Metódy datovania draslíka a argónu: zoznamovanie pomocou K-Ar a Ar-Ar

Draslík-argón (K-Ar) izotopové datovania metóda je zvlášť užitočná na určenie veku lávy. Vyvinutý v 50. rokoch 20. storočia bol dôležitý pri rozvíjaní teórie dosková tektonika a pri kalibrovaní geologická časová stupnica.

draslík vyskytuje sa v dvoch stabilných izotopoch (⁴¹K a ³⁹K) a jeden rádioaktívny izotop (⁴⁰K). Draslík-40 sa rozpadá s polčasom 1250 miliónov rokov, čo znamená, že polovica ⁴⁰Atómy K sú po tomto čase preč. Jeho rozpad vedie k argónu-40 a vápniku-40 v pomere 11 ku 89. Metóda K-Ar pracuje spočítaním týchto rádiogénnych látok ⁴⁰Atómy Ar uviaznuté vo vnútri minerálov.

Zjednodušuje sa to, že draslík je reaktívny kov a argón je inertný plyn: Draslík je vždy pevne uzavretý v mineráloch, zatiaľ čo argón nie je súčasťou žiadnych minerálov. Argon tvorí 1 percento atmosféry. Takže za predpokladu, že sa vzduch nedostane do minerálneho zrna, keď sa prvýkrát tvorí, má nulový obsah argónu. To znamená, že čerstvé minerálne zrno má svoje „hodiny“ K-Ar nastavené na nulu.

Metóda sa spolieha na splnenie niektorých dôležitých predpokladov:

1. Draslík aj argón musia počas geologického času zostať v mineráli. Toto je najťažšie uspokojiť.
2. Všetko môžeme presne zmerať. Zabezpečujú to moderné prístroje, prísne postupy a používanie štandardných minerálov.
3. Poznáme presnú prirodzenú zmes izotopov draslíka a argónu. Tieto údaje nám poskytli desiatky rokov základného výskumu.
4. Môžeme opraviť akýkoľvek argón zo vzduchu, ktorý sa dostane do minerálu. Vyžaduje si to ďalší krok.

Vzhľadom na starostlivú prácu v teréne av laboratóriu je možné tieto predpoklady splniť.

Vzorka horniny, ktorá má byť datovaná, musí byť vybraná veľmi starostlivo. Akákoľvek zmena alebo zlomenie znamená, že draslík alebo argón alebo obidve boli narušené. Stránka musí byť tiež geologicky významná, musí sa zreteľne týkať skál nesúcich fosílie alebo iných prvkov, ktoré si vyžadujú dobrý dátum, aby sa mohli pripojiť k veľkému príbehu. Dobrým príkladom sú toky lávy, ktoré ležia nad a pod skalnými podložiami so starými ľudskými fosíliami.

Minerálny sanidín, vysokoteplotná forma živec draselný, je najžiadanejšia. ale sľudy, plagioklas, hornblende, íly a iné minerály môžu priniesť dobré údaje, rovnako ako analýzy celo horninami. Mladé skaly majú nízku hladinu ⁴⁰Ar, môže byť potrebných až niekoľko kilogramov. Vzorky hornín sa na ceste do laboratória zaznamenávajú, označujú, utesňujú a udržiavajú bez kontaminácie a nadmerného tepla.

Vzorky hornín sa v čistom zariadení rozdrvia na takú veľkosť, ktorá zachováva celé zrná minerálu, ktorý sa má datovať, a potom sa preosievajú, aby sa pomohlo koncentrovať tieto zrná cieľového minerálu. Vybraná frakcia veľkosti sa vyčistí v ultrazvukovom a kyslom kúpeli a potom sa jemne suší v sušiarni. Cieľový minerál sa separuje pomocou ťažkých kvapalín a potom sa ručne vyberie pod mikroskopom na najčistejšiu možnú vzorku. Táto minerálna vzorka sa potom opatrne pečie cez noc vo vákuovej peci. Tieto kroky pomáhajú odstrániť toľko atmosférického tlaku ⁴⁰Ar zo vzorky pred uskutočnením merania.

