Kalio-argono pažintys: K-Ar ir Ar-Ar

Kalio argonas (K-Ar) izotopiniai pasimatymai metodas ypač naudingas nustatant lavos amžių. Sukurtas šeštajame dešimtmetyje, jis buvo svarbus plėtojant plokštelinė tektonika ir kalibruojant geologinė laiko skalė.

Kalis atsiranda dviejuose stabiliuose izotopuose (⁴¹K ir ³⁹K) ir vienas radioaktyvusis izotopas (⁴⁰K). Kalio-40 skilimo pusperiodis yra 1250 milijonų metų, tai reiškia, kad pusė jo ⁴⁰K atomų po tam tikro laiko nebebus. Jo skilimo metu gaunami argono-40 ir kalcio-40 santykis nuo 11 iki 89. K-Ar metodas veikia skaičiuojant šiuos radiogeninius ⁴⁰Arkų atomai, įstrigę mineralų viduje.

Tai supaprastina tai, kad kalis yra reaktyvus metalas, o argonas - inertinės dujos: Kalis visada yra sandariai uždarytas mineraluose, o argonas nėra jokių mineralų dalis. Argonas sudaro 1 procentą atmosferos. Taigi darant prielaidą, kad joks oras nepatenka į mineralinius grūdus, kai jie nesusidaro, jo argono kiekis nulis. Tai yra, šviežių mineralinių grūdų K-Ar „laikrodis“ yra nustatytas ties nuliu.

Metodas priklauso nuo tam tikrų svarbių prielaidų patenkinimo:

1. Kalis ir argonas per geologinį laiką turi likti mineralo sudėtyje. Tai sunkiausia patenkinti.
2. Viską galime tiksliai išmatuoti. Pažangūs instrumentai, griežtos procedūros ir standartinių mineralų naudojimas tai užtikrina.
3. Mes žinome tikslų natūralų kalio ir argono izotopų mišinį. Dešimtmečiai pagrindinių tyrimų davė mums šiuos duomenis.
4. Mes galime ištaisyti bet kokį argono iš oro, kuris patenka į mineralą. Tam reikia papildomo žingsnio.

Atsižvelgiant į kruopštų darbą lauke ir laboratorijoje, šias prielaidas galima įvykdyti.

Uolienos mėginį, kurį reikia datuoti, reikia pasirinkti labai atsargiai. Bet koks pakeitimas ar suskaidymas reiškia, kad buvo sutrikdytas kalis, argonas arba abu. Aikštelė taip pat turi būti geologiškai prasminga, aiškiai susijusi su iškastines akmenimis ar kitomis ypatybėmis, kurioms reikia tinkamos datos, kad prisijungtumėte prie didelės istorijos. Lavos srautai, esantys virš ir žemiau uolienų lovų su senovės žmonių fosilijomis, yra geras ir tikras pavyzdys.

Mineralinis sanidinas, aukštos formos kalio lauko špagas, yra geidžiamiausias. Bet micas, plagioklazė, raguolis, molis ir kiti mineralai gali duoti gerų duomenų, kaip ir viso akmens analizė. Jaunų uolienų lygis yra žemas ⁴⁰Ar, taigi gali prireikti net kelių kilogramų. Uolienų pavyzdžiai registruojami, paženklinami, uždaromi ir pakeliui į laboratoriją laikomi neužteršti ir per daug karščio.

Uolienų pavyzdžiai susmulkinami švarioje įrangoje tokiu mastu, kad būtų išsaugoti nesmulkinti mineralo grūdai, kuriuos reikia datuoti, o po to sijojami, kad būtų lengviau sukoncentruoti šiuos tikslinio mineralo grūdus. Pasirinkto dydžio frakcija išvaloma ultragarsu ir rūgštinėse voniose, po to švelniai džiovinama orkaitėje. Tikslinis mineralas yra atskirtas sunkiaisiais skysčiais, po to mikroskopu imamas rankomis, kad būtų kuo grynesnis mėginys. Tada šis mineralinis mėginys švelniai kepamas per naktį vakuuminėje krosnyje. Šie veiksmai padeda pašalinti kuo daugiau atmosferos ⁴⁰Arba iš mėginio prieš matavimą.

