天然的“时钟”

放射性元素的原子在放出α粒子或β粒子后，就了结了自己的“一生”。但是，同一种元素的原子，它们的“寿命”并非一样，它们也有个“平均寿命”，在原子核物理学中这种“平均寿命”是用“半衰期”这个专有名词来描述的。所谓“半衰期”，是指某一放射性元素在放射性衰变过程中原子数目减至原来的一半所需的时间。例如，1千克铀的一半要变成铅，得花费45亿年。剩下的0.5千克铀的一半（0.25千克）再要全部衰变成铅，还得花45亿年。依次类推，每衰变掉一半的铀就得花费45亿年时间。可见用“半衰期”来表征放射性元素的平均寿命是很适当的。

铀的半衰期是45亿年，这是很长的寿命，要知道太阳诞生至今也只有50亿年左右。钍的半衰期更长，达140亿年之久。自从地壳形成以来，只有1/6的钍原子发生了衰变。镭的半衰期是1620年，钋只有100年。钫是个“短命鬼”，它的半衰期只有21分钟。由于钫很快就衰变成其他元素了，所以，在地球上要找天然存在的钫很不容易。

放射性元素半衰期的长短悬殊，使人们可以把它们当成天然的“时钟”来使用。铀的半衰期长达45亿年，这就是一只“地质钟”，因为地质上的演变常常要花费上亿年的时间。使用这只钟时，只要将一块岩石中的铀238（238U）和铅206（206Pb）的含量加以比较。例如，其中的铀238有1克，而铅206也有1克，这表明这块岩石有45亿年的年龄了。因为这1克铅是从铀衰变而来的，原来的铀有2克，衰变掉一半只剩1克，发生这一过程的时间正好是铀的半衰期。迄今为止，用铀238测定出的地球上岩石的最大年龄为38亿岁。

然而，对于要测定生活在过去5万年左右时间内的植物和动物的化石年代来说，几亿年的半衰期太长了。这时就得用另一种放射性同位素碳14（14C），它的半衰期只有5760年。

我们知道，活的植物不断从大气中摄取二氧化碳，经光合作用后放出氧气。活的动物则从植物或从它们所食用的食草动物中摄取碳（碳14）。这样，当植物或动物在活着时，它们体内的碳14的比例和大气中碳14的比例是相同的。随着动植物的死去，它们就停止摄取大气中的碳，遗体内的一部分碳14原子的衰变，使得动植物遗体内的碳14逐渐减少。在测定动植物化石的年代时，只要将样品，例如一块炭化的陈木，用放射计数器测一下它的放射性，假定计数器每分钟记录下10个电子。然后，再取一块刚伐下来的木头，大小与陈木差不多。测定它的放射性，假定计数器每分钟记录下20个电子。两相比较可以看出，陈木中的碳14的原子只有新木的一半。也就是说，这块陈木大约是5760年前从树上砍下来的。