Kalio-argonio (K-Ar) datavimas: radiometrinis metodas amžių nustatymui

Kalio-argonio (K-Ar) datavimas – patikimas radiometrinis metodas geologijos ir archeologijos amžių nustatymui; idealus senų uolienų ir lavos pavyzdžių datavimui.

Kalio-argono datavimas arba K-Ar datavimas yra geochronologijoje ir archeologijoje naudojamas radiometrinis datavimo metodas. Jis pagrįstas kalio izotopo (K) radioaktyvaus skilimo į argoną (Ar) produkto matavimu. Metodas leidžia nustatyti laiką, praėjusį nuo uolienos ar mineralo kietėjimo ar paskutinio reikšmingo perkaitimo įvykio, kai išlydytos medžiagos metu išsiskyręs argonas pradeda kauptis viduje kristalų.

Kalis yra dažnas elementas, randamas daugelyje medžiagų, pavyzdžiui, mikose, molyje, tefroje ir evaporituose. Šiose medžiagose skilimo produktas⁴⁰Ar gali pasišalinti iš skystos (išlydytos) uolienos, tačiau pradeda kauptis uolienai kietėjant (rekristalizuojantis). Laikas, praėjęs nuo rekristalizacijos, apskaičiuojamas matuojant ⁴⁰Ar kiekio ir likusio K ⁴⁰ kiekio santykį. Ilgas ⁴⁰K pusėjimo laikas yra daugiau nei milijardas metų, todėl šis metodas naudojamas absoliučiam mėginių, senesnių nei keli tūkstančiai metų, amžiui apskaičiuoti.

Ką reikia žinoti apie izotopus ir skilimą

⁴⁰K yra natūralus kaliio izotopas, kuris suyra dviem pagrindiniais keliais: didžioji dalis (apie 89 %) suyra į ⁴⁰Ca (β skilimas), o dalis (apie 11 %) — į ⁴⁰Ar (elektronų pagavimas / positrono emisija). Kadangi mus domina būtent radiogeninis ⁴⁰Ar susikaupimas minerale, skaičiavimuose atsižvelgiama į atitinkamą skilimo dalį ir kalio santykį uolienoje. Dėl ilgo ⁴⁰K pusėjimo laiko (apie 1,25 milijardo metų) metodas ypač tinkamas datuoti senas vulkanines uolienas ir kitus senus mėginius.

Praktinė taikymo sritis ir mėginių tipai

• Greitai atvėsusios lavos (pvz., bazaltai) yra beveik idealūs pavyzdžiai K-Ar datavimui, nes argonas nebūna užsilikęs kristaluose iki kietėjimo momento.
• Mineralai, turintys daug kalio — mikos, molis, kaliu praturtintos feldšpatų frakcijos — taip pat dažnai naudojami.
• Tephros (pelenų sluoksniai) K-Ar arba labiau pažangiu 40Ar/39Ar metodu leidžia datuoti nuosėdines sekas ir archeologinius horizontus.

Metodika ir technologijos

Tradiciškai K-Ar datavimui matuojamas bendras ⁴⁰Ar kiekis, mineralų kalio kiekis nustatomas chemiškai, o pagal santykį apskaičiuojamas amžius. Šiuolaikinė versija — 40Ar/39Ar metodas — leidžia tiksliau ir patikimiau datuoti: mėginys irradiuojamas neutronais, konvertuojant dalį ³⁹K į ³⁹Ar, tada naudojant masių spektrometriją atliekami inkrementiniai degazavimo („step-heating“) bandymai, kurie padeda atskirti radiogeninį argoną nuo atmosferinio ar „perteklinio“ (excess) argono.

Standartiniai etapai:

• mėginio paėmimas ir mechaninis apdirbimas,
• mineralų atskyrimas ir cheminis valymas,
• neutronų apšvitinimas (40Ar/39Ar metodui),
• degazavimas ir matavimas masių spektrometru,
• duomenų korekcijos (atmosferinio ⁴⁰Ar, masių frakcionavimo, reagento fone) ir amžiaus skaičiavimas.

Ribotumai ir klaidų šaltiniai

Kalio-argonio metodas remiasi prielaida, kad mineralas buvo „uždaras“ sistemai nuo kietėjimo momento: jei vėliau iš mineralo pasišalina argonas (pvz., rekristalizacijos, šildymo ar meteorizacijos metu), amžius bus per mažas. Priešingai — jei mineralai įgavo „perteklinį“ argoną iš aplinkos ar magmos (excess Ar), nustatytas amžius gali būti per didelis.

Kiti svarbūs veiksniai:

• atmosferinio ⁴⁰Ar prisidėjimo korekcija (naudojamas ⁴⁰Ar/³⁶Ar santykis),
• mažas kalio kiekis mėginyje — prastos signalo problemos,
• cheminis ar fizinis pažeidimas, suardantis uždarumo prielaidą,
• ribinis amžiaus diapazonas: praktiškai metodas patikimas nuo kelių tūkstančių metų (esant gerai įrangai ir metodu 40Ar/39Ar — dar mažesni paros), iki kelių milijardų metų.

Panaudojimas geologijoje ir archeologijoje

K-Ar ir 40Ar/39Ar metodai plačiai naudojami vulkaninių įvykių chronologijai, uolienų amžiaus nustatymui, tektoninių procesų datavimui ir geomagnetinio lauko poliariškumo laiko skalės kalibravimui — pastaroji buvo daugiausia kalibruota naudojant K-Ar datavimą, nes lavos srautai išsaugo to meto magnetizacijos informaciją.

Patikimumas ir kryžminiai patikrinimai

Rezultatų patikimumas dažnai tikrinamas: lyginami K-Ar ir 40Ar/39Ar rezultatai, naudojami kitų metodų (pvz., radiokarbono, fission-track, U–Pb) duomenys, taip pat atliekami keli mėginiai iš skirtingų mineralų ar skirtingų vietų tame pačiame uolienos vienete. Tokie tarpiniai palyginimai padeda atskirti tikrus geologinius įvykius nuo vėlesnių nukrypimų ar kontaminacijos.

Santrauka: Kalio-argono datavimas yra patikimas ir plačiai taikomas radiometrinis metodas, ypač tinkamas vulkaninėms uolienoms ir senoms geologinėms ar archeologinėms sistemoms datuoti. Tačiau tiksliam amžiui nustatyti būtina užtikrinti mėginio uždarumą, atitinkamai paruošti ir išanalizuoti mėginį bei, jei įmanoma, patikrinti rezultatus papildomais metodais.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra kalio ir argono datavimas?

K: Kuo pagrįstas kalio-argono datavimas?

K: Kur dažniausiai randamas kalis?

K: Kuriuo metu uolienoje pradeda kauptis 40Ar?

K: Kaip apskaičiuojamas laikas nuo rekristalizacijos, skaičiuojant kalio-argono datavimą?

K: Kodėl greitai atvėsusios lavos idealiai tinka K-Ar datavimui?

K: Pagal ką buvo kalibruota geomagnetinio apsisukimo laiko skalė?

Paieška pagal raidę