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  let40
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

Další čtení