Potasyum-Argon Flört Yöntemleri: K-Ar ve Ar-Ar Flört

Potasyum-argon (K-Ar) izotopik tarihleme yöntem özellikle lav yaşını belirlemek için kullanışlıdır. 1950'lerde geliştirilen bu teori, levha tektoniği ve kalibrasyonda jeolojik zaman ölçeği.

Potasyum iki kararlı izotopta (⁴¹K ve ³⁹K) ve bir radyoaktif izotop (⁴⁰K). Potasyum-40, 1250 milyon yıllık yarılanma ömrüyle bozulur, yani ⁴⁰K atomları bu zaman aralığından sonra gider. Çürümesi 11 ila 89 oranında argon-40 ve kalsiyum-40 verir. K-Ar yöntemi bu radyojenik sayılarak çalışır ⁴⁰Mineraller içinde hapsolmuş Ar atomları.

İşleri basitleştiren şey, potasyumun reaktif bir metal ve argonun inert bir gaz olmasıdır: Potasyum minerallerde her zaman sıkıca kilitlenirken argon herhangi bir mineralin parçası değildir. Argon atmosferin yüzde 1'ini oluşturuyor. Bu nedenle, ilk oluştuğunda mineral bir taneye hava girmediğini varsayarsak, sıfır argon içeriğine sahiptir. Yani, taze bir mineral tanesinin K-Ar "saati" sıfıra ayarlanmıştır.

Yöntem, bazı önemli varsayımları yerine getirmeye dayanır:

1. Potasyum ve argonun her ikisi de jeolojik zaman boyunca mineralin içine konulmalıdır. Bu tatmin edilmesi en zor olandır.
2. Her şeyi doğru ölçebiliriz. Gelişmiş aletler, titiz prosedürler ve standart minerallerin kullanımı bunu sağlar.
3. Potasyum ve argon izotoplarının doğal karışımını biliyoruz. Onlarca yıllık temel araştırmalar bize bu verileri verdi.
4. Havadaki minerale giren argonları düzeltebiliriz. Bu ekstra bir adım gerektirir.

Sahada ve laboratuvarda dikkatli çalışmalar göz önüne alındığında, bu varsayımlar karşılanabilir.

Tarihlenecek kaya örneği çok dikkatli seçilmelidir. Herhangi bir değişiklik veya kırılma, potasyum veya argon veya her ikisinin de rahatsız olduğu anlamına gelir. Site aynı zamanda jeolojik olarak anlamlı olmalı, fosil taşıyan kayalarla veya büyük hikayeye katılmak için iyi bir tarihe ihtiyaç duyan diğer özelliklerle açıkça ilişkili olmalıdır. Eski insan fosillerine sahip kaya yataklarının üstünde ve altında bulunan lav akışları iyi ve doğru bir örnektir.

Mineral sanidin, yüksek sıcaklık formu potasyum feldispat, en çok arzu edilenidir. Fakat mİka, plajiyoklaz, hornblend, killer ve diğer mineraller tam kaya analizlerinde olduğu gibi iyi veriler verebilir. Genç kayalar düşük seviyelerde ⁴⁰Ar, birkaç kilogram kadar gerekli olabilir. Kaya örnekleri kaydedilir, işaretlenir, mühürlenir ve laboratuara giderken kir ve aşırı ısıdan uzak tutulur.

Kaya örnekleri, temiz ekipman içinde, tarihlendirilecek mineralin tam tahıllarını koruyan bir boyuta ezilir, daha sonra hedef mineralin bu tanelerini konsantre etmeye yardımcı olmak için elenir. Seçilen boyut kısmı ultrason ve asit banyolarında temizlenir, daha sonra yavaşça fırında kurutulur. Hedef mineral ağır sıvılar kullanılarak ayrılır, daha sonra mümkün olan en saf numune için mikroskop altında elle toplanır. Bu mineral örneği daha sonra gece boyunca vakumlu bir fırında hafifçe pişirilir. Bu adımlar, atmosferik ortamın ⁴⁰Ölçüm yapmadan önce numuneden mümkün olduğunca ar.

