Kalio ir argono pasimatymo metodai

Deanas Congeris / bendradarbis / Getty Images

Kalio argonas (K-Ar)izotopinės pažintysmetodas ypač naudingas nustatant lavos amžių. Sukurta šeštajame dešimtmetyje, ji buvo svarbi kuriant teoriją plokščių tektonika ir kalibruojantgeologinė laiko skalė.

Kalio-argono pagrindai

Kalis atsiranda dviejuose stabiliuose izotopuose (⁴¹K ir³⁹K) ir vienas radioaktyvusis izotopas (⁴⁰K). Kalis-40 skyla, jo pusinės eliminacijos laikas yra 1250 milijonų metų, tai reiškia, kad pusė⁴⁰Po šio laiko tarpo K atomų nebėra. Jo skilimas duoda argono-40 ir kalcio-40 santykiu 11:89. K-Ar metodas veikia skaičiuojant šiuos radiogeninius.⁴⁰Ar atomai, įstrigę mineralų viduje.

Ką supaprastina tai, kad kalis yra reaktyvus metalas, o argonas yra inertinės dujos: kalis visada yra sandariai uždarytas mineraluose, o argonas nėra jokių mineralų dalis. Argonas sudaro 1 procentą atmosferos. Taigi darant prielaidą, kad oras nepatenka į mineralinį grūdelį, kai jis susidaro pirmą kartą, argono kiekis jame nėra. Tai reiškia, kad šviežių mineralinių grūdų K-Ar „laikrodis“ nustatytas ties nuliu.

Metodas pagrįstas kai kurių svarbių prielaidų įvykdymu:

1. Kalis ir argonas turi likti minerale per geologinį laiką. Tai yra sunkiausia patenkinti.
2. Viską galime tiksliai išmatuoti. Tai užtikrina pažangūs instrumentai, griežtos procedūros ir standartinių mineralų naudojimas.
3. Mes žinome tikslų natūralų kalio ir argono izotopų mišinį. Dešimtmečius atlikti pagrindiniai tyrimai mums suteikė šiuos duomenis.
4. Mes galime pataisyti bet kokį argoną iš oro, kuris patenka į mineralą. Tam reikia papildomo žingsnio.

Atsižvelgiant į kruopštų darbą lauke ir laboratorijoje, šios prielaidos gali būti įvykdytos.

K-Ar metodas praktikoje

Uolienų pavyzdys turi būti pasirinktas labai atsargiai. Bet koks pakeitimas ar skilimas reiškia, kad buvo sutrikęs kalio, argono arba abiejų kiekis. Svetainė taip pat turi būti geologiškai reikšminga, aiškiai susijusi su iškastinėmis uolienomis ar kitomis savybėmis, kurioms norint prisijungti prie didelės istorijos, reikia tinkamos datos. Lavos srautai, esantys virš uolų ir po jų su senovės žmonių fosilijomis, yra geras ir tikras pavyzdys.

Mineralinis sanidinas, aukštos temperatūros forma kalio lauko špatas , yra geidžiamiausias. Bet žėručiai , plagioklazės, ragų mišinio, molio ir kitų mineralų, kaip ir visos uolienų analizės, galima gauti gerų duomenų. Jaunos uolienos turi žemą lygį⁴⁰Ar, todėl gali prireikti net kelių kilogramų. Uolienų mėginiai registruojami, pažymimi, užplombuojami ir laikomi be užteršimo ir per didelio karščio pakeliui į laboratoriją.

Uolienų pavyzdžiai švarioje įrangoje susmulkinami iki tokio dydžio, kad išliktų nesmulkinti mineralo grūdeliai, kuriuos reikia datuoti, tada sijojami, kad šie tikslinio mineralo grūdeliai būtų sukoncentruoti. Pasirinkto dydžio frakcija išvaloma ultragarso ir rūgšties vonelėse, po to švelniai džiovinama orkaitėje. Tikslinis mineralas atskiriamas naudojant sunkiuosius skysčius, po to mikroskopu parenkamas kuo grynesnis mėginys. Tada šis mineralinis mėginys švelniai kepamas per naktį vakuuminėje krosnyje. Šie veiksmai padeda pašalinti kuo daugiau atmosferos⁴⁰Ar iš mėginio prieš atliekant matavimą.

