Načini upoznavanja s kalij-argonom: K-Ar i Ar-Ar izlasci

Kalijum-argon (K-Ar) izotopsko druženje metoda je posebno korisna za utvrđivanje starosti lava. Razvijen 1950-ih, bio je važan u razvoju teorije o tektonika ploča i u kalibraciji geološka vremenska skala.

Kalij javlja se u dva stabilna izotopa (⁴¹K i ³⁹K) i jedan radioaktivni izotop (⁴⁰K). Kalij-40 propada s razdobljem poluživota od 1250 milijuna godina, što znači da je polovica ⁴⁰K atomi nestaju nakon tog razdoblja. Njegovim raspadom daju se argon-40 i kalcij-40 u omjeru 11 do 89. K-Ar metoda djeluje brojeći ove radiogene ⁴⁰Atomi Ar zarobljeni u mineralima.

Ono što pojednostavljuje stvari je da je kalij reaktivan metal, a argon inertan plin: kalij je uvijek čvrsto zatvoren u mineralima, dok argon nije dio nikakvih minerala. Argon čini 1 posto atmosfere. Dakle, pod pretpostavkom da nijedan zrak ne uđe u mineralno zrno kada se prvi put formira, on ima nulti sadržaj argona. Odnosno, svježe mineralno zrno ima svoj K-Ar "sat" postavljeno na nulu.

Metoda se temelji na ispunjavanju nekih važnih pretpostavki:

1. Kalij i argon moraju se zadržati u mineralima tijekom geološkog vremena. Ovo je najteže za zadovoljiti.
2. Sve možemo točno izmjeriti. Napredni instrumenti, strogi postupci i upotreba standardnih minerala to osiguravaju.
3. Znamo precizan prirodni spoj izotopa kalija i argona. Desetljeća osnovnih istraživanja dala su nam ove podatke.
4. Iz zraka koji ulazi u mineral možemo ispraviti bilo koji argon. Za to je potreban dodatni korak.

S obzirom na pažljiv rad na terenu i u laboratoriju, ove se pretpostavke mogu ispuniti.

Uzorak stijene koji treba datirati mora se odabrati vrlo pažljivo. Svaka promjena ili lomljenje znači da je poremećen kalij ili argon ili oboje. Mjesto također mora biti geološki značajno, jasno povezano sa fosilnim stijenama ili drugim značajkama za koje je potreban dobar datum da bi se pridružili velikoj priči. Tokovi lave koji leže iznad i ispod kamenih korita sa drevnim ljudskim fosilima su dobar - i istinit - primjer.

Mineral sanidin, visokotemperaturni oblik kalijev feldsprat, je najpoželjnija. Ali Tinjci, plagioklaza, hornblende, glina i drugi minerali mogu dati dobre podatke, kao što to mogu i analize cijelih stijena. Mlade stijene imaju nisku razinu ⁴⁰Ar, tako da će trebati čak nekoliko kilograma. Uzorci stijena bilježe se, označavaju, zapečaćuju i drže bez kontaminacije i prekomjerne topline na putu do laboratorija.

Uzorci stijena su drobljeni, u čistoj opremi, do veličine koja omogućuje čitavo zrno minerala da se datira, zatim prosijavaju kako bi se koncentrirala ta zrna ciljanog minerala. Frakcija odabrane veličine čisti se u ultrazvučnim i kiselinskim kupkama, zatim se lagano suši u pećnici. Ciljani mineral se odvaja pomoću tečnih tekućina, a zatim se ručno uzme pod mikroskopom za najčišći mogući uzorak. Ovaj se mineralni uzorak zatim lagano peče preko noći u vakuumskoj peći. Ovi koraci pomažu u uklanjanju što više atmosfere ⁴⁰Ar iz uzorka što je više moguće prije mjerenja.

Zatim se uzorak minerala zagrijava do topljenja u vakuumskoj peći, potiskujući sav plin. Precizna količina argona-38 dodaje se plinu kao "šiljak" kako bi se pomoglo u kalibraciji mjerenja, a uzorak plina skuplja se na aktivni ugalj ohlađen tekućim dušikom. Zatim se uzorak plina čisti od svih neželjenih plinova poput H₂O, CO₂, SO₂, dušik i tako dalje sve dok ne ostane sve inertni plinovi, argon među njima.

Konačno, atomi argona broje se u masenom spektrometru, stroj s vlastitim složenostima. Mjere se tri izotopa argona: ³⁶Ar, ³⁸Ar, i ⁴⁰Ar. Ako su podaci iz ovog koraka čisti, može se utvrditi obilje atmosferskog argona, a zatim oduzeti radi dobivanja radiogena ⁴⁰Ar sadržaj. Ta se "korekcija zraka" oslanja na razinu argona-36, koja dolazi samo iz zraka i nije stvorena nikakvom reakcijom propadanja nuklearnog zraka. Oduzima se i proporcionalni iznos od ³⁸Ar i ⁴⁰Ar se također oduzimaju. Preostalo ³⁸Ar je od šiljaka, a preostali ⁴⁰Ar je radiogen. Pošto je šiljak točno poznat, ⁴⁰Ar se određuje u odnosu na njega.

Varijacije u ovim podacima mogu ukazivati ​​na pogreške bilo gdje u procesu, zbog čega su svi koraci pripreme detaljno zabilježeni.

K-Ar analize koštaju nekoliko stotina dolara po uzorku i trebaju tjedan ili dva.

Varijanta K-Ar metode daje bolje podatke pojednostavljujući cjelokupni postupak mjerenja. Ključno je staviti mineralni uzorak u neutronsku zraku, koja pretvara kalij-39 u argon-39. Jer ³⁹Ar ima vrlo kratak poluživot, zagarantirano je da prethodno neće biti u uzorku, tako da je to jasan pokazatelj sadržaja kalija. Prednost je u tome što sve informacije potrebne za datiranje uzorka potječu iz istog mjerenja argona. Točnost je veća, a pogreške manje. Ova metoda se obično naziva "datiranje argon-argon".

Fizički postupak za ⁴⁰ar-³⁹Ar datiranje je isto, osim tri razlike:

• Prije stavljanja uzorka minerala u vakuumsku pećnicu, zrači ga zajedno s uzorcima standardnih materijala izvorima neutrona.
• Ne postoji ³⁸Ar šiljak je potreban.
• Mjeri se četiri izotopa Ar: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar, i ⁴⁰Ar.

Analiza podataka je složenija nego kod K-Ar metode, jer zračenje stvara atome argona iz drugih izotopa ⁴⁰K. Ovi efekti moraju se ispraviti, a postupak je dovoljno zamršen da zahtijeva računala.

Ar-Ar analize koštaju oko 1000 USD po uzorku i trebaju nekoliko tjedana.

Ar-Ar metoda se smatra superiornom, ali neki se njeni problemi izbjegavaju u starijoj K-Ar metodi. Također, jeftinija K-Ar metoda može se koristiti za potrebe pregleda ili izviđanja, štedeći Ar-Ar za najzahtjevnije ili zanimljive probleme.

Ove metode upoznavanja kontinuirano su se poboljšavale više od 50 godina. Krivulja učenja bila je duga i daleko je od današnjeg vremena. Sa svakim povećanjem kvalitete pronađeni su i uzeti u obzir suptilniji izvori pogrešaka. Dobri materijali i vještine mogu dati dob već od 1 posto, čak i u stijenama starim samo 10 000 godina, u kojim količinama ⁴⁰Ar su nestašno malene.