K–Ar flört - K–Ar dating

Potasyum-argon tarihleme , kısaltılmış K-Ar tarihleme , jeokronoloji ve arkeolojide kullanılan radyometrik bir tarihleme yöntemidir . Bu ürününün ölçülmesine dayanır radyoaktif bir bozunma izotop arasında potasyum içine (K) , argon (Ar). Potasyum, feldispatlar , mikalar , kil mineralleri , tephra ve evaporitler gibi birçok malzemede bulunan yaygın bir elementtir . Bu malzemelerde bozunma ürünü⁴⁰
Ar
sıvı (erimiş) kayadan kaçabilir, ancak kaya katılaştığında ( yeniden kristalleştiğinde ) birikmeye başlar . Meydana gelen argon süblimleşme miktarı, numunenin saflığının, ana malzemenin bileşiminin ve bir dizi başka faktörün bir fonksiyonudur. Bu faktörler, tarihlemenin üst ve alt sınırlarına hata limitleri getirir, böylece yaşın nihai tespiti, oluşum, erime ve azaltılmış basınca veya açık havaya maruz kalma sırasındaki çevresel faktörlere bağlıdır. Yeniden kristalleşmeden bu yana geçen süre, miktarın oranı ölçülerek hesaplanır.⁴⁰
Ar
miktarına kadar birikmiş ⁴⁰
K
geriye kalan. Uzun yarılanma ömrü arasında⁴⁰
K
yöntemin birkaç bin yıldan daha eski örneklerin mutlak yaşını hesaplamak için kullanılmasına izin verir .

K-Ar yaş tayini için neredeyse ideal örnekler oluşturan hızlı soğutulan lavlar, numune demirin Curie sıcaklığını geçtikten sonra yerel manyetik alanın yönü ve yoğunluğunun bir kaydını da korur . Jeomanyetik kutup zaman ölçeği büyük ölçüde K-Ar kalma kullanılarak kalibre edilmiştir.

çürüme serisi

Potasyum doğal olarak 3 izotopta bulunur: ³⁹
K
(%93.2581), ⁴⁰
K
(%0.0117), ⁴¹
K
(%6.7302). ³⁹
K
ve ⁴¹
K
kararlılar. NS⁴⁰
K
izotop radyoaktiftir; Bir gide azalır yarılanma ömrü arasında1.248 x 10 ⁹  yıl için⁴⁰
CA
ve ⁴⁰
Ar
. Kararlıya dönüştürme⁴⁰
CA
bozunma olaylarının %89,3'ünde elektron emisyonu ( beta bozunması ) yoluyla gerçekleşir. Kararlıya dönüştürme⁴⁰
Ar
bozunma olaylarının kalan %10,7'sinde elektron yakalama yoluyla gerçekleşir.

Asil bir gaz olan argon, jeokronolojik ilginin çoğu kaya örneğinin küçük bir bileşenidir : Bir kristal kafes içinde diğer atomlarla bağlanmaz. Ne zaman⁴⁰
K
çürür ⁴⁰
Ar
; bir mineral kristalindeki diğer atomlar arasındaki boşluklardan daha büyük olduğu için atom tipik olarak kafes içinde hapsolmuş halde kalır. Ancak basınç veya sıcaklıktaki değişiklik gibi doğru koşullar sağlandığında çevredeki bölgeye kaçabilir.⁴⁰
Ar
atomlar, çoğu kristal eridiği ve atomlar artık tuzağa düşmediği için erimiş magmadan yayılabilir ve kaçabilir. Sürüklenmiş argon – magmadan kaçamayan dağınık argon – magma tekrar katı kaya olmak üzere soğuduğunda tekrar kristallerde hapsolabilir. Magmanın yeniden kristalleşmesinden sonra,⁴⁰
K
çürüyecek ve ⁴⁰
Ar
mineral kristallerinde tutulan argon atomlarıyla birlikte tekrar birikecektir. miktar ölçümü⁴⁰
Ar
atomlar, bir kaya numunesinin katılaşmasından bu yana geçen süreyi hesaplamak için kullanılır.

Aksine ⁴⁰
CA
tercih edilen kızı nüklid olduğu için, kalsiyum kabukta çok yaygın olduğu için tarihlemede nadiren yararlıdır. ⁴⁰
CA
en bol bulunan izotoptur. Bu nedenle, başlangıçta mevcut olan kalsiyum miktarı bilinmemektedir ve radyoaktif bozunma tarafından üretilen küçük artışların ölçümlerini karıştırmaya yetecek kadar değişebilir.

formül

miktarı oranı ⁴⁰
Ar
buna ⁴⁰
K
kayanın Ar'ı denklemle yakalayacak kadar soğuk olması nedeniyle geçen zamanla doğrudan ilişkilidir.

