Seznamka K – Ar - K–Ar dating
Datování draslík – argon , zkráceně K – Ar datování , je radiometrická metoda datování používaná v geochronologii a archeologii . Je založena na měření produktu z radioaktivního rozpadu s izotopu z draslíku (K) do argonem (Ar). Draslík je běžný prvek nacházející se v mnoha materiálech, jako jsou živce , slídy , jílové minerály , tefra a vapority . V těchto materiálech je produkt rozkladu40
Ar
je schopen uniknout kapalné (roztavené) hornině, ale začne se hromadit, když hornina ztuhne ( rekrystalizuje ). Množství sublimace argonu, které nastane, je funkcí čistoty vzorku, složení mateřského materiálu a řady dalších faktorů. Tyto faktory zavádějí limity chyb na horní a dolní hranici datování, takže konečné určení věku závisí na faktorech prostředí během tvorby, tání a vystavení sníženému tlaku nebo na volném prostranství. Doba od rekrystalizace se vypočítá měřením poměru množství40
Ar
nahromaděné do částky 40
K
zbývající. Dlouhý poločas of40
K
umožňuje použít metodu k výpočtu absolutního stáří vzorků starších než několik tisíc let.
Rychle chlazené lávy, které vytvářejí téměř ideální vzorky pro datování K -Ar, také uchovávají záznam směru a intenzity místního magnetického pole, když se vzorek ochlazoval kolem Curieovy teploty železa. Geomagnetických čas polarita měřítku byl kalibrován do značné míry pomocí K-Ar datování.
Rozpad série
Draslík se přirozeně vyskytuje ve 3 izotopech: 39
K
(93,2581%), 40
K
(0,0117%), 41
K
(6,7302%). 39
K
a 41
K
jsou stabilní. The40
K
izotop je radioaktivní; to se rozkládá s poločasem rozpadu z1,248 × 10 9 let až40
Ca
a 40
Ar
. Přeměna na stabilní40
Ca
probíhá prostřednictvím emise elektronů ( rozpad beta ) v 89,3% případů rozpadu. Přeměna na stabilní40
Ar
nastává zachycováním elektronů ve zbývajících 10,7% událostí rozpadu.
Argon, který je vzácným plynem , je menší součástí většiny vzorků hornin geochronologického významu: Neváže se s jinými atomy v krystalové mřížce. Když40
K
chátrá na 40
Ar
; atom obvykle zůstává uvězněn v mřížce, protože je větší než prostory mezi ostatními atomy v minerálním krystalu. Může však uniknout do okolní oblasti, pokud jsou splněny správné podmínky, jako je změna tlaku nebo teploty.40
Ar
atomy jsou schopné difundovat a uniknout z roztaveného magmatu, protože většina krystalů roztála a atomy již nejsou zachyceny. Unášený argon - difúzní argon, který nedokáže uniknout z magmatu - se může znovu zachytit v krystalech, když se magma ochladí a stane se opět pevnou horninou. Po rekrystalizaci magmatu další40
K
rozpadne se a 40
Ar
se opět hromadí, spolu s unášenými atomy argonu, zachycenými v minerálních krystalech. Měření množství40
Ar
atomy se používají k výpočtu doby, která uplynula od tuhnutí vzorku horniny.
Navzdory 40
Ca
jako oblíbená dcera nuklid, to je zřídka užitečné při seznamování, protože vápník je v kůře tak běžný, s 40
Ca
je nejhojnějším izotopem. Množství původně přítomného vápníku tedy není známo a může se měnit natolik, že by mohlo zmást měření malých nárůstů způsobených radioaktivním rozpadem.
Vzorec
Poměr množství 40
Ar
k tomu z 40
K
je přímo úměrná času, který uplynul od doby, kdy byla skála dostatečně chladná na to, aby zachytila Ar podle rovnice
- ,
kde
- t je uplynulý čas
-
t 1/2 je poločas z40
K
- K f je množství40
K
zbývající ve vzorku - Ar f je množství40
Ar
nalezené ve vzorku.
Faktor měřítka 0,109 koriguje na neměřenou část 40
K
který se rozpadl na 40
Ca
; součet naměřených40
K
a zmenšené množství 40
Ar
udává množství 40
K
který byl přítomen na začátku uplynulého časového období. V praxi mohou být všechny tyto hodnoty vyjádřeny jako podíl celkového přítomného draslíku, protože jsou požadována pouze relativní, nikoli absolutní množství.
Získání dat
Získat poměr obsahu izotopů 40
Ar
na 40
K
v hornině nebo minerálu se množství Ar měří hmotnostní spektrometrií plynů uvolněných při odpařování horninového vzorku ve vakuu. Draslík je kvantifikován plamenovou fotometrií nebo atomovou absorpční spektroskopií .
Množství 40
K
se zřídka měří přímo. Spíše běžnější39
K
se měří a toto množství se pak vynásobí přijatým poměrem 40
K
/39
K
(tj. 0,0117%/93,2581%, viz výše).
Množství 40
Ar
se také měří, aby se vyhodnotilo, kolik z celkového argonu má atmosférický původ.
