Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с K-Ar дейтинга )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Калий-аргонное 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 слюда , 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 и / или на открытом воздухе. Время с момента рекристаллизации рассчитывается путем измерения отношения количества40
Ar
 накоплено на сумму 40
K
осталось. Долгий период полураспада от40
K
позволяет использовать этот метод для расчета абсолютного возраста образцов старше нескольких тысяч лет. [1]

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. [2]

Серия Decay [ править ]

Дополнительная информация: Изотопы калия

Калий естественным образом содержится в 3 изотопах: 39
K
 (93,2581%), 40
K
 (0,0117%), 41 год
K
 (6,7302%). 39
K
 а также 41 год
K
стабильны. В40
K
изотоп радиоактивен; он распадается с периодом полураспада от1,248 × 10 9  лет до40
Ca
 а также 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. [3]

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 и / 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.

Формула [ править ]

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

,

где

  • 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.

Получение данных [ править ]

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.

Предположения [ править ]

Согласно McDougall & Harrison (1999 , стр. 11), следующие предположения должны быть верными, чтобы вычисленные даты были приняты как представляющие истинный возраст породы: [4]

  • 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 изменение 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. [1]
  • 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. [5]
  • 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
    *, [6] 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 ×36
    Ar
    измеряется .
  • Образец должен был оставаться закрытой системой с момента даты события. Таким образом, не должно было быть ни потери, ни приобретения40
    K
     или же 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 подверглись несколько разной термической истории. [7]

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.

Приложения [ править ]

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 . [2] 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. [8] Он также был незаменим в других местах ранней Восточной Африки с историей вулканической активности, таких как Хадар, Эфиопия . [8]K – Ar метод продолжает использоваться для датировки диагенеза глинистых минералов . [9] В 2017 г. сообщалось об успешном датировании иллита, образовавшегося в результате выветривания . [10] Этот вывод косвенно приводит к датировке strandflat из Западной Норвегии , где иллитовые отбирали. [10] Минералы глины имеют толщину менее 2 мкм и не могут быть легко облучены для анализа Ar – Ar, потому что 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 минеральным ингредиентам, находящимся на другой планете. [11] [12]

Заметки [ править ]

  1. ^ a b McDougall & Harrison 1999 , стр. 10
  2. ^ a b McDougall & Harrison 1999 , стр. 9
  3. ^ Данные распада ENSDF в формате MIRD для40Ar(Отчет). Национальный центр ядерных данных . Декабрь 2019 . Проверено 29 декабря 2019 .
  4. Перейти ↑ McDougall & Harrison 1999 , p. 11: «Как и во всех методах изотопного датирования, существует ряд допущений, которые должны быть выполнены для того, чтобы возраст K-Ar соответствовал событиям геологической истории изучаемого региона».
  5. Перейти ↑ McDougall & Harrison 1999 , p. 14
  6. ^ 40
    Ar
    * означает радиогенный аргон
  7. Перейти ↑ McDougall & Harrison 1999 , pp. 9–12
  8. ^ а б Таттерсолл 1995
  9. ^ Аронсон и Ли 1986
  10. ^ a b Фредин, Ола; Виола, Джулио; Цвингманн, Хорст; Сорли, Рональд; Бреннер, Марко; Ли, Ян-Эрик; Маргрет Грандаль, «Остальное»; Мюллер, Аксель; Маргет, Аннина; Фогт, Кристоф; Knies, Йохен (2017). «Наследие мезозойского ландшафта в Западной Скандинавии» . Природа . 8 : 14879. Bibcode : 2017NatCo ... 814879F . DOI : 10.1038 / ncomms14879 . PMC 5477494 . PMID 28452366 .  
  11. ↑ NASA Curiosity: Первое измерение возраста Марса и помощь в исследованиях человека , Лаборатория реактивного движения , 9 декабря 2013 г.
  12. ^ Марсианский техника рок-знакомства может указывать на признаки жизни в космосе , Университет Квинсленда, 13 декабря 2013

Ссылки [ править ]

  • 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.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • « 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 .