Kalium-argon-Treffit: K-Ar ja Ar-Ar-treffit

Kalium-argon (K-Ar) isotooppinen treffit Menetelmä on erityisen hyödyllinen laava-ikän määrittämisessä. Se kehitettiin 1950-luvulla, ja se oli tärkeä kehitettäessä levytektoniikka ja kalibroimalla geologinen aikataulu.

kalium esiintyy kahdessa vakaassa isotoopissa (⁴¹K ja ³⁹K) ja yksi radioaktiivinen isotooppi (⁴⁰K). Kalium-40 hajoaa ja puoliintumisaika on 1250 miljoonaa vuotta, mikä tarkoittaa, että puolet ⁴⁰K-atomit ovat poissa tämän ajanjakson jälkeen. Sen hajoaminen tuottaa argon-40: n ja kalsium-40: n suhteessa 11 - 89. K-Ar-menetelmä toimii laskemalla nämä radiogeeniset ⁴⁰Mineraalien sisälle jääneet aromat.

Asioita yksinkertaistaa se, että kalium on reaktiivinen metalli ja argon on inertti kaasu: Kalium on aina tiukasti kiinni mineraaleissa, kun taas argon ei kuulu mihinkään mineraaliin. Argonin osuus ilmakehästä on yksi prosentti. Joten olettaen, että mitään ilmaa ei pääse mineraalirakeeseen sen muodostuessa, sen argonipitoisuus on nolla. Toisin sanoen tuoreen mineraaliviljan K-Ar "kello" on asetettu nollaan.

Menetelmä perustuu joidenkin tärkeiden oletusten tyydyttämiseen:

1. Kummankin kaliumin ja argonin on pysyttävä mineraalissa geologisen ajan kuluessa. Tämä on vaikein tyydyttää.
2. Voimme mitata kaiken tarkasti. Kehittyneet instrumentit, tiukka menettelytapa ja standardi mineraalien käyttö takaavat tämän.
3. Tiedämme tarkan luonnollisen kalium- ja argon-isotooppien sekoituksen. Vuosikymmenien perustutkimus on antanut meille nämä tiedot.
4. Voimme korjata minkä tahansa mineraaliin joutuvan argonin ilmasta. Tämä vaatii ylimääräisen vaiheen.

Koska huolellinen työskentely kentällä ja laboratoriossa, nämä oletukset voidaan toteuttaa.

Päivämääräinen kivinäyte on valittava erittäin huolellisesti. Mahdolliset muutokset tai hajoamiset tarkoittavat, että kalium tai argon tai molemmat ovat häiriintyneet. Sivuston on myös oltava geologisesti merkityksellinen, liittyvä selvästi fossiileja sisältäviin kiviin tai muihin ominaisuuksiin, jotka tarvitsevat hyvän päivämäärän liittyäkseen isoun tarinaan. Laavavirtaukset, jotka sijaitsevat kalliopenkkien ylä- ja alapuolella muinaisilla fossiileilla, ovat hyvä ja totta esimerkki.

Mineraal sanidiini, korkean lämpötilan muoto kalium maasälpä, on halutuin. Mutta micas, plagioklaasi, hornblende, savet ja muut mineraalit voivat tuottaa hyvää tietoa, samoin kuin koko rock -analyysit. Nuorten kivien pitoisuus on alhainen ⁴⁰Ar, jopa useita kiloja saatetaan tarvita. Kivinäytteet rekisteröidään, merkitään, suljetaan ja pidetään puhtaina saastumisesta ja liiallisesta kuumuudesta matkalla laboratorioon.

Kivinäytteet murskataan puhtaissa välineissä sellaiseen kokoon, että säilytetään päivätyn mineraalin kokonaiset jyvät, sitten seulotaan näiden kohde-mineraalin jyvien keskittymisen helpottamiseksi. Valittu kokojae puhdistetaan ultraääni- ja happohauteissa, sitten kuivataan varovasti uunissa. Kohdemineraalit erotetaan raskaita nesteitä käyttämällä, sitten poimitaan käsin mikroskoopin alla puhdasta mahdollista näytettä varten. Tätä mineraalinäytettä paistetaan sitten varovasti yön yli tyhjiöuunissa. Nämä vaiheet auttavat poistamaan niin paljon ilmakehää ⁴⁰Ar näytteestä kuin mahdollista ennen mittausta.

