Le rocce ordinarie che riempiono la nostra visione quotidiana, come si rivela l'età di queste rocce? Per molto tempo, i geologi sono stati in grado di determinare le relazioni relative tra le rocce diverse e quelle relative, senza essere in grado di conoscere con precisione la loro età - un metodo di ricerca che è stato utilizzato è stato chiamato cronologia geologica relativa. La cronologia geologica relativa si basa principalmente su strati, rocce, paleontologia e paleomagnetismo. Secondo le caratteristiche della sequenza stratigrafica, della struttura sedimentaria e altre caratteristiche, distinguere quali strati rocciosi si formano più presto e quali si formano più tardi; in strati diversi, i fossili biologici conservati sono diversi, e in base all 'ordine evolutivo della vita, si può distinguere l'ordine successivo della sedimentazione stratigrafica; gli esseri biologici globali nello stesso periodo hanno similitudini, quindi si può confrontare la stratigrafia globale; Alcuni strati rocciosi con rocce o minerali particolari possono essere utilizzati come segni per determinare l'età geologica relativa, come ad esempio il quartzo magnetico a striscia che si è formato solo 1,8 miliardi di anni fa e tra 800 e 700 milioni di anni fa; l'ordine dei cambiamenti del campo magnetico terrestre può anche essere utilizzato per determinare l'età geologica relativa.
La cronologia geologica relativa non può determinare l'esatta età delle rocce e quindi ha limitazioni che non possono essere ignorate. Inoltre, i metodi di stratigrafia e biofossili sono principalmente per le rocce sedimentarie, ma gli altri due tipi di rocce - igne e metamorfosi - non sono per lo più sotto forma di stratigrafia, e è molto più difficile determinare la loro vecchiaia relativa. Fino all ' inizio del XX secolo, quando la geocronologia relativa raggiunse un collo di bottiglia, la grande svolta della fisica portò una nuova luce alla geologia: la geocronologia assoluta nacque. La cronologia assoluta è essenzialmente cronologia radioisotopica. Gli isotopi si riferiscono a una classe di atomi con lo stesso numero di protoni e diversi neutroni nel nucleo dello stesso elemento, che occupano insieme una posizione nella tabella periodica degli elementi. Alcuni isotopi sono instabili e sono in grado di emettere spontaneamente una varietà di raggi, chiamati radioisotopi. Durante l'emissione di vari raggi, questi isotopi decadono in altri isotopi, come il potassio in argon. Tutti gli isotopi radioattivi seguono una legge: la velocità con cui un isotopo radioattivo prima di decadere si trasforma in un nuovo isotopo è proporzionale al numero di atomi originali; più intuitivamente, il tempo (emivita) necessario per decadere il nucleo di un determinato elemento radioattivo è invariato, indipendentemente dal numero di atomi, fino a quando il decadimento è solo la metà della quantità rimasta.
Gli elementi chimici contenuti nelle rocce e nei minerali sono presenti tracce di radioisotopi, se si conosce il contenuto di un certo radioisotopo nel campione e il suo decadimento, in base alla loro proporzione e al tempo di emivita noto, è equivalente a vedere il tempo mostrato dall 'orologio isotopico, che può calcolare con precisione l'età della formazione della roccia. Il principio può sembrare semplice, ma c'è una premessa fondamentale che garantisce che, nel corso di un lungo periodo della storia geologica, questo isotopo nelle rocce e nei minerali cambia naturalmente solo attraverso il decadimento, senza alcuna perdita o aggiunta. In altre parole, i geologi dovevano trovare una "scatola " molto ben chiusa nella roccia, per garantire che i radioisotopi all ' interno fossero protetti da qualsiasi influenza esterna per un lungo periodo storico. Dopo molti anni di ricerca sperimentale, gli scienziati hanno trovato alcuni minerali chiusi, che possono conservare bene le informazioni radioisotopiche nella roccia, e sono presenti in grandi quantità nella roccia magmatica e metamorfica formata in vari periodi, come zirconia, monolitite, biotite, ecc.
Attualmente, i sistemi di decadimento isotopico comunemente utilizzati dai geologi per determinare l'età delle rocce sono uranio-torio - piombo, samario-neodymium, rubidio-stroncio, potassio-argon e carbonio - 14. Le costanti di tempo per il decadimento di diversi radioisotopi sono lunghe e brevi, come il sistema di decadimento uranio-torio, che ha un 'emivita lunga, è adatto per determinare le rocce antiche di centinaia di milioni di anni; il carbonio - 14 ha un' emivita di appena 5000 anni, e viene utilizzato per determinare l'età delle rocce più giovani. Gli scienziati possono quindi selezionare i minerali appropriati per datare una vasta gamma di rocce utilizzando un sistema di decadimento isotopico ragionevole.