Kálium-argon társkereső módszerek: K-Ar és Ar-Ar társkereső

A kálium-argon (K-Ar) izotópos randevú A módszer különösen hasznos a láva életkorának meghatározására. Az 1950 - es években fejlesztették ki, és fontos volt a lemeztektonika és a geológiai idő skála.

Kálium két stabil izotópban fordul elő (⁴¹K és ³⁹K) és egy radioaktív izotóp (⁴⁰K). A kálium-40 1250 millió év felezési idővel bomlik, ami azt jelenti, hogy a ⁴⁰A K atomok az idő elteltével eltűntek. Bomlásakor az argon-40 és a kalcium-40 aránya 11 és 89 közötti. A K-Ar módszer úgy működik, hogy megszámolja ezeket a radiogént ⁴⁰Az ásványokba csapdába eső atomok.

Amit leegyszerűsíti az, hogy a kálium reaktív fém és az argon inert gáz: A kálium mindig szorosan rögzítve van az ásványokban, míg az argon nem része az ásványoknak. Argon a légkör 1% -át teszi ki. Tehát feltételezve, hogy az első képződés során nem kerül az ásványi szemcsékbe nulla argontartalma. Vagyis egy friss ásványi gabona K-Ar "óráját" nullára állítja.

A módszer néhány fontos feltevés kielégítésére támaszkodik:

1. A káliumnak és az argonnak mind a földtani idő alatt be kell maradnia az ásványba. Ez a legnehezebb kielégíteni.
2. Mindent pontosan meg lehet mérni. A fejlett eszközök, a szigorú eljárások és a szokásos ásványi anyagok használata ezt garantálják.
3. Ismertük a kálium- és argonizotópok pontos természetes keverékét. Az alapkutatás évtizedeiből megkaptuk ezeket az adatokat.
4. Javíthatunk minden olyan argont a levegőből, amely az ásványba kerül. Ehhez további lépés szükséges.

Figyelembe véve a helyszíni és laboratóriumi gondos munkát, ezek a feltételezések teljesíthetők.

A kőzett mintát nagyon óvatosan kell kiválasztani. Bármilyen megváltoztatás vagy törés azt jelenti, hogy a kálium vagy az argon, vagy mindkettő megzavart. A helyszínnek geológiai szempontból is értelmezhetőnek kell lennie, egyértelműen kapcsolódnia kell fosszilis hordozó sziklákhoz vagy más olyan jellemzőkhöz, amelyeknek jó dátumra van szükségük a nagy történethez való csatlakozáshoz. Jó példa erre a lávaáram, amely az ősi emberi kövületek mellett található a sziklaágyak felett és alatt.

Az ásványi sanidin, a magas hőmérsékletű forma kálium földpát, a legkívánatosabb. De csillámok, plagioklaz, kürt, agyag és más ásványi anyagok jó eredményeket szolgáltatnak, akárcsak a teljes kőzetek elemzése. A fiatal sziklák alacsony szintje ⁴⁰Ar, akár több kilogrammra is szükség lehet. A kőzetmintákat rögzítik, megjelölik, lezárják és szennyeződésektől és túlzott hőtől mentesen tartják a laborba vezető úton.

A kőzetmintákat tiszta berendezésben olyan méretűre aprítják, hogy megőrizzék a keltetni kívánt ásvány teljes szemeit, majd szitálják, hogy elősegítsék a cél ásvány ezen részeinek koncentrálását. A kiválasztott méretű frakciót ultrahanggal és savfürdőben tisztítjuk, majd óvatosan kemencében szárítjuk. A cél ásványi anyagot nehéz folyadékokkal választják el, majd a mikroszkóp alatt a lehető legtisztább mintavétel céljából kézzel válogatják. Ezt az ásványi mintát ezután óvatosan egy éjszakán át vákuumkemencében sütjük. Ezek a lépések segítenek annyi légköri eltávolításban ⁴⁰Ar a mintából, amennyire csak lehetséges, a mérés elvégzése előtt.