Seuraavaksi mineraalinäyte kuumennetaan sulamiseen tyhjöuunissa, ajaen kaiken kaasun pois. Tarkka määrä argon-38: ta lisätään kaasuun "piikkinä" mittauksen kalibroinnin helpottamiseksi, ja kaasunäyte kerätään aktiivihiilelle, joka on jäähdytetty nestemäisellä typellä. Sitten kaasunäyte puhdistetaan kaikista ei-toivotuista kaasuista, kuten H₂O, CO₂, Niin₂, typpeä ja niin edelleen, kunnes kaikki jäljelle jäänyt on inertit kaasut, argon heidän joukossaan.

Lopuksi argoniatomit lasketaan massaspektrometrissä, koneessa, jolla on omat monimutkaisuutensa. Kolme argonisotooppia mitataan: ³⁶ar, ³⁸Ar ja ⁴⁰Ar. Jos tämän vaiheen tiedot ovat puhtaita, ilmakehän argonin määrä voidaan määrittää ja vähentää sitten radiogeenisen tuottamiseksi ⁴⁰Ar sisältö. Tämä "ilmakorjaus" perustuu argon-36: n tasoon, joka tulee vain ilmasta ja jota ei luoda millään ydinvoiman hajoamisreaktiolla. Se vähennetään, ja suhteellinen määrä ³⁸Ar ja ⁴⁰Ar vähennetään myös. Jäljellä oleva ³⁸Ar on piikistä, ja loput ⁴⁰Ar on radiogeeninen. Koska piikki tunnetaan tarkasti, ⁴⁰Ar määritetään vertaamalla siihen.

Tämän tiedon variaatiot voivat viitata virheisiin missä tahansa prosessissa, minkä vuoksi kaikki valmisteluvaiheet tallennetaan yksityiskohtaisesti.

K-Ar-analyysit maksavat useita satoja dollareita näytettä kohti ja ota viikko tai kaksi.

K-Ar-menetelmän muunnelma antaa parempaa tietoa tekemällä koko mittausprosessista yksinkertaisempaa. Tärkeintä on laittaa mineraalinäyte neutronisäteeseen, joka muuntaa kalium-39 argon-39: ksi. Koska ³⁹Ar: lla on erittäin lyhyt puoliintumisaika, sen varmasti puuttuu näytteestä etukäteen, joten se on selvä kaliumpitoisuuden indikaattori. Etuna on, että kaikki näytteen seuraamiseksi tarvittavat tiedot ovat peräisin samasta argonmittauksesta. Tarkkuus on suurempi ja virheet ovat pienempiä. Tätä menetelmää kutsutaan yleisesti "argon-argon-dating".

Fyysinen menettely ⁴⁰Ar-³⁹Ar-treffit ovat samat lukuun ottamatta kolmea eroa:

• Ennen kuin mineraalinäyte laitetaan tyhjiöuuniin, se säteilytetään neutronilähteellä yhdessä standardimateriaalinäytteiden kanssa.
• Ei ole ³⁸Ar piikki tarvitaan.
• Neljä Ar-isotooppia mitataan: ³⁶ar, ³⁷ar, ³⁹Ar ja ⁴⁰Ar.

Tietojen analysointi on monimutkaisempaa kuin K-Ar-menetelmässä, koska säteilyttäminen luo argoniatomeja muista isotoopeista paitsi ⁴⁰K. Nämä vaikutukset on korjattava, ja prosessi on riittävän monimutkainen tietokoneiden vaatimiseksi.

Ar-Ar-analyysit maksavat noin 1000 dollaria per näyte ja kestävät useita viikkoja.

Ar-Ar-menetelmää pidetään parempana, mutta joitain sen ongelmista vältetään vanhemmassa K-Ar-menetelmässä. Halvempaa K-Ar-menetelmää voidaan käyttää myös seulontaan tai tiedusteluun, mikä säästää Ar-Ar: ta vaativimpiin tai mielenkiintoisimpiin ongelmiin.

Näitä treffimenetelmiä on parannettu jatkuvasti yli 50 vuoden ajan. Oppimiskäyrä on ollut pitkä ja kaukana tänään. Jokaisella laadunparannuksella on löydetty pienempiä virhelähteitä ja otettu huomioon. Hyvät materiaalit ja ammattitaitoiset kädet voivat tuottaa ikäluokan, joka on varmasti yhden prosentin sisällä, jopa 10 000 vuotta vanhoissa kivissä, joissa määriä ⁴⁰Ar ovat häviävän pieniä.