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 ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
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

Phát huy vai trò nòng cốt của trí thức KH&CN tỉnh Cà Mau
Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Cà Mau lần thứ I, nhiệm kỳ 2026 - 2031 tổ chức thành công thực sự đã mở ra một không gian mới để hội tụ sức mạnh, tâm huyết và trí tuệ của đội ngũ trí thức tỉnh nhà, định hình con đường kiến tạo và phát triển trong kỷ nguyên mới của đất nước.
Công bố Quyết định bổ nhiệm Giám đốc, Tổng biên tập Nhà xuất bản Tri thức
Ngày 28/4, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức Hội nghị Công bố quyết định về công tác cán bộ. Tại hội nghị, TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch VUSTA đã trao Quyết định bổ nhiệm bà Bùi Thị Thu Hằng, Phó Giám đốc phụ trách, Phó Tổng biên tập NXB Tri thức giữ chức vụ Giám đốc, Tổng biên tập NXB Tri thức.
Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam tổ chức Hội nghị Ban Thường vụ - Ban Chấp hành tháng 4/2026
Ngày 28/4, tại Hà Nội, Đảng bộ Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (LHHVN) tổ chức Hội nghị Ban Thường vụ - Ban Chấp hành nhằm đánh giá kết quả công tác, đồng thời triển khai các nhiệm vụ trọng tâm, tạo chuyển biến mạnh mẽ trong công tác xây dựng Đảng và chuẩn bị cho Đại hội LHHVN nhiệm kỳ mới.
Nâng tầm sức mạnh văn hóa vùng Đất Tổ - Động lực quan trọng cho phát triển bền vững
Phát triển văn hóa và con người là nền tảng tinh thần, nguồn lực nội sinh, động lực cho phát triển nhanh bền vững. Quan điểm đó tiếp tục được khẳng định mạnh mẽ trong Nghị quyết số 80-NQ/TW của Bộ Chính trị. Nghị quyết nhấn mạnh văn hóa phải thấm sâu vào đời sống xã hội, gắn kết hài hòa với chính trị, kinh tế, môi trường, quốc phòng, an ninh, đối ngoại; thực sự trở thành sức mạnh mềm của quốc gia.
Chủ tịch Phan Xuân Dũng dự Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cà Mau lần thứ I
Ngày 23/4, Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cà Mau lần thứ I, nhiệm kỳ 2026-2031 đã thành công tốt đẹp. Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng chúc mừng, đánh giá cao những nỗ lực rất lớn của Liên hiệp Hội tỉnh, đồng thời nhấn mạnh yêu cầu đẩy mạnh TVPB, ĐMST&CĐS, lan tỏa tri thức KH&CN, phục vụ trực tiếp đời sống người dân địa phương.
Tuyên Quang: Thúc đẩy năng lực triển khai năng lực hoạt động KHCN, ĐMST và CĐS trong sinh viên
Ngày 21/4, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật (KH&KT) tỉnh Tuyên Quang phối hợp với Trường Cao đẳng Tuyên Quang tổ chức Hội thảo tập huấn, phổ biến kiến thức “Thúc đẩy năng lực triển khai hoạt động khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trong sinh viên” bằng hình thức trực tiếp và trực tuyến.