Kalium-Argon dateringsmetoder: K-Ar og Ar-Ar Dating

Kalium-argon (K-Ar) isotopisk datering metoden er spesielt nyttig for å bestemme lavas alder. Utviklet på 1950-tallet, var det viktig å utvikle teorien om platetektonikk og ved kalibrering av geologisk tidsskala.

kalium forekommer i to stabile isotoper (⁴¹K og ³⁹K) og en radioaktiv isotop (⁴⁰K). Kalium-40 forfall med en halveringstid på 1250 millioner år, noe som betyr at halvparten av ⁴⁰K-atomer er borte etter det tidsspennet. Forfallet gir argon-40 og kalsium-40 i forholdet 11 til 89. K-Ar-metoden fungerer ved å telle disse radiogene ⁴⁰Ar atomer fanget i mineraler.

Det som forenkler ting er at kalium er et reaktivt metall og argon er en inert gass: Kalium er alltid tett innelåst i mineraler mens argon ikke er en del av noen mineraler. Argon utgjør 1 prosent av atmosfæren. Så forutsatt at ingen luft kommer inn i et mineralkorn når det først dannes, har det null argoninnhold. Det vil si at et ferskt mineralkorn har sin K-Ar "klokke" satt til null.

Metoden er avhengig av å tilfredsstille noen viktige forutsetninger:

1. Kalium og argon må begge forbli satt i mineralet over geologisk tid. Dette er den vanskeligste å tilfredsstille.
2. Vi kan måle alt nøyaktig. Avanserte instrumenter, strenge prosedyrer og bruk av standardmineraler sikrer dette.
3. Vi kjenner den nøyaktige naturlige blandingen av kalium- og argonisotoper. Tiår med grunnleggende forskning har gitt oss disse dataene.
4. Vi kan korrigere for ethvert argon fra luften som kommer inn i mineralet. Dette krever et ekstra skritt.

Gitt nøye arbeid i felt og på laboratoriet, kan disse forutsetningene oppfylles.

Bergprøven som skal dateres må velges veldig nøye. Enhver endring eller brudd betyr at kaliumet eller argonet eller begge deler har blitt forstyrret. Nettstedet må også være geologisk meningsfylt, tydelig relatert til fossile bærende bergarter eller andre funksjoner som trenger en god dato for å bli med i den store historien. Lavastrømmer som ligger over og under steinsenger med eldgamle menneskelige fossiler er et godt - og sant - eksempel.

Mineralet sanidine, den høye temperaturformen av kaliumfeltspat, er det mest ønskelige. Men micas, plagioclase, hornblende, leire og andre mineraler kan gi gode data, i tillegg til helbergsanalyser. Unge bergarter har lave nivåer av ⁴⁰Ar, så mye som flere kilo kan være nødvendig. Bergprøver registreres, merkes, forsegles og holdes fri for forurensning og overdreven varme på vei til laboratoriet.

Bergprøvene knuses, i rent utstyr, til en størrelse som bevarer hele korn av mineralet som skal dateres, og siktes deretter for å hjelpe til med å konsentrere disse kornene til målmineralet. Den valgte størrelsesfraksjonen rengjøres i ultralyd- og syrebad og deretter tørkes forsiktig i ovnen. Målmineralet blir separert ved bruk av tunge væsker, deretter håndplukket under mikroskopet for en renest mulig prøve. Denne mineralprøven bakes deretter forsiktig over natten i en vakuumovn. Disse trinnene hjelper deg med å fjerne så mye atmosfære ⁴⁰Du kommer fra prøven som mulig før du foretar målingen.

Deretter varmes mineralprøven til smelting i en vakuumovn, og driver ut all gassen. En presis mengde argon-38 tilsettes gassen som en "pigge" for å hjelpe med å kalibrere målingen, og gassprøven blir samlet på aktivert trekull avkjølt med flytende nitrogen. Deretter renses gassprøven for alle uønskede gasser som H₂O, CO₂, SÅ₂, nitrogen og så videre til alt som gjenstår er inerte gasser, argon blant dem.

Til slutt telles argonatomene i et massespektrometer, en maskin med sine egne kompleksiteter. Tre argonisotoper måles: ³⁶Ar, ³⁸Ar, og ⁴⁰Ar. Hvis dataene fra dette trinnet er rene, kan mengden av atmosfærisk argon bestemmes og deretter trekkes fra for å gi radiogenisk ⁴⁰Ar innhold. Denne "luftkorreksjonen" er avhengig av nivået av argon-36, som bare kommer fra luften og ikke er skapt av noen kjernefysisk forfallreaksjon. Det er trukket fra, og en proporsjonal mengde av ³⁸Ar og ⁴⁰Ar blir også trukket fra. Det gjenværende ³⁸Ar er fra piggen, og de resterende ⁴⁰Ar er radiogen. Fordi piggen er nøyaktig kjent, er ⁴⁰Ar bestemmes ved sammenligning med den.

Variasjoner i disse dataene kan peke på feil hvor som helst i prosessen, og det er grunnen til at alle trinnene i forberedelsen blir registrert i detalj.

K-Ar-analyser koster flere hundre dollar per prøve og tar en uke eller to.

En variant av K-Ar-metoden gir bedre data ved å gjøre den generelle måleprosessen enklere. Nøkkelen er å sette mineralprøven i en nøytronstråle, som omdanner kalium-39 til argon-39. Fordi ³⁹Ar har en veldig kort halveringstid, det er garantert fraværende i prøven på forhånd, så det er en tydelig indikator på kaliuminnholdet. Fordelen er at all informasjonen som trengs for datering av prøven kommer fra samme argonmåling. Nøyaktigheten er større og feilene er lavere. Denne metoden kalles ofte "argon-argon dating."

Den fysiske prosedyren for ⁴⁰Ar³⁹Ar-datering er den samme, bortsett fra tre forskjeller:

• Før mineralprøven settes i vakuumovnen, bestråles den sammen med prøver av standardmaterialer av en nøytronkilde.
• Det er ingen ³⁸Ar pigg trengte.
• Fire Ar-isotoper måles: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar, og ⁴⁰Ar.

Analysen av dataene er mer kompleks enn i K-Ar-metoden fordi bestrålingen skaper argonatomer fra andre isotoper foruten ⁴⁰K. Disse effektene må korrigeres, og prosessen er intrikat nok til å kreve datamaskiner.

Ar-Ar-analyser koster rundt $ 1000 per prøve og tar flere uker.

Ar-Ar-metoden anses som overlegen, men noen av problemene unngås i den eldre K-Ar-metoden. Den billigere K-Ar-metoden kan også brukes til screening eller rekognosering, og sparer Ar-Ar for de mest krevende eller interessante problemene.

Disse dateringsmetodene har vært under konstant forbedring i mer enn 50 år. Læringskurven har vært lang og er langt fra over i dag. Med hvert økning i kvalitet er mer subtile feilkilder funnet og tatt i betraktning. Gode ​​materialer og dyktige hender kan gi aldre som er sikre på innen 1 prosent, selv i bergarter bare 10 000 år gamle, hvor mengder av ⁴⁰Ar er forsvinnende små.