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

nerede

• t geçen zaman
• t _1/2 olan yarı-ömrü arasında⁴⁰
  K
  
• K _f miktarıdır⁴⁰
  K
  örnekte kalan
• Ar _f miktarıdır⁴⁰
  Ar
  örnekte bulundu.

Ölçek faktörü 0.109, ölçülmeyen kısmı düzeltir. ⁴⁰
K
hangi çürüdü ⁴⁰
CA
; ölçülen toplam⁴⁰
K
ve ölçekli miktar ⁴⁰
Ar
miktarını verir ⁴⁰
K
geçen sürenin başında mevcuttu. Pratikte, bu değerlerin her biri, mutlak değil, sadece nispi miktarlar gerektiğinden, mevcut toplam potasyumun bir oranı olarak ifade edilebilir.

Verilerin elde edilmesi

İzotopların içerik oranını elde etmek için ⁴⁰
Ar
ile ⁴⁰
K
bir kaya veya mineralde, Ar miktarı, bir kaya numunesi vakumda uçurulduğunda salınan gazların kütle spektrometrisi ile ölçülür . Potasyum, alev fotometrisi veya atomik absorpsiyon spektroskopisi ile ölçülür .

Miktarı ⁴⁰
K
nadiren doğrudan ölçülür. Aksine, daha yaygın³⁹
K
ölçülür ve bu miktar daha sonra kabul edilen oran ile çarpılır. ⁴⁰
K
/³⁹
K
(yani, %0.0117/93.2581, yukarıya bakın).

Miktarı ⁴⁰
Ar
toplam argonun ne kadarının atmosferik kaynaklı olduğunu değerlendirmek için de ölçülür.

varsayımlar

Göre McDougall & Harrison (1999 bilgisayarlı tarihleri kayanın gerçek yaşı temsil olarak kabul edilmesi için., S 11) Aşağıdaki varsayımlar doğru olmalıdır:

• ebeveyn nüklid, ⁴⁰
  K
  , fiziksel durumundan bağımsız bir oranda bozunur ve basınç veya sıcaklık farklılıklarından etkilenmez. Bu, radyoaktif bozunmaya dayalı tüm tarihleme yöntemlerinde ortak olan, sağlam temellere dayanan bir varsayımdır. Elektron yakalama kısmi bozunma sabitindeki değişikliklere rağmen⁴⁰
  K
  Muhtemelen yüksek basınçlarda meydana gelebilir, teorik hesaplamalar, Dünya'nın büyüklüğünde bir cisim içinde yaşanan basınçlar için etkilerin ihmal edilebilecek kadar küçük olduğunu göstermektedir.
• NS ⁴⁰
  K
  /³⁹
  K
  doğada oran sabit olduğundan ⁴⁰
  K
  nadiren doğrudan ölçülür, ancak toplam potasyumun %0.0117'si olduğu varsayılır. Soğutma sırasında başka bir süreç aktif değilse, bu karasal örnekler için çok iyi bir varsayımdır.
• Bir numunede ölçülen radyojenik argon, in situ bozunmasıyla üretildi. ⁴⁰
  K
  kaya kristalleştiğinden veya yeniden kristalleştiğinden beri geçen süre içinde. Bu varsayımın ihlali nadir değildir. Yabancıların dahil edilmesinin iyi bilinen örnekleri⁴⁰
  Ar
  önceden var olan gazları tamamen dışarı atmamış, soğutulmuş camsı derin deniz bazaltlarını içerir. ⁴⁰
  Ar
  * ve eski ksenolitik malzemenin eklenmesiyle bir magmanın fiziksel kirlenmesi. Ar-Ar partner yöntemi yabancı argon varlığını ölçmek için geliştirilmiştir.
• Radyojenik olmayan maddelerin absorpsiyonuyla numunelerin kontaminasyonunu önlemek için büyük özen gereklidir. ⁴⁰
  Ar
  atmosferden. Denklem, denklemden çıkarılarak düzeltilebilir.⁴⁰
  Ar
  _ölçülen değer havada bulunan miktar⁴⁰
  Ar
  göre 295,5 kat daha bol ³⁶
  Ar
  . ⁴⁰
  Ar
  _çürümüş =⁴⁰
  Ar
  _ölçülen − 295,5 ׳⁶
  Ar
  _{ölçülmüş} .
• Örnek olay tarihi geçtiğinden beri kapalı bir sistem olarak kalmış olmalıdır. Bu nedenle, herhangi bir kayıp veya kazanç olmamalıdır.⁴⁰
  K
  veya ⁴⁰
  Ar
  *, radyoaktif bozunma dışında ⁴⁰
  K
  . Bu varsayımdan sapmalar, özellikle karmaşık jeolojik tarih alanlarında oldukça yaygındır, ancak bu tür ayrılmalar, termal geçmişleri aydınlatmada değerli olan faydalı bilgiler sağlayabilir. eksikliği⁴⁰
  Ar
  bilinen bir yaştaki bir numunede, bölgenin termal geçmişinde tam veya kısmi bir eriyik gösterebilir. Jeolojik bir özelliğin tarihlendirilmesinde güvenilirlik, biraz farklı termal geçmişlere maruz kalmış farklı alanlardan örnek alınarak artırılır.

