Potasiu-Argon Metode de întâlnire: K-Ar și Ar-Ar Dating

Potasiu-argon (K-Ar) datarea izotopică metoda este utilă în special pentru determinarea vârstei lavelor. Dezvoltat în anii '50, a fost important în dezvoltarea teoriei placi tectonice și în calibrarea scara de timp geologică.

Potasiu apare în doi izotopi stabili (⁴¹K și ³⁹K) și un izotop radioactiv (⁴⁰K). Potasiu-40 se descompune cu o perioadă de înjumătățire de 1250 milioane de ani, ceea ce înseamnă că jumătate din ⁴⁰K atomii au dispărut după această perioadă de timp. Cariția sa produce argon-40 și calciu-40 într-un raport de 11 la 89. Metoda K-Ar funcționează prin numărarea acestor radiogene ⁴⁰Ar atomi prinși în minerale.

Ceea ce simplifică lucrurile este că potasiul este un metal reactiv, iar argonul este un gaz inert: potasiul este întotdeauna strâns închis în minerale, în timp ce argonul nu face parte din niciun mineral. Argonul reprezintă 1% din atmosferă. Deci, presupunând că niciun aer nu intră într-un bob mineral atunci când se formează prima dată, are un conținut zero de argon. Adică, un bob mineral proaspăt are „ceasul” K-Ar setat la zero.

Metoda se bazează pe satisfacerea unor ipoteze importante:

1. Potasiul și argonul trebuie să rămână puse în mineral în timp geologic. Acesta este cel mai greu de satisfăcut.
2. Putem măsura totul cu exactitate. Instrumentele avansate, procedurile riguroase și utilizarea mineralelor standard asigură acest lucru.
3. Cunoaștem amestecul natural precis de izotopi de potasiu și argon. Decenii de cercetare de bază ne-au oferit aceste date.
4. Putem corecta pentru orice argon din aerul care intră în mineral. Acest lucru necesită un pas suplimentar.

Având în vedere lucrul atent în domeniu și în laborator, aceste presupuneri pot fi îndeplinite.

Eșantionul de rocă care trebuie datat trebuie ales cu mare atenție. Orice alterare sau fracturare înseamnă că potasiul sau argonul sau ambele au fost perturbate. De asemenea, situl trebuie să fie semnificativ din punct de vedere geologic, în mod clar legat de rocile care poartă fosile sau alte caracteristici care au nevoie de o dată bună pentru a se alătura poveștii mari. Fluxurile de lavă care se află deasupra și sub straturile de stâncă cu fosile umane antice sunt un exemplu bun și adevărat.

Sanidina minerală, forma de temperatură ridicată a feldspat de potasiu, este cel mai de dorit. Dar mice, plagioclaza, hornblende, argile și alte minerale pot oferi date bune, la fel ca și analizele cu roci întregi. Rocile tinere au niveluri scăzute de ⁴⁰Ar, atât cât mai multe kilograme pot fi necesare. Probele de rocă sunt înregistrate, marcate, sigilate și păstrate libere de contaminare și căldură excesivă în drumul către laborator.

Probele de rocă sunt zdrobite, în echipament curat, la o dimensiune care păstrează cereale întregi de mineral care urmează a fi datate, apoi cernute pentru a ajuta la concentrarea acestor boabe ale mineralului țintă. Fracția de mărime selectată este curățată în băi cu ultrasunete și acid, apoi uscată ușor la cuptor. Mineralul țintă este separat folosind lichide grele, apoi culese manual la microscop pentru cea mai pură probă posibilă. Acest eșantion mineral este apoi copt ușor peste noapte într-un cuptor sub vid. Acești pași ajută la eliminarea cât mai multă atmosferică ⁴⁰Arătați din eșantion cât mai mult posibil înainte de a efectua măsurarea.

În continuare, proba de mineral este încălzită până la topirea într-un cuptor cu vid, alungând tot gazul. La gaz se adaugă o cantitate precisă de argon-38 ca un „vârf” pentru a ajuta la calibrarea măsurării, iar proba de gaz este colectată pe cărbune activat răcit de azot lichid. Apoi, proba de gaz este curățată de toate gazele nedorite, cum ar fi H₂O, CO₂, ASA DE₂, azot și așa mai departe până când tot ce rămâne este gaze inerte, argon printre ei.

În cele din urmă, atomii de argon sunt numărați într-un spectrometru de masă, o mașină cu complexități proprii. Se măsoară trei izotopi de argon: ³⁶Ar, ³⁸Ar, și ⁴⁰Ar. Dacă datele din această etapă sunt curate, abundența de argon atmosferic poate fi determinată și apoi scăzută pentru a produce radiogenic ⁴⁰Ar conținut. Această „corecție a aerului” se bazează pe nivelul de argon-36, care provine doar din aer și nu este creat de nicio reacție de descompunere nucleară. Acesta este scăzut și o cantitate proporțională din ³⁸Ar și ⁴⁰Ar sunt, de asemenea, scăzute. Restul ³⁸Ar este din vârf, iar cel rămas ⁴⁰Ar este radiogenic. Deoarece vârful este cunoscut cu precizie, ⁴⁰Ar este determinat prin comparație cu acesta.

Variațiile acestor date pot indica erori oriunde în proces, motiv pentru care toate etapele de pregătire sunt înregistrate în detaliu.

Analizele K-Ar costă câteva sute de dolari pe eșantion și durează o săptămână sau două.

O variantă a metodei K-Ar oferă date mai bune prin simplificarea procesului de măsurare generală. Cheia este să puneți proba minerală într-un fascicul de neutroni, care transformă potasiu-39 în argon-39. pentru că ³⁹Ar are o perioadă de înjumătățire foarte scurtă, în prealabil este garantat absența probei, deci este un indicator clar al conținutului de potasiu. Avantajul este că toate informațiile necesare pentru datarea eșantionului provin de la aceeași măsurare cu argon. Precizia este mai mare și erorile sunt mai mici. Această metodă este denumită în mod obișnuit "întâlnire argon-argon".

Procedura fizică pentru ⁴⁰ar-³⁹Întâlnirea cu Ar este aceeași cu excepția a trei diferențe:

• Înainte ca eșantionul de mineral să fie introdus în cuptorul cu vid, acesta este iradiat împreună cu probe de materiale standard de către o sursă de neutroni.
• Nu este ³⁸Este nevoie de spike.
• Patru izotopi Ar sunt măsurați: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar, și ⁴⁰Ar.

Analiza datelor este mai complexă decât în ​​metoda K-Ar, deoarece iradierea creează atomi de argon din alți izotopi în afară de ⁴⁰K. Aceste efecte trebuie corectate, iar procesul este suficient de complex pentru a necesita calculatoare.

Analizele Ar-Ar costă în jur de 1000 USD pe probă și durează câteva săptămâni.

Metoda Ar-Ar este considerată superioară, dar unele dintre problemele sale sunt evitate în metoda K-Ar mai veche. De asemenea, metoda K-Ar mai ieftină poate fi utilizată în scopuri de screening sau de recunoaștere, economisind Ar-Ar pentru cele mai solicitante sau interesante probleme.

Aceste metode de întâlnire sunt în continuă îmbunătățire de mai bine de 50 de ani. Curba de învățare a fost lungă și este departe de azi. La fiecare creștere a calității, au fost găsite și luate în considerare surse de eroare mai subtile. Materialele bune și mâinile pricepute pot produce vârste care sunt cu o valoare mai mică de 1%, chiar și în roci vechi de doar 10.000 de ani, în care cantități de ⁴⁰Ar sunt de mici dimensiuni.