地质年代的时间跨度太大，科学家用放射性同位素的衰变速度来进行定量测量。用来测年的同位素，在含有这种同位素岩石形成时，就一直以固定的速度发生衰变，而且衰变的产物也以相应的速度积累。最初形成的放射性元素称为“父元素”，衰变后的元素称为“子元素”。利用岩石中父元素和子元素的比例，就可以推断岩石的年龄。
岩石
科学家往往用初始量衰变一半的时间来计算。这个一半的时间称为半衰期。当父元素和子元素的数量相同时，比例为1：1，就经历了一个半衰期，当比例为1:3时，就经历了两个半衰期。三次半衰期后，比例为1:7；四次半衰期后，比例为1：15；五次半衰期后，比例为1：31。n此半衰期后，父元素和子元素比例的计算公式为1：2的n次幂减去1，n为半衰期的次数。例如，若某种不稳定同位素的半衰期是100万年，其父元素和子元素的数量之比是1:7，则表明经历了3次半衰期，样品的年龄可以确定为300万年。
自然界中有很多放射性同位素，其中铷—87， 它的半衰期是470亿年，钍—232的半衰期是141亿年，铀—238的半衰期是45亿年、铀—235的半衰期是7.13化年，以上元素用来测定百万年级的岩石年龄。测近期的地质事件时，人们通常使用 C 14。C14是碳同位素，半衰期为5730年，因此多用来测定近期地质历史事件。
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