Ezután az ásványi mintát vákuumkemencében olvadásig hevítik, és az összes gáz kiürül. A mérés kalibrálásának elősegítéséhez pontos mennyiségű argon-38-at adunk a gázhoz "tüske" formájában, és a gázmintát összegyűjtjük aktív szénre, amelyet folyékony nitrogén hűt. Ezután a gázmintát megtisztítják minden nem kívánt gázról, például H-ről₂O, CO₂, ÍGY₂, nitrogén és így tovább, amíg a maradék marad semleges gázok, argon köztük.

Végül az argonatomokat megszámoljuk egy tömegspektrométerben, egy gépben, amelynek saját komplexitása van. Három argon izotópot mérünk: ³⁶Ar, ³⁸Ar és ⁴⁰Ar. Ha az e lépésből származó adatok tiszta, a légköri argon mennyiségét meg lehet határozni, majd kivonni a radiogen ⁴⁰Ar tartalom. Ez a "levegőjavítás" az argon-36 szintjére támaszkodik, amely csak a levegőből származik, és amelyet nem hoz létre semmilyen nukleáris bomlás reakció. Ezt kivonják, és a ³⁸Ar és ⁴⁰Ar-t is kivonnak. A maradék ³⁸Ar a tüskéből származik, és a fennmaradó ⁴⁰Ar radiogén. Mivel a tüske pontosan ismert, a ⁴⁰Az Ar-t vele való összehasonlítás határozza meg.

Ezeknek az adatoknak a változásai a folyamat bármely pontján hibákat jelezhetnek, ezért az előkészítés minden lépését részletesen rögzítik.

A K-Ar elemzése több száz dollárba kerül mintánként, és egy-két hétig tart.

A K-Ar módszer egy változata jobb adatokat szolgáltat, mivel egyszerűbbé teszi a teljes mérési folyamatot. A lényeg az, hogy az ásványi mintát egy neutronnyalábba helyezzék, amely a kálium-39-et argon-39-ké alakítja. Mert ³⁹Ar nagyon rövid felezési idejű, garantáltan előzőleg hiányzik a mintában, tehát egyértelműen jelzi a káliumtartalmat. Ennek az az előnye, hogy a minta megszerzéséhez szükséges összes információ ugyanabból az argonmérésből származik. A pontosság nagyobb és a hibák kisebbek. Ezt a módszert általában "argon-argon randevú" -nak hívják.

A fizikai eljárás ⁴⁰Ar³⁹Az Ar randevú ugyanaz, kivéve három különbséget:

• Mielőtt az ásványi mintát a vákuumkemencébe helyeznék, a normál anyagok mintáival együtt neutronforrással besugározzuk.
• Nincs ³⁸Ar tüske szükséges.
• Négy Ar izotópot mérünk: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar és ⁴⁰Ar.

Az adatok elemzése összetettebb, mint a K-Ar módszernél, mivel a besugárzás argonatomokat hoz létre más izotópokon kívül ⁴⁰K. Ezeket a hatásokat ki kell javítani, és a folyamat elég bonyolult ahhoz, hogy számítógépeket igényeljen.

Az Ar-Ar elemzése mintegy 1000 dollárba kerül mintánként, és néhány hétig tart.

Az Ar-Ar módszer jobbnak tekinthető, de néhány problémáját el lehet kerülni a régebbi K-Ar módszernél. Az olcsóbb K-Ar módszer felhasználható szűréshez vagy felderítéshez, megtakarítva az Ar-Ar-t a legigényesebb vagy legérdekesebb problémákra.

Ezeket a randevúzási módszereket folyamatosan fejlesztették több mint 50 éve. A tanulási görbe hosszú volt, és még ma sem ér véget. A minőség mindegyik növekedésével finomabb hibaforrásokat találtak, és ezeket figyelembe vették. A jó anyagok és a hozzáértő kezek életkora meghaladhatja az 1% -ot, még csak a 10 000 éves sziklákban is, amelyekben ⁴⁰Ar eltűnően kicsi.