K – Ar датирование

Калий-аргоновое датирование, сокращенно K-Ar датирование, представляет собой метод радиометрического датирования, используемый в геохронологии и археологии. Он основан на измерении продукта радиоактивного распада с изотопом из калия (K) в атмосфере аргона (Ar). Калий является обычным элементом, который содержится во многих материалах, таких как полевые шпаты, слюды, глинистые минералы, тефра и эвапориты. В этих материалах продукт распада⁴⁰ _{Ar способен выходить из жидкой (расплавленной) породы, но начинает накапливаться, когда порода затвердевает ( перекристаллизуется ). Количество сублимации аргона зависит от чистоты образца, состава исходного материала и ряда других факторов. Эти факторы вводят пределы ошибок для верхней и нижней границ датирования, так что окончательное определение возраста зависит от факторов окружающей среды во время формирования, плавления и воздействия пониженного давления или на открытом воздухе. Время с момента рекристаллизации рассчитывается путем измерения отношения количества⁴⁰ Ar накоплено на сумму ⁴⁰ K остальной. Долгий период полураспада от⁴⁰ K позволяет использовать этот метод для расчета абсолютного возраста образцов старше нескольких тысяч лет.}

Быстро остывшие лавы, из которых получаются почти идеальные образцы для датирования K – Ar, также сохраняют запись направления и интенсивности локального магнитного поля при охлаждении образца выше температуры Кюри железа. Шкала времени геомагнитной полярности была откалибрована в основном с использованием датирования K – Ar.

• 1 серия Распад
• 2 Формула
• 3 Получение данных
• 4 Предположения
• 5 приложений
• 6 Примечания
• 7 ссылки
• 8 Дальнейшее чтение

Калий естественным образом содержится в 3 изотопах: ³⁹ _{K (93,2581%), ⁴⁰ K (0,0117%), ^{41 год} K (6,7302%). ³⁹ K и ^{41 год} K стабильны. В⁴⁰ K изотоп радиоактивен; он распадается с периодом полураспада от1,248 × 10 ⁹  лет до ⁴⁰ Ca и ⁴⁰ Ar . Конверсия в стабильную⁴⁰ Ca происходит через электронную эмиссию ( бета-распад ) в 89,3% распадов. Конверсия в стабильную⁴⁰ Ar происходит через захват электронов в оставшихся 10,7% распадов.}

Аргон, будучи благородным газом, является второстепенным компонентом большинства образцов горных пород, представляющих геохронологический интерес: он не связывается с другими атомами в кристаллической решетке. Когда⁴⁰ _{K распадается на ⁴⁰ Ar ; атом обычно остается заключенным в решетку, потому что он больше, чем промежутки между другими атомами в минеральном кристалле. Но он может уйти в окружающую среду при соблюдении правильных условий, таких как изменение давления или температуры.⁴⁰ Ar атомы способны диффундировать через расплавленную магму и выходить из нее, потому что большинство кристаллов расплавились, и атомы больше не находятся в ловушках. Вовлеченный аргон - рассеянный аргон, который не может выйти из магмы - может снова оказаться в ловушке кристаллов, когда магма остынет и снова станет твердой породой. После перекристаллизации магмы более⁴⁰ K распадется и ⁴⁰ Ar снова будет накапливаться вместе с увлеченными атомами аргона, захваченными кристаллами минерала. Измерение количества⁴⁰ Ar атомов используется для вычисления количества времени, прошедшего с момента затвердевания образца породы.}

Несмотря на ⁴⁰ _{Ca будучи предпочтительным дочерним нуклидом, он редко бывает полезен при датировании, потому что кальций так часто встречается в коре, с ⁴⁰ Ca являясь наиболее распространенным изотопом. Таким образом, количество изначально присутствующего кальция неизвестно и может варьироваться в достаточной степени, чтобы затруднить измерения небольшого увеличения, вызванного радиоактивным распадом.}

