The Age of the Elements

The age of the chemical elements can be estimated using radioactive decay to determine how old a given mixture of atoms is. The most definite ages that can be determined this way are ages since the solidification of rock samples. When a rock solidifies, the chemical elements often get separated into different crystalline grains in the rock. For example, sodium and calcium are both common elements, but their chemical behaviours are quite different, so one usually finds sodium and calcium in different grains in a differentiated rock.

When applied to rocks on the surface of the Earth, the oldest rocks are about 3.8 billion years old. When applied to meteorites, the oldest are 4.56 billion years old. This very well determined age is the age of the Solar System.

When applied to a mixed together and evolving system like the gas in the Milky Way, no great precision is possible. One problem is that there is no chemical separation into grains of different crystals, so the absolute values of the isotope ratios have to be used instead of the slopes of a linear fit. This requires that we know precisely how much of each isotope was originally present, so an accurate model for element production is needed. One isotope pair that has been used is rhenium and osmium: in particular Re-187 which decays into Os-187 with a half-life of 40 billion years. It looks like 15% of the original Re-187 has decayed, which leads to an age of 8-11 billion years. But this is just the mean formation age of the stuff in the Solar System, and no rhenium or osmium has been made for the last 4.56 billion years. Thus to use this age to determine the age of the Universe, a model of when the elements were made is needed. If all the elements were made in a burst soon after the Big Bang, then the age of the Universe would be t_D = 8-11 billion years. But if the elements are made continuously at a constant rate, then the mean age of stuff in the Solar System is t₀ = 11.5-17.5 billion years.

Exercises:

I. Memorise the following phrases and word combinations:

The age of the oldest star clusters - возраст старейших шаровых скоплений; the age of the oldest white dwarf stars - возраст старейших шаровых скоплений; can be estimated - может быть оценен; this page will only deal with actual age measurements - однако данная страница посвящена лишь экспериментальному измерению возраста; increases our confidence in the Big Bang model - способствует укреплению нашего доверия модели Большого взрыва; radioactive decay - явление радиоактивного распада; solidification of rock samples образования скальных пород; when a rock solidifies, the chemical elements often get separated into different crystalline grains - при образовании породы, химические элементы обычно образуют различные кристаллические структуры; when applied to rocks on the surface of the Earth - при применении к скальным породам на поверхности Земли; radioactive with half-lives - радиоактивны и имеют периоды полураспада; uranium is under abundant in the Solar System - наблюдается избыток урана в Солнечной системе; compared to the expected production ratio in supernovae - по сравнению с ожидаемым количеством при взрыве сверхновых звезд; solving simultaneous equations - решая системы уравнений

II. Translate into English using the active vocabulary of the lesson:

1. Возраст Вселенной может быть оценен исходя из космологических моделей основанных на значении Постоянной Хаббла. а также плотностей материи и темной энергии.

2. Возраст химических элементов можно оценить, используя явление радиоактивного распада с тем, чтобы определить возраст определенной смеси изотопов.

3. При применении к скальным породам на поверхности Земли, самые старые скалы показывают возраст 3.8 миллиарда лет. при применении к метеоритам, старейшие из них имеют возраст 4.56 миллиарда лет.

4. При применении к смешанным и развивающимся системам, таким как газ в Млечном Пути, высокая точность недостижима. Первая проблема состоит в том, что здесь отсутствует химическое разделение элементов по разным кристаллам, поэтому приходится использовать абсолютные значения соотношений изотопов.

5. Одна из используемых изотопных пар рений и осмий: в частности Re- 187, который разлагается до Os-187 с периодом полураспада в 40 миллиардов лет. Согласно измерениям 15% первоначального Re-187 распалось, что дает возраст в 8-11 миллиардов лет. Однако большую часть этого периода формировалась Солнечная Система, а рений и осмий не образовывались последние 4.56 миллиарда лет.

6. Если все элементы образовались в период вскоре после Большого Взрыва, тогда возраст Вселенной составит to= 8-11 миллиардов лет. Однако, если элементы образовывались непрерывно с постоянной скоростью, тогда средний возраст компонент Солнечной системы составит t₀ = 11.5-17.5 миллиардов лет

Дата добавления: 2015-09-04