Teorie
Geologický průřez kdekoli na světě představuje záznam bohaté historie celé lokality. V geologickém sloupci se střídají sedimentární vrstvy mořského nebo říčního původu, pískovce, vápence, břidlice a mezi tím vším řada záznamů o sopečné činnosti. Absolutní datování se dá použít jen pro vulkanické typy hornin, sedimentární horniny se pomocí radiometrického datování datovat v drtivé většině nedají. Přesto se dá určit jejich stáří pomocí nejbližší vulkanické vrstvy nad a pod ní.
Absolutní datování je založeno na přesném změření obsahu mateřského izotopu (nejčastěji 238U, 235U, 232Th, 87Rb, 40K) a dceřiných izotopů, které vznikají jeho rozpadem. Od okamžiku vzniku se v minerálu či hornině stálým tempem hromadí dceřiné izotopy, zatímco obsah mateřského izotopu úměrně klesá. Z naměřeného poměru izotopů lze vypočítat dobu, v níž hromadění dceřiných izotopů započalo.
Rozpadající se jádra se označují jako mateřská jádra, kdežto nově vzniklá jádra nazýváme dceřinými jádry. Jádra přirozeně radioaktivních izotopů se samovolně mění (rozpadají) na jiné izotopy třemi způsoby - alfa, beta rozpad a záchyt elektronu. Při alfa rozpadu je z mateřského jádra vystřeleno heliové jádro (dva protony a dva neutrony) a atomové číslo se tedy sníží o dva a atomová hmotnost o čtyři. Při beta rozpadu je z jádra vystřelen jeden elektron. To je možné proto, že se v jádře jeden neutron změní na proton a vznikne elektron. Atomové číslo se zvýší o jedna a atomová hmotnost zůstane stejná, jako před rozpadem. Třetím případem rozpadu je záchyt elektronu zvenčí, při kterém se jeden proton v jádře elektricky vyruší příjmem záporného náboje a změní se na neutron. Atomové číslo se sníží o jedna a atomová hmotnost zůstane stejná.
Většina mateřských jader se nerozpadá přímo, ale činí tak v sérii po sobě jdoucích, často se střídajících rozpadů. Tyto série se nazývají rozpadové řady, kterých se pro číselné datování používá celá řada. Je to například rozpadová řada U238 -> Pb206, K40 -> Ar40, Rb87 -> Sr87 nebo řada C14 -> N12. Rychlost radioaktivního rozpadu je dána tzv. poločasem rozpadu, což je doba, za kterou se počet mateřských jader sníží na polovinu.
Poločas rozpadu.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Na počátku radioaktivního rozpadu prvek obsahuje 100 % mateřských jader a 0 % dceřiných jader. S uplynulými poločasy rozpadu se podíl mateřských jader snižuje na 1/2, 1/4, 1/8 atd., zatímco počet dceřiných jader stoupá na 1/2, 3/4, 7/8 atd. K úplnému rozpadu mateřských jader však nikdy nedojde, neboť za jeden poločas rozpadu se rozpadne vždy jen polovina z předchozí poloviny mateřských jader. Délka trvání procesu je dána poměrem dceřiných ku mateřským jádrům, který můžeme zjistit z chemické analýzy datovaného minerálu nebo horniny. Z tohoto poměru zjistíme, jaký násobek poločasu rozpadu nás dělí od okamžiku, kdy se radioaktivní prvek v minerálu nebo hornině začal rozpadat, což je nejčastěji okamžik jejich vzniku. Různé poločasy rozpadu předurčují různé rozpadové řady k použití na jiný časový interval. Například, metoda U238 -> Pb206 s poločasem rozpadu 4,5 miliard let se používá k datování prekambrických hornin zatímco metoda radiouhlíku C14 -> N14 s poločasem rozpadu 5730 let se používá v archeologii a kvartérní geologii k datování objektů mladších než 50 000 let. Čím je poločas rozpadu delší, tím starší horniny jsme schopni datovat.
