Nauką zajmującą się rachubą czasu i datowaniem zjawisk w historii Ziemi jest geochronologia, którą dzielimy na względną i bezwzględną.
Geochronologia względna określa wiek warstw skalnych i czas trwania procesów geologicznych na podstawie następstwa warstw lub względem warstw przyjętych za wzorcowe.
Geochronologia bezwzględna określa wiek skał w latach.
Metody określania wieku względnego
Metoda stratygraficzna pozwala na poznanie względnego wieku skał na podstawie ułożenia warstw skalnych; jeżeli warstwy skalne w ciągu dziejów nie zostały przemieszczone (w wyniku procesów geologicznych) i znajdują się w położeniu pierwotnym, wówczas warstwy leżące głębiej są starsze, a młodsze to te, które leżą wyżej. Metody tej nie możemy stosować na obszarach, na których dochodziło do ruchów tektonicznych i warstwy skalne przemieściły się i uległy zaburzeniu.
Metoda tektoniczna, za pomocą, której można określić wiek ruchów mas skalnych; jeżeli na warstwach pofałdowanych skał leżą warstwy o poziomym ułożeniu, możemy wówczas wywnioskować, że najpierw powstały warstwy spodnie, które zostały sfałdowane, a następnie na nich osadziły się warstwy o układzie poziomym; jednym słowem – fałdowanie miało miejsce po utworzeniu się skał sfałdowanych, a przed osadzeniem się utworów leżących poziomo.
Metoda paleontologiczna polega na ustaleniu wieku skał na podstawie wieku znajdujących się w nich skamieniałości przewodnich, czyli takich, które żyły dość krótko, ale za to były bardzo rozpowszechnione (ich szczątki znajdujemy w wielu miejscach kuli ziemskiej); znajdując szczątki tych organizmów w formacjach skalnych położonych w różnych miejscach na kontynencie, możemy wnioskować, że skały te powstały w tym samym czasie.
Metody określania wieku bezwzględnego
Do określenia wieku bezwzględnego wykorzystuje się metody radiometryczne polegające na określeniu wieku badanej próbki wykorzystując prawa rozpadu promieniotwórczego.
Metoda węglowa (radiowęglowa)
Jest stosowana do oceny wieku materiałów pochodzenia organicznego. Polega na pomiarze stosunku ilości zawartych w nich izotopów węgla 12C i 14C.
Promieniotwórczy izotop 14C powstaje w atmosferze z zawartego w niej azotu i rozpada się (z okresem połowicznego rozpadu 5730 lat) w wyniku przemiany b–. Izotop węgla 14C wchodzi w różne reakcje chemiczne, m.in. prowadzące do utworzenia CO2. W procesie fotosyntezy CO2 jest przyswajany przez organizmy żywe, w których utrzymuje się ustalony stosunek pomiędzy ilością węgla promieniotwórczego i niepromieniotwórczego. Po obumarciu substancji organicznej - wskutek zmniejszania się zawartości promieniotwórczego 14C - stosunek ten się zmienia.
Oznaczając stosunek zawartości izotopów obu węgli w próbce można określić czas obumarcia badanego obiektu. Metoda ta pozwala na datowanie obiektów nie starszych niż 70 tys. lat.
Jeżeli znamy stężenie węgla w biosferze w chwili przerwania metabolizmu, to możemy obliczyć jej wiek korzystając ze wzoru:
gdzie:
a0 - aktywność w momencie przerwania metabolizmu - aktywność początkowa
a - aktywność próbki odniesiona do roku 1950
T - czas połowicznego rozpadu izotopu
Metoda ołowiowa
Za jej pomocą określa się wiek minerałów zawierających tor, uran lub ich domieszki. Metoda ta opiera się na pomiarach zawartości izotopów promieniotwórczych 238U, 235U lub 232Th oraz powstających z nich, w wyniku kolejnych przemian, trwałych izotopów ołowiu 206 Pb, 207Pb lub 208Pb.
Wiek minerałów oblicza się na podstawie stosunku zawartości poszczególnych par izotopów, np. 238U i 206Pb.
Radiogeniczne izotopy ołowiu gromadzą się w skałach jako produkty rozpadu uranu i toru:
Wiek można obliczyć na podstawie stosunku izotopu macierzystego do końcowego zgodnie ze wzorami:
Metoda potasowo-argonowa
Służy do oceny wieku minerałów potasu, zwłaszcza biotytu i muskowitu, gdzie wykorzystuje się stosunek zawartości 40K i produktu jego rozpadu 40Ar.
Izotop potasu rozpada się przez emisję b- (80%) oraz wychwyt K (12%). W wyniku tych rozpadów powstają odpowiednio izotopy i.
Wiek można określić na podstawie stosunku izotopowego . Wartość tego stosunku wyraża się wzorem,
Skąd otrzymujemy następujący wzór na wiek próbki:
Inną metodą wykorzystującą argon jest metoda oparta na badaniu stosunku .
Metoda rubidowo-strontowa
Pozwala ustalić wiek związków chemicznych na podstawie wyników pomiaru zawartości promieniotwórczego 87 Rb i trwałego 87Sr.
Zawarty w minerale izotop rozpada się przez rozpady b- w wyniku czego powstaje izotop strontu . Wiek próbki można obliczyć na podstawie wzoru:
