日常の目にあふれる普通の岩の年代はどうやってわかるのでしょうか？地質学者は長い間、岩石間の比較的新しい古い関係しか決定できず、正確な年代を知ることはできませんでした。相対地質年代学として知られる方法です。相対地質年代学は、地層、岩石、古生物学、古地磁気学などの研究手法に依存している。地層配列、堆積構造などの特徴によって、どの地層が早く形成され、どの地層が遅く形成されたかを区別する;異なる地層では、保存された生物化石が同じではなく、生物の進化順序によって、地層堆積の順序を識別することができる;同じ期間の全世界の生物は類似性があるので、全世界の地層を比較することができる;特殊な岩石や鉱物を持つ岩石層は、18億年前から8億年前から7億年前の間に形成されたストリップ磁性石英岩のように、相対的な地質年代を決定する指標として使用することができます。地球磁場の変化の順序も相対的な地質年代を決定するために使用することができます。
相対地質年代学は岩石の正確な年代を知ることができず、無視できない限界があります。また、地層や生物化石の方法は主に堆積岩のためですが、他の2つの主要な岩石-火成岩と変成岩はほとんどが地層の形で生産されておらず、それらの比較的新しい古いものを決定することははるかに困難です。20世紀初頭、相対地質年代学がこのようなボトルネックに達すると、物理学のブレークスルーが地質学に新たな夜明けをもたらしました。絶対地質年代学が生まれました。絶対地質年代学は本質的に放射性同位体年代学です。同位体とは、同じ元素の原子核内の陽子数が同じで中性子数が異なる原子の一種であり、周期表の中で共通の位置を占めている。不安定で自発的に様々な放射線を放射できる同位体があり、放射性同位体と呼ばれている。様々な放射線が放出されると、これらの同位体はカリウムなどの他の同位体に崩壊してアルゴンになる。すべての放射性同位体は法則に従います。崩壊前の放射性同位体が新しい同位体に変換される速度は、元の原子の数にのみ比例します。より直感的には、放射性元素の原子核が崩壊し、原子の数に関係なく、半減期が残り半分になるまでの時間は一定です。
岩石や鉱物に含まれる化学元素には微量の放射性同位体が含まれており、試料中の放射性同位体の含有量とその崩壊によって生成された新しい同位体がわかれば、その割合と既知の半減期時間から“同位体時計”の時間を見ることに相当し、岩石形成年代を正確に計算することができます。原理は単純に見えるかもしれませんが、保証すべき基本的な前提があります。長い地質学的歴史の中で、岩石や鉱物中の同位体は崩壊によって自然に変化し、損失や追加はありません。言い換えれば、地質学者は岩石の中に閉じ込められた“箱”を見つけ、その中の放射性同位体が長い歴史の中で外部の影響を受けないようにしなければならない。長年の実験研究の後、科学者たちは、岩石中の放射性同位体情報をよく保存することができるいくつかの良好な閉じ込められた鉱物を発見し、ジルコン、モノリス、黒雲母などの様々な時代に形成されたマグマ岩や変成岩に多数存在します。
現在、地質学者が岩石年代を決定するために使用する同位体崩壊系には、ウラン-トリウム-鉛、サマリウム-ネオジム、ルビジウム-ストロンチウム、カリウム-アルゴン、炭素14がある。放射性同位体崩壊の時定数は短く、ウラン-トリウム崩壊系の半減期は非常に長く、数億年前の古代岩石の測定に適しています。炭素14の半減期はわずか5，000年で、比較的若い岩石の年齢を測定するために使用されます。その結果、科学者は適切な鉱物を選択し、合理的な同位体崩壊システムを使用して幅広い岩石の年代を決定することができます。