Kaalium-argooni tutvumismeetodid: K-Ar ja Ar-Ar tutvumine

Kaalium-argoon (K-Ar) isotoopiline tutvumine See meetod on eriti kasulik laava vanuse määramiseks. Välja töötatud 1950ndatel, oli see oluline: plaaditektoonika ja kalibreerimisel geoloogiline ajakava.

Kaalium esineb kahes stabiilses isotoobis (⁴¹K ja ³⁹K) ja üks radioaktiivne isotoop (⁴⁰K). Kaalium-40 laguneb poolväärtusajaga 1250 miljonit aastat, mis tähendab, et pool sellest ⁴⁰K-aatomid on pärast seda aja möödumist kadunud. Selle lagunemine annab argoon-40 ja kaltsium-40 vahekorras 11 kuni 89. K-Ar-meetod toimib, loendades neid radiogeenseid ⁴⁰Mineraalide sisse lõksu jäänud aatomid.

Mis lihtsustab, on see, et kaalium on reaktiivne metall ja argoon on inertgaas: Kaalium on mineraalides alati tihedalt lukustatud, samas kui argoon ei kuulu ühegi mineraali hulka. Argoon moodustab atmosfäärist ühe protsendi. Nii et eeldades, et ükski õhk ei satu mineraalseks terase moodustumisel, on selle argoonisisaldus null. See tähendab, et värske mineraaltera K-Ar "kell" on null.

Meetod põhineb mõne olulise eelduse rahuldamisel:

1. Kaalium ja argoon peavad mõlemad jääma mineraali geoloogilise aja jooksul. Seda on kõige raskem rahuldada.
2. Saame kõike täpselt mõõta. Selle tagavad täiustatud instrumendid, ranged protseduurid ja standardsete mineraalide kasutamine.
3. Me teame kaaliumi ja argooni isotoopide täpset looduslikku segu. Aastakümnete pikkused alusuuringud on meile need andmed andnud.
4. Saame parandada iga argooni õhust, mis satub mineraali. See nõuab täiendavat sammu.

Arvestades hoolikat tööd põllul ja laboris, saab need eeldused täita.

Kuupäevaks olev kiviproov tuleb valida väga hoolikalt. Mis tahes muutmine või purunemine tähendab, et kaaliumi või argooni või mõlemat on häiritud. Sait peab olema ka geoloogiliselt tähenduslik, selgelt seotud fossiilseid kandvate kivimite või muude tunnustega, mis vajavad suure looga liitumiseks head kuupäeva. Laavavoolud, mis asuvad kivimängude kohal ja all, koos iidsete inimfossiilidega, on hea ja tõeline näide.

Mineraal sanidiin, kõrge temperatuuriga vorm kaaliumi päevakivi, on kõige soovitavam. Aga micas, plagioklaas, sarvesaba, savid ja muud mineraalid võivad anda häid andmeid, nagu ka kogu kivimi analüüsid. Noorte kivimite sisaldus on madal ⁴⁰Ar, nii et võib vaja minna mitu kilogrammi. Kivimiproovid registreeritakse, märgistatakse, pitseeritakse ja teel laborisse hoitakse saastumise ja liigse kuumuse eest.

Kivimiproovid purustatakse puhtas seadmes selliseks suuruseks, et säiliks dateeritava mineraali täisteratooted, seejärel sõelutakse, et aidata need mineraalmaa terad kontsentreerida. Valitud suurusega fraktsioon puhastatakse ultraheli- ja happevannides, seejärel kuivatatakse õrnalt ahjus. Sihtmineraal eraldatakse raskete vedelike abil, seejärel korjatakse see mikroskoobi all käsitsi puhtaima võimaliku proovi saamiseks. Seda mineraalproovi küpsetatakse seejärel õrnalt üleöö vaakumahjus. Need sammud aitavad eemaldada nii palju atmosfääri ⁴⁰Enne mõõtmist tuleks proovist võimalikult palju võtta.