Tada mineralinis mėginys kaitinamas iki ištirpimo vakuuminėje krosnyje, išleidžiant visas dujas. Tikslus kiekis argono-38 į dujas įpilamas kaip „smaigalys“, kad būtų lengviau kalibruoti matavimą, o dujų mėginys surenkamas ant aktyvintos anglies, aušintos skystu azotu. Tada dujų mėginys išvalomas nuo visų nepageidaujamų dujų, tokių kaip H_duAPIE KĄ_du, TAIP_du, azotas ir taip toliau, kol liks tik inertinės dujos , tarp jų argonas.

Galiausiai argono atomai skaičiuojami masės spektrometre, mašinoje su savo sudėtingumu. Išmatuojami trys argono izotopai:³⁶Su,³⁸Ar, ir⁴⁰Ar. Jei šio žingsnio duomenys yra švarūs, galima nustatyti atmosferos argono kiekį ir tada atimti, kad gautų radiogeninį⁴⁰Ar turinys. Ši „oro korekcija“ priklauso nuo argono-36 lygio, kuris gaunamas tik iš oro ir nėra sukurtas jokia branduolinio skilimo reakcija. Jis atimamas ir proporcinga suma³⁸Ar ir⁴⁰Ar taip pat atimami. Likusios³⁸Ar yra iš smaigalio, o likęs⁴⁰Ar yra radiogeninis. Kadangi smaigalys yra tiksliai žinomas,⁴⁰Ar nustatomas lyginant su juo.

Šių duomenų skirtumai gali rodyti klaidas bet kurioje proceso vietoje, todėl visi paruošimo etapai yra užrašomi išsamiai.

K-Ar analizė kainuoja kelis šimtus dolerių už mėginį ir trunka savaitę ar dvi.

40Ar-39Ar metodas

K-Ar metodo variantas suteikia geresnių duomenų, nes bendras matavimo procesas yra paprastesnis. Svarbiausia yra įdėti mineralinį mėginį į neutronų pluoštą, kuris paverčia kalį-39 į argoną-39. Nes³⁹Aro pusinės eliminacijos laikas yra labai trumpas, garantuotai, kad prieš tai jo nėra mėginyje, todėl tai yra aiškus kalio kiekio rodiklis. Privalumas yra tas, kad visa informacija, reikalinga mėginio datai nustatyti, gaunama iš to paties argono matavimo. Tikslumas didesnis, o klaidų mažesnė. Šis metodas paprastai vadinamas „argono ir argono datavimu“.

Fizinė procedūra, skirta⁴⁰Su-³⁹Ar pasimatymas yra tas pats, išskyrus tris skirtumus:

• Prieš dedant mineralinį mėginį į vakuuminę krosnį, jis kartu su standartinių medžiagų pavyzdžiais apšvitinamas neutronų šaltiniu.
• Nėra³⁸Ar reikia smaigalio.
• Išmatuojami keturi Ar izotopai:³⁶Su,³⁷Su,³⁹Ar, ir⁴⁰Su.

Duomenų analizė yra sudėtingesnė nei taikant K-Ar metodą, nes apšvitinimas sukuria argono atomus iš kitų izotopų, išskyrus⁴⁰K. Šie efektai turi būti ištaisyti, o procesas yra pakankamai sudėtingas, kad prireiktų kompiuterių.

Ar-Ar analizė kainuoja apie 1000 USD už mėginį ir trunka keletą savaičių.

Išvada

Ar-Ar metodas laikomas pranašesniu, tačiau kai kurių jo problemų išvengiama naudojant senesnį K-Ar metodą. Taip pat pigesnis K-Ar metodas gali būti naudojamas atrankos ar žvalgybos tikslais, taupant Ar-Ar sudėtingiausioms ar įdomiausioms problemoms spręsti.

Šie pasimatymo metodai buvo nuolat tobulinami daugiau nei 50 metų. Mokymosi kreivė buvo ilga ir šiandien toli gražu nesibaigia. Su kiekvienu kokybės padidėjimu buvo rasta ir į juos atsižvelgiama subtilesnių klaidų šaltinių. Geros medžiagos ir įgudusios rankos neabejotinai gali duoti 1 procento amžių net tik 10 000 metų senumo uolienose, kuriose⁴⁰Ar yra nykstantys maži.