当我们观察到地球表面的岩石和化石，常常会惊叹于它们的年龄，动辄以“亿年”为单位。那么，我们是如何得知它们的“岁数”的呢？其实，测量它们的年龄并不复杂，只需一把合适的“尺子”即可。
自然界中，某些放射性同位素的特性为我们提供了这把“尺子”。这些同位素自身的变化时间单位也是亿年，例如铷-87，它的半衰期约为500亿年。那么，是否可以利用这500亿年的半衰期来探究地质年代的问题呢？
答案是肯定的。自从1896年法国物理学家亨利·贝克勒尔发现了某些元素天然具有放射性衰变的现象后，岩石本身便为我们提供了测定绝对年代的可靠依据。利用这些放射性元素的衰变，我们可以追溯的时间范围从几百年到几十亿年不等。
让我们深入理解一下相关的知识。放射性元素是一类内部不稳定的元素，它们会自发地放射粒子、射线和能量，转变为另一种稳定的元素。典型的放射性元素包括、钍、镭等。而同位素则是同一元素中质子数相同但中子数不同的形态。有些元素的同位素有放射性，称为放射性同位素。它们以恒定的速度进行衰变，不受外界环境的影响。
地壳中的矿物、岩石以及化石从形成之日起，都含有一定量的放射性同位素，并持续进行衰变。随着时间的推移，母体的数量逐渐减少，子体的数量逐渐增多。我们可以通过测量母体与子体同位素的数量关系来推断这些化石及含化石地层的绝对年龄。例如，铷-87就是由不稳定的铷原子释放射线和能量，最终衰变成稳定的锶-87元素。
瑞典生物学家林奈曾言：“坚硬的岩石并非原始，而是时间的女儿。”岩石、化石所含的天然放射性同位素的衰变与时间是紧密相关的。并非所有的岩石、化石都能用放射性同位素来测定其绝对年龄。只有那些半衰期与地球年龄相当且能用现代技术精确测定其含量和同位素比值的岩石、化石才能使用此方法。
我们会选择半衰期较长的同位素如钾-氩、铷-锶、-铅来测定较古老的岩石的地质年龄。而碳-14因其较短的半衰期，则主要用于测定最新的地质事件和考古资料。
碳-14是如何产生的呢？当宇宙射线穿过大气层时，会与空气中的氮同位素氮-14碰撞，从而生成碳-14。这种碳-14具有放射性，容易与大气中的氧化合形成有放射性的二氧化碳。植物在光合作用过程中会吸收这些碳-14，因此动物体内也会有碳-14的存在。当生物死亡后被埋在地下，其体内的碳-14会不断衰变。通过测量碳-14的含量，我们可以计算出化石的确切年龄。
虽然同位素年龄的测定可能存在一定误差，但它仍是测定无化石的前寒武纪岩石年代的重要依据。
举个简单的例子，如何通过铷-锶来推算地质年代呢？我们需要选取有代表性的单矿物样品，如正长石、黑云母等，并进行一系列化学处理以分离出所需的元素。接着，使用质谱计或现代常用的电感耦合等离子体质谱仪来测定Sr-87和Sr-86的比值，以及Rb-87和Sr-86的比值。经过进一步计算，我们就可以得到当时地质活动的时间。