Kālija-argona iepazīšanās metodes: iepazīšanās ar K-Ar un Ar-Ar

Kālija argons (K-Ar) izotopu iepazīšanās metode ir īpaši noderīga, lai noteiktu lavas vecumu. Izstrādāta pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados, tā bija svarīga, lai attīstītu plākšņu tektonika un kalibrējot ģeoloģiskā laika skala.

Kālijs notiek divos stabilos izotopos (⁴¹K un ³⁹K) un viens radioaktīvais izotops (⁴⁰K). Kālija-40 sadalīšanās pussabrukšanas periods ir 1250 miljoni gadu, kas nozīmē, ka puse no ⁴⁰K atomi ir pagājuši pēc šī laika perioda. Tā sabrukšana dod argona-40 un kalcija-40 proporcijā no 11 līdz 89. K-Ar metode darbojas, saskaitot šos radiogēnos ⁴⁰Ar atomiem ieslodzīti minerāli.

Vienkāršo lietas, ka kālijs ir reaktīvs metāls un argons ir inerta gāze: kālijs vienmēr ir cieši saistīts ar minerāliem, turpretim argons nav neviena minerāla sastāvdaļa. Argons veido 1 procentu no atmosfēras. Tātad, pieņemot, ka pirmais gaiss neiekļūst minerālu graudos, tam nav nulles argona satura. Tas ir, svaigu minerālgraudu K-Ar "pulkstenis" ir iestatīts uz nulli.

Metode balstās uz dažu svarīgu pieņēmumu izpildi:

1. Gan kālijam, gan argonam ģeoloģiskā laika posmā jāpaliek minerālā. To ir visgrūtāk apmierināt.
2. Mēs visu varam precīzi izmērīt. To nodrošina uzlaboti instrumenti, stingras procedūras un parasto minerālu izmantošana.
3. Mēs zinām precīzu kālija un argona izotopu dabisko sajaukumu. Pamatpētījumu gadu desmiti mums ir devuši šos datus.
4. Mēs varam labot jebkuru argonu no gaisa, kas nokļūst minerālā. Tam nepieciešams papildu solis.

Ņemot vērā rūpīgu darbu uz lauka un laboratorijā, šos pieņēmumus var izpildīt.

Akmens paraugs, kuru datēt, ir jāizvēlas ļoti uzmanīgi. Jebkuras izmaiņas vai sašķelšanās nozīmē, ka ir traucēts kālijs, argons vai abi. Vietnei jābūt arī ģeoloģiski nozīmīgai, skaidri saistītai ar fosilijas saturošiem iežiem vai citām īpašībām, kurām ir nepieciešams datums, lai pievienotos lielajam stāstam. Labs un patiess piemērs ir lavas plūsmas, kas atrodas virs un zem klinšu gultnēm ar senām cilvēku fosilijām.

Minerālais sanidīns, kas ir augstas temperatūras forma kālija laukšpats, ir visvēlamākais. Bet micas, plagioklaze, ragu dzimtas tauki, māli un citi minerāli var dot labus datus, tāpat kā veselu iežu analīzes. Jauniem iežiem ir zems ⁴⁰Ar, tā kā var būt nepieciešami vairāki kilogrami. Akmeņu paraugus reģistrē, marķē, aizzīmogo un pavada ceļā uz laboratoriju bez piesārņojuma un pārmērīga karstuma.

Akmeņu paraugus sasmalcina tīrā aprīkojumā tādā apjomā, lai saglabātu datējamā minerāla veselos graudus, pēc tam tos izsijā, lai palīdzētu koncentrēt šos mērķa minerāla graudus. Izvēlētā lieluma frakcija tiek notīrīta ultraskaņas un skābju vannās, pēc tam viegli žāvēta krāsnī. Mērķa minerālu atdala, izmantojot smagos šķidrumus, pēc tam mikroskopā ar rokām paņem tīrākajam iespējamajam paraugam. Pēc tam minerālu paraugu maigi cep nakti vakuuma krāsnī. Šīs darbības palīdz noņemt tik daudz atmosfēras ⁴⁰Pirms mērījuma veikšanas, cik iespējams, ņemiet no parauga.