Соотношение количества ⁴⁰ _{Ar к тому из ⁴⁰ K напрямую связано со временем, прошедшим с тех пор, как порода была достаточно холодной, чтобы улавливать Ar, уравнением}

${\ displaystyle t = {\ frac {t _ {\ frac {1} {2}}} {\ ln (2)}} \ ln \ left ({\ frac {{\ ce {K}} _ {f} + {\ frac {{\ ce {Ar}} _ {f}} {0.109}}} {{\ ce {K}} _ {f}}} \ right)}$,

куда

• t - время истекло
• т 1/2 является полувыведения из⁴⁰ _K
• K f - количество⁴⁰ _{K остающийся в образце}
• Ar f - количество⁴⁰ _{Ar найдено в образце.}

Масштабный коэффициент 0,109 корректирует неизмеренную долю ⁴⁰ _{K который распался на ⁴⁰ Ca ; сумма измеренных⁴⁰ K и масштабируемое количество ⁴⁰ Ar дает количество ⁴⁰ K который присутствовал в начале истекшего периода времени. На практике каждое из этих значений может быть выражено как доля от общего количества присутствующего калия, поскольку требуются только относительные, а не абсолютные количества.}

Для получения соотношения содержания изотопов ⁴⁰ _{Ar к ⁴⁰ K в породе или минерале количество Ar измеряется масс-спектрометрией газов, выделяемых при испарении образца породы в вакууме. Калий определяют количественно с помощью пламенной фотометрии или атомно-абсорбционной спектроскопии.}

Количество ⁴⁰ _{K редко измеряется напрямую. Скорее, более распространенный³⁹ K измеряется, и это количество затем умножается на принятое соотношение ⁴⁰ K /³⁹ K (т.е. 0,0117% / 93,2581%, см. выше).}

Количество ⁴⁰ _{Ar также измеряется, чтобы оценить, какая часть общего аргона имеет атмосферное происхождение.}

Согласно McDougall amp; Harrison (1999, стр. 11), следующие предположения должны быть верными для того, чтобы вычисленные даты были приняты как представляющие истинный возраст породы:

• Родительский нуклид, ⁴⁰ _{K , распадается со скоростью, не зависящей от его физического состояния, и на него не влияют перепады давления или температуры. Это хорошо обоснованное главное предположение, общее для всех методов датирования, основанных на радиоактивном распаде. Хотя изменения парциальной константы затухания электронного захвата для⁴⁰ K возможно, может произойти при высоких давлениях, теоретические расчеты показывают, что для давлений, испытываемых внутри тела размером с Землю, эффекты пренебрежимо малы.}
• В ⁴⁰ _{K /³⁹ K соотношение в природе является постоянным, поэтому ⁴⁰ K редко измеряется напрямую, но предполагается, что он составляет 0,0117% от общего содержания калия. Если во время охлаждения не активен какой-либо другой процесс, это очень хорошее предположение для наземных образцов.}
• Радиогенный аргон, измеренный в образце, образовался в результате распада in situ ⁴⁰ _{K в интервале с момента кристаллизации или перекристаллизации породы. Нарушения этого предположения не редкость. Известные примеры включения посторонних⁴⁰ Ar включают охлажденные стекловидные глубоководные базальты, которые не полностью дегазировали ранее существовавшие ⁴⁰ Ar * и физическое загрязнение магмы включением более древнего ксенолитового материала. Метод датирования Ar – Ar был разработан для измерения присутствия постороннего аргона.}
• Необходима большая осторожность, чтобы избежать загрязнения образцов абсорбцией нерадиогенных веществ. ⁴⁰ _{Ar из атмосферы. Уравнение можно исправить, вычтя из⁴⁰ Ar измеренное значение количество, присутствующее в воздухе, где⁴⁰ Ar в 295,5 раз больше, чем ³⁶ Ar . ⁴⁰ Ar распался =⁴⁰ Ar измерено - 295,5 ׳⁶ Ar измеряется.}
• Образец должен был оставаться закрытой системой с момента даты события. Таким образом, не должно было быть ни потери, ни приобретения⁴⁰ _{K или ⁴⁰ Ar *, кроме радиоактивного распада ⁴⁰ K . Отклонения от этого предположения довольно обычны, особенно в областях со сложной геологической историей, но такие отклонения могут предоставить полезную информацию, имеющую значение для выяснения термической истории. Дефицит⁴⁰ Ar в образце известного возраста может указывать на полное или частичное плавление в термической истории области. Надежность датировки геологического объекта повышается за счет отбора проб на разрозненных территориях, которые были подвергнуты несколько различающейся термической истории.}