Potom sa minerálna vzorka zahrieva na tavenie vo vákuovej peci, čím sa odvádza všetok plyn. Presné množstvo argónu-38 sa pridáva do plynu ako "hrot", ktorý pomáha kalibrovať meranie, a vzorka plynu sa zbiera na aktívne uhlie ochladené kvapalným dusíkom. Potom sa vzorka plynu vyčistí od všetkých nežiaducich plynov, ako je H₂O, CO₂, SO₂, dusík atď., až kým nezostanú všetky zvyšky inertné plynymedzi nimi argón.

Nakoniec sa atómy argónu počítajú v hmotnostnom spektrometri, stroji s vlastnými zložitosťami. Zmerajú sa tri izotopy argónu: ³⁶ar, ³⁸Ar a ⁴⁰Ar. Ak sú údaje z tohto kroku čisté, je možné určiť množstvo atmosférického argónu a potom ich odpočítať, aby sa získal rádiogénny ⁴⁰Ar obsah. Táto „korekcia vzduchu“ sa spolieha na úroveň argónu-36, ktorá pochádza iba zo vzduchu a nevzniká reakciou na jadrový rozklad. Je odpočítaná a pomerná čiastka ³⁸Ar a ⁴⁰Ar sa tiež odpočítajú. Ostávajúce ³⁸Ar je z hrotu a zostávajúci ⁴⁰Ar je rádiogénny. Pretože bodec je presne známy, ⁴⁰Ar sa stanoví jeho porovnaním.

Odchýlky v týchto údajoch môžu poukazovať na chyby kdekoľvek v procese, a preto sa všetky stupne prípravy zaznamenávajú podrobne.

Analýzy K-Ar stoja niekoľko stoviek dolárov za vzorku a zaberajú týždeň alebo dva.

Variant metódy K-Ar poskytuje lepšie údaje tým, že zjednodušuje celkový proces merania. Kľúčom je vložiť minerálnu vzorku do neutrónového lúča, ktorý premieňa draslík-39 na argón-39. pretože ³⁹Ar má veľmi krátky polčas, je zaručené, že vo vzorke nie je vopred, takže je to jasný ukazovateľ obsahu draslíka. Výhodou je, že všetky informácie potrebné na datovanie vzorky pochádzajú z rovnakého merania argónu. Presnosť je väčšia a chyby sú nižšie. Táto metóda sa bežne nazýva „datovanie argón-argón“.

Fyzický postup pre ⁴⁰ar-³⁹Ar datovanie je rovnaké s výnimkou troch rozdielov:

• Pred vložením minerálnej vzorky do vákuovej rúry sa ožaruje spolu so vzorkami štandardných materiálov zdrojom neutrónov.
• Nie je ³⁸Ar špice potrebné.
• Merajú sa štyri izotopy Ar: ³⁶ar, ³⁷ar, ³⁹Ar a ⁴⁰Ar.

Analýza údajov je zložitejšia ako v metóde K-Ar, pretože ožarovanie okrem atómov izotopov vytvára atómy argónu ⁴⁰K. Tieto účinky je potrebné napraviť a proces je dosť zložitý na to, aby vyžadoval počítače.

Analýza spoločnosti Ar-Ar stojí okolo 1 000 dolárov za vzorku a trvá niekoľko týždňov.

Metóda Ar-Ar sa považuje za lepšiu, ale niektorým jej problémom sa pri staršej metóde K-Ar vyhýba. Lacnejšiu metódu K-Ar možno tiež použiť na účely skríningu alebo prieskumu, čím Ar-Ar ušetríte na najnáročnejšie alebo najzaujímavejšie problémy.

Tieto metódy datovania sa neustále zlepšujú už viac ako 50 rokov. Krivka učenia je dlhá a zďaleka nie je dnes. Pri každom zvýšení kvality sa našli a zohľadnili jemnejšie zdroje chýb. Dobré materiály a zručné ruky môžu priniesť vek, ktorý je istý s presnosťou na 1 percento, dokonca aj v skalách starých len 10 000 rokov, v ktorých je množstvo ⁴⁰Ar sú mizne malé.