Pēc tam minerālu paraugu karsē līdz kausēšanai vakuuma krāsnī, izdzenot visu gāzi. Gāzei kā "smailei" pievieno precīzu argona-38 daudzumu, lai palīdzētu kalibrēt mērījumus, un gāzes paraugu savāc uz aktīvās ogles, kas atdzesēta ar šķidru slāpekli. Tad gāzes paraugu notīra no visām nevēlamajām gāzēm, piemēram, H₂O, CO₂, SO₂, slāpekļa un tā tālāk, līdz paliek tikai inertas gāzes, argons starp tiem.

Visbeidzot, argona atomi tiek saskaitīti masas spektrometrā, mašīnā ar savām sarežģītībām. Izmēra trīs argona izotopus: ³⁶Ar, ³⁸Ar un ⁴⁰Ar. Ja dati no šī soļa ir tīri, atmosfēras argona daudzumu var noteikt un pēc tam atņemt, iegūstot radiogenitāti ⁴⁰Ar saturu. Šī "gaisa korekcija" ir atkarīga no argona-36 līmeņa, kas nāk tikai no gaisa un nav radīts ar kodola sabrukšanas reakciju. To atņem un proporcionālu summu no ³⁸Ar un ⁴⁰Ar tiek atņemti arī. Atlikušie ³⁸Ar ir no smailes, un atlikušais ⁴⁰Ar ir radiogēns. Tā kā smaile ir precīzi zināma, ⁴⁰Ar nosaka, salīdzinot ar to.

Šo datu variācijas var norādīt uz kļūdām visā procesa laikā, tāpēc visi sagatavošanas posmi tiek detalizēti reģistrēti.

K-Ar analīzes maksā vairākus simtus dolāru par paraugu un prasa nedēļu vai divas.

K-Ar metodes variants sniedz labākus datus, vienkāršojot kopējo mērīšanas procesu. Galvenais ir ievietot minerālu paraugu neitronu starā, kas pārvērš kāliju-39 par argonu-39. Jo ³⁹Ar ir ļoti īss pussabrukšanas periods, garantējot, ka tā iepriekš nav paraugā, tāpēc tas ir skaidrs kālija satura rādītājs. Priekšrocība ir tā, ka visa informācija, kas nepieciešama parauga iepazīšanai, nāk no tā paša argona mērījuma. Precizitāte ir lielāka, un kļūdas ir zemākas. Šo metodi parasti sauc par "argona-argona iepazīšanos".

Fiziskā procedūra ⁴⁰Ar-³⁹Ar iepazīšanās ir vienāda, izņemot trīs atšķirības:

• Pirms minerālu paraugu ievieto vakuuma krāsnī, to apstaro līdz ar standarta materiālu paraugiem ar neitronu avotu.
• Tur nav ³⁸Ar smaile nepieciešama.
• Izmēra četrus Ar izotopus: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar un ⁴⁰Ar.

Datu analīze ir sarežģītāka nekā ar K-Ar metodi, jo apstarošana rada argona atomus no citiem izotopiem papildus ⁴⁰K. Šie efekti ir jānovērš, un process ir pietiekami sarežģīts, lai būtu nepieciešami datori.

Ar-Ar analīzes maksā apmēram 1000 USD par paraugu un ilgst vairākas nedēļas.

Ar-Ar metode tiek uzskatīta par labāku, taču vecākā K-Ar metodē dažas no tās problēmām tiek novērstas. Lētāku K-Ar metodi var izmantot arī skrīninga vai iepazīšanās nolūkos, ietaupot Ar-Ar visprasīgākajām vai interesantākajām problēmām.

Šīs iepazīšanās metodes tiek nepārtraukti pilnveidotas vairāk nekā 50 gadus. Mācīšanās līkne ir bijusi gara un šodien vēl tālu. Ar katru kvalitātes pieaugumu ir atrasti un ņemti vērā smalkāki kļūdu avoti. Labi materiāli un kvalificētas rokas var dot vecumu, kas noteikti ir 1 procenta robežās, pat akmeņos, kas ir tikai 10 000 gadu veci, un ⁴⁰Ar ir pazuduši mazi.