И пламенная фотометрия, и масс-спектрометрия являются деструктивными тестами, поэтому требуется особая осторожность, чтобы гарантировать, что используемые аликвоты действительно репрезентативны для образца. Ar-Ar датирование - это аналогичный метод, который сравнивает изотопные отношения из одной и той же части образца, чтобы избежать этой проблемы.

Из - за длительного периода полувыведения из⁴⁰ _{K , этот метод наиболее применим для датирования минералов и горных пород возрастом более 100 000 лет. Для более коротких сроков маловероятно, что⁴⁰ Ar успеет накапливаться, чтобы их можно было точно измерить. K – Ar датирование сыграло важную роль в разработке временной шкалы геомагнитной полярности. Хотя он находит наибольшее применение в геологии, он играет важную роль в археологии. Одно из археологических приложений заключалось в том, чтобы определить возраст археологических отложений в Олдувайском ущелье, датируя потоки лавы над и под отложениями. Он также был незаменим в других местах ранней Восточной Африки с историей вулканической активности, таких как Хадар, Эфиопия. K-Ar метод продолжает использоваться для датирования диагенеза глинистых минералов. В 2017 г. сообщалось об успешном датировании иллита, образовавшегося в результате выветривания. Этот вывод косвенно приводят к датировке strandflat из Западной Норвегии, где иллитовые отбирали. Глинистые минералы имеют толщину менее 2 мкм и не могут быть легко облучены для анализа Ar – Ar, поскольку Ar отдаляется от кристаллической решетки.}

В 2013 году марсоход Mars Curiosity использовал метод K-Ar для датировки камня на поверхности Марса. Впервые камень был датирован по его минеральным ингредиентам, находясь на другой планете.

• Aronson, JL; Ли, М. (1986). «К / ар систематика бентонита и сланца в зоне контактного метаморфизма». Глины и глинистые минералы. 34 (4): 483–487. Bibcode : 1986CCM.... 34..483A. DOI : 10,1346 / CCMN.1986.0340415.
• Макдугалл, И. ; Харрисон, TM (1999). Геохронология и термохронология методом ⁴⁰ Ar / ³⁹ Ar. Издательство Оксфордского университета. ISBN   978-0-19-510920-7.
• Таттерсолл, И. (1995). Ископаемый след: как мы знаем, что мы думаем, что знаем об эволюции человека. Издательство Оксфордского университета. ISBN   978-0-19-506101-7.

• « Методология K / Ar и ⁴⁰ K / ³⁹ K». Исследовательская лаборатория геохронологии Нью-Мексико. Архивировано из оригинала 17 апреля 2006 года.
• Майклс, GH; Фаган, Б.М. (15 декабря 2005 г.). «Хронологические методы 9: Калий-аргонное датирование». Калифорнийский университет. Архивировано из оригинального 10 августа 2010 года.
• Моран, Т.Дж. (2009). "Обучение радиоизотопному датированию с использованием геологии Гавайских островов" (PDF). Журнал геолого-геофизического образования. 57 (2): 101–105. Bibcode : 2009JGeEd..57..101M. DOI : 10.5408 / 1.3544237.