Kalijevo-argonsko (K-Ar) datiranje: metoda geokronologije in arheologije

K‑Ar datiranje: zanesljiva radiometrična metoda za natančno določanje starosti kamnin in arheoloških najdb v geokronologiji in arheologiji.

Kalijevo-argonsko datiranje ali K-Ar datiranje je radiometrična metoda datiranja, ki se uporablja v geokronologiji in arheologiji. Temelji na merjenju produkta radioaktivnega razpada izotopa kalija (K) v argon (Ar).

Načelo metode

Pri K-Ar datiranju merimo razmerje med radioaktivnim ⁴⁰K in radiogenim ⁴⁰Ar, ki nastaja pri razpadu. Naravni izotop ⁴⁰K se razpada v ⁴⁰Ar (in tudi v ⁴⁰Ca), zato se z naraščanjem količine radiogenega argona v kristalu sčasoma povečuje tudi starost vzorca. Ker je ⁴⁰K dolgaživi izotop (polovična doba je približno 1,25 × 10^9 let), je metoda uporabna za določanje absolutnih starosti vzorcev v razponu od nekaj deset tisoč let do več milijard let, odvisno od materiala in natančnosti meritev.

Primerni materiali in pogoji

Kalij je pogost element v mnogih mineralih in kamninah, na primer v sljude, glini, sanidinu, mikroklinu, ook navadnih magmatskih in piroklastičnih produktih. V lavah in tefrah se med taljenjem izloči večina argona, zato se z vrenjem "ponastavi" radiogeni zapis — kopičenje ⁴⁰Ar se začne, ko se kamnina ohladi in strdi (rekristalizira). Zato so hitro ohlajene lave skoraj idealni vzorci za K-Ar datiranje. Takšni vzorci pogosto ohranijo tudi zapis o smeri in intenzivnosti lokalnega magnetnega polja v tistem času, zato je bila časovna lestvica geomagnetne polarnosti v veliki meri kalibrirana z datiranjem K-Ar.

Postopek merjenja

Vzorci se najprej skrbno izberejo in pripravijo (ločitev posameznih mineralov, čiščenje, odstranjevanje korodiranih ali spremenjenih delov). Pri analizi se loči radiogeni ⁴⁰Ar* (zvezdica označuje radiogeni delež) od atmosferskega argona, meritev pa se izvede z masnim spektrometrom za plemenite pline. Količina kalija se običajno določi z emisijsko spektroskopijo, GF-AAS, ICP-MS ali drugimi kemijskimi metodami. Starost se izračuna iz razmerja med izmerjenim ⁴⁰Ar* in vsebnostjo ⁴⁰K ob upoštevanju ustrezne razpolovne dobe / konstant razpada.

Omejitve in problemi

• Predpostavka zaprtega sistema: metoda predpostavlja, da od trenutka ohlajanja ni prišlo do izgube ali pridobitve kalija ali argona. Toplotne dogodke, spremembe tlak/temperatura ali vremenska izpostavljenost lahko povzročijo iztekanje argona in napačno mlajše starosti.
• Prekomerni (excess) argon: nekateri magmatski minerali lahko zajamejo starejši, ne-radiogeni argon iz županske raztopine ali izvora v mantli, kar vodi do navidezno starejših datumov.
• Atmosferski argon: treba je ločiti atmosferski 40Ar od radiogenega 40Ar; nepravilno upoštevanje atmosferskega prispevka popači rezultate.
• Spodnja meja starosti: zaradi majhnih količin nastalega ⁴⁰Ar pri mladih vzorcih je metoda manj zanesljiva pri vzorcih, mlajših od nekaj deset tisoč let (natančna meja je odvisna od vsebnosti K in občutljivosti meritev).

Nadgradnje in alternativne tehnike

Bolje nadzorovana in natančnejša različica je 40Ar/39Ar metoda, pri kateri vzorec najprej nevtronsko aktivirajo (pretvorba dela ³⁹K v ³⁹Ar) in nato s postopkom step-heating (segretje po korakih) določajo razmerja 40Ar/39Ar. Ta tehnika omogoča notranji nadzor heterogenosti, odkrivanje izgube ali presežnega argona in izračun izoschronov ter daje pogosteje bolj zanesljive rezultate kot klasično K-Ar datiranje.

Uporabe

K-Ar (in 40Ar/39Ar) datiranje se široko uporablja za:

• datiranje vulkanskih plastov, ki povezujejo ali omejujejo starost arheoloških najdišč;
• gradnjo kronologij vulkanskih izbruhov, rekonstrukcijo erupcijskih serij in oceno pogostosti izbruhov;
• geokronologijo magmatskih in metamorfnih dogodkov ter preučevanje geoloških procesov, kot so premiki tektonskih plošč;
• kalibracijo časovnih lestvic geomagnetne polarnosti in paleomagnetnih študij.

Priporočila za uporabo

Za zanesljive rezultate je pomembno skrbno vzorčenje in izbira mineralov, izogibanje spremenjenim ali korodiranim delom, ter, kadar je mogoče, uporaba 40Ar/39Ar tehnike za preverbo in bolj detajlno analizo. Prav tako je priporočljivo upoštevati geološki kontekst (npr. ali je bil vzorec izpostavljen kasnejšim segrevanjem) in, če je potrebno, uporabiti več metod datiranja za križno preverjanje starosti.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je kalijevo-argonsko datiranje?

V: Na čem temelji datiranje s kalijevim argonom?

V: Kje se običajno nahaja kalij?

V: Na kateri točki se v kamnini začne kopičiti 40Ar?

V: Kako se pri datiranju s kalijevim argonom izračuna čas od rekristalizacije?

V: Zakaj so hitro ohlajene lave idealne za datiranje K-Ar?

V: Na podlagi česa je bila kalibrirana časovna lestvica geomagnetnega obrata?

Išči po črki