Tada mineralinis mėginys kaitinamas iki lydymosi vakuuminėje krosnyje, išleidžiant visas dujas. Tikslus kiekis argono-38 pridedamas prie dujų kaip „smaigas“, kad būtų lengviau sukalibruoti matavimus, ir dujų mėginys surenkamas ant aktyvuotos anglies, atvėsintos skystu azotu. Tada dujų mėginys išvalomas nuo nepageidaujamų dujų, tokių kaip H₂O, CO₂, SO₂, azoto ir pan., kol liks tiktai inertinės dujos, argonas tarp jų.

Galiausiai argono atomai suskaičiuojami masių spektrometru, mašina su savo sudėtingumu. Išmatuoti trys argono izotopai: ³⁶Ar, ³⁸Ar ir ⁴⁰Ar. Jei šio žingsnio duomenys yra švarūs, galima nustatyti atmosferos argono gausą ir tada atimti, kad būtų gautas radiogeninis poveikis. ⁴⁰Ar turinys. Ši „oro korekcija“ priklauso nuo argono-36 lygio, kuris patenka tik iš oro ir nėra sukurtas jokios branduolinio skilimo reakcijos. Jis atimamas ir proporcinga suma ³⁸Ar ir ⁴⁰Ar taip pat atimami. Likusieji ³⁸Ar yra iš smaigalio, o likęs ⁴⁰Ar yra radiogeninis. Kadangi smaigalys yra tiksliai žinomas, ⁴⁰Ar nustatomas palyginus su juo.

Šių duomenų variacijos gali reikšti klaidas bet kurioje proceso vietoje, todėl visi paruošimo veiksmai yra išsamiai užrašomi.

„K-Ar“ analizė kainuoja kelis šimtus dolerių už mėginį ir užtrunka savaitę ar dvi.

K-Ar metodo variantas suteikia geresnių duomenų, nes bendras matavimo procesas yra paprastesnis. Svarbiausia yra sudėti mineralinį mėginį į neutronų pluoštą, kuris paverčia kalį-39 į argono-39. Nes ³⁹Ar pusinės eliminacijos laikas yra labai trumpas, garantuojama, kad jo anksčiau nėra mėginyje, taigi tai yra aiškus kalio kiekio rodiklis. Privalumas yra tas, kad visa informacija, reikalinga mėginio sudarymui, gaunama iš to paties argono matavimo. Tikslumas yra didesnis, o klaidos mažesnės. Šis metodas paprastai vadinamas „argono-argono pasimatymu“.

Fizinė procedūra ⁴⁰Ar-³⁹Ar pažintys yra vienodos, išskyrus tris skirtumus:

• Prieš dedant mineralinį mėginį į vakuuminę krosnį, jis kartu su standartinių medžiagų mėginiais yra apšvitinamas neutronų šaltiniu.
• Nėra ³⁸Ar smaigalys reikalingas.
• Išmatuoti keturi Ar izotopai: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar ir ⁴⁰Ar.

Duomenų analizė sudėtingesnė nei taikant K-Ar metodą, nes švitinant, be kitų izotopų, susidaro argono atomai ⁴⁰K. Šie efektai turi būti ištaisyti, o procesas yra pakankamai sudėtingas, kad būtų reikalingi kompiuteriai.

„Ar-Ar“ analizė kainuoja apie 1000 USD už mėginį ir užtrunka keletą savaičių.

Ar-Ar metodas laikomas pranašesniu, tačiau kai kurių jo problemų išvengiama naudojant senesnį K-Ar metodą. Taip pat pigesnį K-Ar metodą galima naudoti atrankos ar susipažinimo tikslais, taupant Ar-Ar dėl sudėtingiausių ar įdomiausių problemų.

Šie pasimatymų metodai buvo nuolat tobulinami daugiau nei 50 metų. Mokymosi kreivė buvo ilga ir dar toli gražu ne šiandien. Su kiekvienu kokybės padidėjimu buvo rasta ir atsižvelgiama į subtilesnius klaidų šaltinius. Geros medžiagos ir kvalifikuotos rankos gali atnešti amžių, kuris neviršija 1 proc., Net tik 10 000 metų senumo uolienose, kai ⁴⁰Ar yra maža maža.