Quốc. Theo lời mời của Hiệp hội Xúc tiến sáng chế Hàn Quốc (KIPA), Quỹ Sáng tạo kỹ thuật Việt Nam (VIFOTEC) đã thành lập đoàn tham gia Triển lãm quốc tế về khoa học công nghệ (SIIF 2025) do TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam, Chủ tịch Quỹ VIFOTEC - làm trưởng đoàn.
Tìm giải pháp truyền thông đột phá cho phát triển khoa học công nghệ
Nghị quyết 57-NQ/TW xác định vị thế khoa học, công nghệ và chuyển đổi số là chìa khóa để Việt Nam vươn mình, trở thành quốc gia phát triển. Giới chuyên gia đưa ra lộ trình cụ thể giúp truyền thông chính sách thành hành động, từ xây dựng tòa soạn thông minh đến phát triển hệ sinh thái nội dung số.
Liên hiệp Hội Việt Nam tiếp nhận kinh phí ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên bị thiệt hại do mưa lũ
Chiều ngày 09/12, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) đã tổ chức buổi tiếp nhận kinh phí ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên bị thiệt hại do mưa lũ. Đây là hoạt động tiếp nối tinh thần của Lễ phát động ủng hộ đồng bào miền Trung, Tây Nguyên do Liên hiệp Hội Việt Nam tổ chức vào ngày 24/11 vừa qua.
Trí thức Việt Nam đồng hành cùng tương lai Xanh
Đội ngũ trí thức Việt Nam luôn đóng vai trò then chốt với những đóng góp trong nghiên cứu, chuyển giao công nghệ, đổi mới sáng tạo, tư vấn chính sách và truyền cảm hứng cộng đồng. Những chuyển động mạnh mẽ về khoa học môi trường, năng lượng sạch, kinh tế tuần hoàn và công nghệ xanh trong thời gian qua có dấu ấn đậm nét của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ nước ta…
Phát huy vai trò đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong đột phá phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo
Sáng ngày 05/12, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Nữ trí thức Việt Nam (VAFIW) tổ chức Hội thảo “Phát huy vai trò đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo”.
Các nhà khoa học giao lưu, thuyết giảng tại trường đại học
Từ trí tuệ nhân tạo (AI), vật liệu bán dẫn hữu cơ, công nghệ y học đến biến đổi khí hậu và đa dạng sinh học… những buổi trò chuyện không chỉ mở rộng tri thức chuyên sâu mà còn truyền cảm hứng mạnh mẽ về hành trình chinh phục khoa học cho hàng nghìn sinh viên và giảng viên cả nước.