Seejärel kuumutatakse mineraalproov vaakumahjus sulamiseni, juhtides kogu gaasi välja. Gaasile lisatakse mõõte kalibreerimiseks täpne kogus argooni-38, mis aitab mõõtmist kalibreerida, ja gaasiproov kogutakse vedela lämmastikuga jahutatud aktiivsöele. Seejärel puhastatakse gaasiproov kõigist soovimatutest gaasidest nagu H₂O, CO₂, Nii₂, lämmastikku ja nii edasi, kuni kõik järelejäänud on inertsed gaasid, argoon nende seas.

Lõpuks loendatakse argooni aatomid massispektromeetris, oma keerukusega masinas. Mõõdetakse kolme argooni isotoopi: ³⁶Ar, ³⁸Ar ja ⁴⁰Ar. Kui selle sammu andmed on puhtad, saab atmosfääri argooni arvukuse kindlaks teha ja seejärel lahutada, et saada radiogeenne ⁴⁰Ar sisu. See "õhu parandus" tugineb argooni-36 tasemele, mis tuleb ainult õhust ja mida ei loo ükski tuuma lagunemise reaktsioon. See lahutatakse ja proportsionaalne summa ³⁸Ar ja ⁴⁰Ar lahutatakse ka. Allesjäänud ³⁸Ar on teravikust ja alles ⁴⁰Ar on radiogeenne. Kuna teravik on täpselt teada, siis ⁴⁰Ar määratakse selle võrdlusega.

Nende andmete erinevused võivad osutada vigadele protsessis, mistõttu registreeritakse kõik ettevalmistamise etapid üksikasjalikult.

K-Ar analüüs maksab mitusada dollarit proovi kohta ja võtab nädala või kaks.

K-Ar-meetodi variant annab paremad andmed, muutes üldise mõõtmisprotsessi lihtsamaks. Peamine on panna mineraalproov neutronkiiresse, mis teisendab kaalium-39 argoon-39-ks. Sest ³⁹Ar-l on väga lühike poolestusaeg, see on proovis eelnevalt puudunud, seega on see selge kaaliumisisalduse näitaja. Eeliseks on see, et kogu proovi tutvumiseks vajalik teave pärineb samast argooni mõõtmisest. Täpsus on suurem ja vead madalamad. Seda meetodit nimetatakse tavaliselt argooni-argooni tutvumiseks.

Füüsiline protseduur ⁴⁰Ar-³⁹Ar tutvumine on sama, välja arvatud kolm erinevust:

• Enne mineraalproovi asetamist vaakumahju kiiritatakse seda koos standardmaterjalide proovidega neutroniallika abil.
• Seal ei ole ³⁸Ar teravik vaja.
• Mõõdetakse neli Ar-isotoopi: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar ja ⁴⁰Ar.

Andmete analüüs on keerulisem kui K-Ar meetodil, kuna kiiritamine tekitab argooni aatomeid lisaks muudele isotoopidele ⁴⁰K. Neid efekte tuleb parandada ja protsess on arvutite nõudmiseks piisavalt keeruline.

Ar-Ar analüüs maksab umbes 1000 dollarit proovi kohta ja võtab mitu nädalat.

Ar-Ar meetodit peetakse paremaks, kuid vanemas K-Ar meetodis välditakse mõnda selle probleemi. Samuti saab sõelumiseks või tutvumiseks kasutada odavamat K-Ar meetodit, säästes Ar-Ar kõige nõudlikumate või huvitavamate probleemide jaoks.

Neid tutvumismeetodeid on pidevalt täiustatud enam kui 50 aastat. Õppimiskõver on olnud pikk ja pole täna veel kaugeltki möödas. Iga kvaliteeditõusuga on leitud ja arvesse võetud peenemaid vigade allikaid. Heade materjalide ja asjatundlike käte abil saab vanus, mis on kindel, et ühe protsendi täpsusega, isegi vaid 10 000 aasta vanuste kivimite korral, kui ⁴⁰Ar on kaduvalt väikesed.