Předpoklady
Podle McDougall & Harrison (1999 , s. 11) musí být splněny následující předpoklady, aby vypočítaná data byla přijata jako reprezentující skutečný věk horniny:
- Mateřský nuklid, 40
K
, se rozkládá rychlostí nezávislou na jeho fyzickém stavu a není ovlivněn rozdíly v tlaku nebo teplotě. Toto je fundovaný hlavní předpoklad, společný všem metodám seznamování založeným na radioaktivním rozpadu. Ačkoli změny v elektronovém zachycení konstanty částečného rozpadu pro40
K
teoreticky výpočty naznačují, že pro tlaky v tělesu velikosti Země jsou účinky zanedbatelně malé. - The 40
K
/39
K
poměr v přírodě je konstantní, takže 40
K
se zřídka měří přímo, ale předpokládá se, že je 0,0117% celkového draslíku. Pokud v době chlazení není aktivní nějaký jiný proces, je to velmi dobrý předpoklad pro pozemské vzorky. - Radiogenní argon měřený ve vzorku byl vyroben rozpadem in situ 40
K
v intervalu od krystalizace nebo rekrystalizace horniny. Porušení tohoto předpokladu není neobvyklé. Dobře známé příklady začlenění cizích40
Ar
zahrnují chlazené sklovité hlubinné čediče, které dosud úplně nevyplynuly 40
Ar
*a fyzické znečištění magmatu zahrnutím staršího xenolitického materiálu. Metoda datování Ar – Ar byla vyvinuta pro měření přítomnosti cizího argonu. - Je třeba věnovat velkou pozornost tomu, aby se zabránilo kontaminaci vzorků absorpcí neradiogenních látek 40
Ar
z atmosféry. Rovnici lze opravit odečtením od40
Ar
naměřená hodnota množství přítomné ve vzduchu kde40
Ar
je 295,5krát hojnější než 36
Ar
. 40
Ar
zchátralý =40
Ar
naměřeno - 295,5 ×36
Ar
změřeno . - Od data datování události musel vzorek zůstat uzavřeným systémem. Nemělo tedy dojít ke ztrátě ani zisku40
K
nebo 40
Ar
*, jinak než radioaktivním rozpadem 40
K
. Odchody z tohoto předpokladu jsou celkem běžné, zejména v oblastech složité geologické historie, ale takové odchody mohou poskytnout užitečné informace, které jsou cenné pro objasnění teplotních historií. Nedostatek40
Ar
ve vzorku známého věku může znamenat úplnou nebo částečnou taveninu v tepelné historii oblasti. Spolehlivost při datování geologického prvku je zvýšena vzorkováním různorodých oblastí, které byly podrobeny mírně odlišným teplotním historiím.
Plamenová fotometrie i hmotnostní spektrometrie jsou destruktivní testy, proto je třeba věnovat zvláštní pozornost tomu, aby použité alikvoty byly skutečně reprezentativní pro vzorek. Datování Ar – Ar je podobná technika, která porovnává izotopové poměry ze stejné části vzorku, aby se tomuto problému vyhnula.
Aplikace
Vzhledem k dlouhým poločasem rozpadu z40
K
Tato technika je nejvhodnější pro datování minerálů a hornin starých více než 100 000 let. U kratších časových období je nepravděpodobné, že by to stačilo40
Ar
bude mít čas se akumulovat, aby byl přesně měřitelný. Datování K – Ar pomohlo vyvinout časové měřítko geomagnetické polarity . Ačkoli najde nejvíce využití v geologických aplikacích, hraje důležitou roli v archeologii . Jedna archeologická aplikace byla v bracketingu věku archeologických ložisek v Olduvai Gorge datováním lávových proudů nad a pod ložisky. Bylo také nepostradatelné v jiných raných východoafrických lokalitách s historií sopečné činnosti, jako je Hadar, Etiopie . Metoda K – Ar je nadále užitečná při datování minerální diageneze jílu . V roce 2017 bylo hlášeno úspěšné datování illitů vytvořené zvětráváním . Toto zjištění nepřímo vedou k datování strandflat ze západního Norska , kde byla odebrána z illit. Jílové minerály jsou tlusté méně než 2 μm a nelze je snadno ozařovat pro analýzu Ar – Ar, protože Ar odcouvá z krystalové mřížky.
V roce 2013 použila rover Mars Curiosity metodu K – Ar k datování skály na marťanském povrchu, což je poprvé, kdy byla skála datována ze svých minerálních složek, když se nacházela na jiné planetě.
Poznámky
Reference
- Aronson, JL; Lee, M. (1986). „K/Ar systematika bentonitu a břidlice v kontaktní metamorfní zóně“ . Jíly a jílové minerály . 34 (4): 483–487. Bibcode : 1986CCM .... 34..483A . doi : 10,1346/CCMN.1986.0340415 .
- McDougall, I .; Harrison, TM (1999). Geochronologie a termochronologie metodou 40 Ar/ 39 Ar . Oxford University Press . ISBN 978-0-19-510920-7.
- Tattersall, I. (1995). Fosilní stezka: Jak víme, co si myslíme Víme o evoluci člověka . Oxford University Press . ISBN 978-0-19-506101-7.
Další čtení
- „ Metodika K/ Ar a 40 K/ 39 K“ . New Mexico Geochronology Research Laboratory . Archivovány od originálu dne 17. dubna 2006.
- Michaels, GH; Fagan, BM (15. prosince 2005). „Chronologické metody 9: Seznamování mezi draslíkem a argonem“ . Kalifornská univerzita . Archivovány od originálu dne 10. srpna 2010.
- Moran, TJ (2009). „Výuka seznamování s radioizotopem pomocí geologie na Havajských ostrovech“ (PDF) . Journal of Geoscience Education . 57 (2): 101–105. Bibcode : 2009JGeEd..57..101M . doi : 10,5408/1,3544237 .