Hem alev fotometrisi hem de kütle spektrometrisi yıkıcı testlerdir, bu nedenle kullanılan alikuotların numuneyi gerçekten temsil etmesini sağlamak için özel dikkat gösterilmelidir. Ar–Ar tarihleme , bu sorunu önlemek için numunenin aynı kısmından izotop oranlarını karşılaştıran benzer bir tekniktir.

Uygulamalar

Nedeniyle uzun yarılanma ömrü arasında⁴⁰
K
, teknik en çok 100.000 yıldan daha eski olan minerallerin ve kayaların tarihlendirilmesi için geçerlidir. Daha kısa zaman çizelgeleri için, bunun yeterli olması pek olası değildir.⁴⁰
Ar
doğru bir şekilde ölçülebilir olmak için biriktirmek için zamana sahip olacaktır. K–Ar tarihlemesi, jeomanyetik polarite zaman ölçeğinin geliştirilmesinde etkili oldu . Jeolojik uygulamalarda en fazla faydayı bulsa da arkeolojide önemli bir rol oynamaktadır . Olduvai Gorge'daki arkeolojik tortuların yaşını, tortuların üstündeki ve altındaki lav akıntılarını tarihlendirerek parantez içine alan bir arkeolojik uygulama olmuştur . Ayrıca Hadar, Etiyopya gibi volkanik aktivite geçmişi olan diğer erken doğu Afrika bölgelerinde de vazgeçilmez olmuştur . K-Ar yöntemi, kil mineral diyajenezinin tarihlendirilmesinde fayda sağlamaya devam etmektedir . 2017 yılında, ayrışma ile oluşan illitlerin başarılı bir şekilde tarihlendirildiği bildirildi. Bu bulgu dolaylı tarihlenmesine yol strandflat arasında Batı Norveç illit numunesi alınmıştır. Kil mineralleri 2 μm'den daha incedir ve Ar kristal kafesten geri teptiği için Ar–Ar analizi için kolayca ışınlanamaz .

2013 yılında, K–Ar yöntemi Mars Curiosity gezgini tarafından Mars yüzeyindeki bir kayayı tarihlendirmek için kullanıldı, ilk kez bir kaya başka bir gezegende bulunurken mineral içeriklerinden tarihlendirildi.

Notlar

Referanslar

• Aronson, JL; Lee, M. (1986). "Bir kontakt metamorfik zonda bentonit ve şeylin K/Ar sistematiği" . Killer ve Kil Mineralleri . 34 (4): 483-487. Bibcode : 1986CCM....34..483A . doi : 10.1346/CCMN.1986.0340415 .
• McDougall, I .; Harrison, TM (1999). ⁴⁰ Ar/ ³⁹ Ar yöntemiyle jeokronoloji ve termokronoloji . Oxford Üniversitesi Yayınları . ISBN'si 978-0-19-510920-7.
• Tattersall, I. (1995). Fosil Trail: We Know Nasıl Biz İnsan Evrimi Hakkında Bilmeniz düşünün ne . Oxford Üniversitesi Yayınları . ISBN'si 978-0-19-506101-7.

daha fazla okuma

• "K/Ar ve ⁴⁰ K/ ³⁹ K metodolojisi" . New Mexico Jeokronoloji Araştırma Laboratuvarı . Arşivlenmiş orijinal 17 Nisan 2006 tarihinde.
• Michaels, GH; Fagan, BM (15 Aralık 2005). "Kronolojik Yöntemler 9: Potasyum-Argon Tarihleme" . Kaliforniya Üniversitesi . Arşivlenmiş orijinal 10 Ağustos 2010 tarihinde.
• Moran, TJ (2009). "Hawaii Adaları Jeolojisini Kullanarak Radyoizotop Tarihleme Öğretimi" (PDF) . Yerbilimleri Eğitimi Dergisi . 57 (2): 101–105. Bibcode : 2009JGeEd..57..101M . doi : 10.5408/1.3544237 .