Daha sonra, mineral numunesi, tüm gazı dışarı çıkararak bir vakumlu fırın içinde erimeye kadar ısıtılır. Kesin miktarda argon-38, ölçümü kalibre etmeye yardımcı olmak için bir "sivri uç" olarak gaza eklenir ve gaz numunesi, sıvı azotla soğutulan aktif kömür üzerine toplanır. Daha sonra gaz numunesi, H gibi istenmeyen tüm gazlardan temizlenir.₂O, CO₂, YANİ₂, azot vb. atıl gazlar, argon arasında.

Son olarak, argon atomları, kendi karmaşıklıklarına sahip bir makine olan bir kütle spektrometresinde sayılır. Üç argon izotopu ölçülür: ³⁶Ar, ³⁸Ar ve ⁴⁰Ar. Bu adımdaki veriler temizse, atmosferik argonun bolluğu belirlenebilir ve daha sonra radyojenik elde etmek için çıkarılabilir ⁴⁰Ar içeriği. Bu "hava düzeltmesi" sadece havadan gelen ve herhangi bir nükleer bozunma reaksiyonu tarafından yaratılmayan argon-36 seviyesine dayanır. Çıkarılır ve orantılı bir miktar ³⁸Ar ve ⁴⁰Ar da çıkarılır. Kalan ³⁸Ar başaktan ve kalan ⁴⁰Ar radyojeniktir. Başak tam olarak bilindiği için ⁴⁰Ar, onunla karşılaştırılarak belirlenir.

Bu verilerdeki varyasyonlar, sürecin herhangi bir yerinde hatalara işaret edebilir, bu nedenle tüm hazırlık adımları ayrıntılı olarak kaydedilir.

K-Ar analizleri numune başına birkaç yüz dolara mal oluyor ve bir iki hafta sürüyor.

K-Ar yönteminin bir varyantı, genel ölçüm sürecini basitleştirerek daha iyi veri verir. Anahtar, mineral numuneyi, potasyum-39'u argon-39'a dönüştüren bir nötron ışına koymaktır. Çünkü ³⁹Ar çok kısa bir yarı ömre sahiptir, önceden numunede bulunmadığı garanti edilir, bu nedenle potasyum içeriğinin açık bir göstergesidir. Avantajı, numunenin tarihlendirilmesi için gerekli olan tüm bilgilerin aynı argon ölçümünden gelmesidir. Doğruluk daha büyük ve hatalar daha düşük. Bu yönteme genellikle "argon-argon tarihleme" denir.

İçin fiziksel prosedür ⁴⁰Ar-³⁹Ar tarihlendirme üç fark dışında aynıdır:

• Mineral numune vakumlu fırına konulmadan önce, bir nötron kaynağı tarafından standart malzeme örnekleri ile birlikte ışınlanır.
• Yok ³⁸Ar başak gerekli.
• Dört Ar izotopu ölçülür: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar ve ⁴⁰Ar.

Verilerin analizi K-Ar yöntemine göre daha karmaşıktır çünkü ışınlama, diğer izotopların yanı sıra argon atomları da oluşturur ⁴⁰K. Bu efektler düzeltilmelidir ve işlem bilgisayar gerektirecek kadar karmaşıktır.

Ar-Ar analizleri numune başına yaklaşık 1000 $ 'dır ve birkaç hafta alır.

Ar-Ar yönteminin üstün olduğu düşünülür, ancak eski K-Ar yönteminde bazı sorunlardan kaçınılır. Ayrıca, daha ucuz K-Ar yöntemi tarama veya keşif amaçlı kullanılabilir, bu da Ar-Ar'ı en zorlu veya ilginç problemlere karşı korur.

Bu tarihleme yöntemleri 50 yıldan fazla bir süredir sürekli iyileştirilmektedir. Öğrenme eğrisi uzundur ve bugünden çok uzaktır. Kalitedeki her bir artışla, daha ince hata kaynakları bulundu ve dikkate alındı. İyi malzemeler ve vasıflı eller, sadece 10.000 yıllık kayalarda bile yüzde 1 içinde kesin olan yaşları verebilir. ⁴⁰Ar ortadan kayboluyor.