האשלגן-ארגון (K-Ar) היכרויות איזוטופיות שיטה יעילה במיוחד לקביעת גיל הלבה. זה פותח בשנות החמישים, היה חשוב בפיתוח התיאוריה של טקטוניקת צלחות וכיול ה- סולם זמן גיאולוגי.
יסודות אשלגן-ארגון
אשלגן מתרחשת בשני איזוטופים יציבים (41K ו- 39K) ואיזוטופ רדיואקטיבי אחד (40K). אשלגן -40 מתפרק עם מחצית החיים של 1250 מיליון שנים, כלומר מחצית מה- 40אטומי K נעלמים לאחר פרק הזמן הזה. ריקבונו מניב ארגון -40 וסידן -40 ביחס של 11 ל- 89. שיטת K-Ar עובדת על ידי ספירת רדיואנים אלה 40אטומי אר כלואים בתוך מינרלים.
מה שמפשט את הדברים הוא שאשלגן הוא מתכת תגובית וארגון הוא גז אינרטי: אשלגן תמיד נעול היטב במינרלים ואילו ארגון אינו חלק ממינרלים. ארגון מהווה אחוז אחד מהאווירה. אז בהנחה שאף אוויר לא נכנס לתבואה מינרלית כשהוא נוצר לראשונה, יש לו אפס תכולת ארגון. כלומר, גרעין מינרלי טרי מגדיר את שעון ה- K-Ar שלו על אפס.
השיטה מסתמכת על סיפוק כמה הנחות חשובות:
- על האשלגן והארגון להישאר במינרל לאורך זמן גיאולוגי. זה הקשה ביותר לספק.
- אנו יכולים למדוד הכל במדויק. מכשירים מתקדמים, נהלים קפדניים ושימוש במינרלים סטנדרטיים מבטיחים זאת.
- אנו מכירים את התערובת הטבעית המדויקת של איזוטופים של אשלגן וארגון. עשורים של מחקר בסיסי העבירו לנו נתונים אלה.
- אנו יכולים לתקן לכל ארגון מהאוויר שנכנס למינרל. זה דורש שלב נוסף.
בהינתן עבודה מדוקדקת בשדה ובמעבדה, ניתן לעמוד בהנחות אלה.
שיטת K-Ar הלכה למעשה
יש לבחור בזהירות רבה את מדגם הסלע לתאריך. כל שינוי או שבר פירושו שהאשלגן או הארגון או שניהם הופרעו. האתר צריך להיות בעל משמעות גיאולוגית, קשור בבירור לסלעים מאובנים או מאפיינים אחרים הזקוקים לתאריך טוב כדי להצטרף לסיפור הגדול. זרימות לבה שנמצאות מעל ומתחת לערוגות סלע עם מאובנים אנושיים קדומים הם דוגמא טובה ואמיתית.
המינרל סנידין, הצורה בטמפרטורה גבוהה של שומר שומר אשלגן, הוא הרצוי ביותר. אבל micas, plagioclase, hornblende, טיט, ומינרלים אחרים יכולים להניב נתונים טובים, כמו גם ניתוחים מלאים בסלע. לסלעים צעירים יש רמות נמוכות של 40Ar, כך ייתכן שיהיה צורך במספר קילוגרמים. דגימות סלע נרשמות, מסומנות, אטומות ומוחזקות נקיות מזיהום וחום מוגזם בדרך למעבדה.
דגימות הסלע נמחצות, בציוד נקי, לגודל השומר על דגנים מלאים של המינרל לתאריך, ואז נפטרים כדי לסייע בריכוז גרגרי המינרל המטרה. את השבר בגודל שנבחר מנקים באמבטיות אולטרסאונד וחומצות, ואז מיובשים בעדינות בתנור. מינרל המטרה מופרד באמצעות נוזלים כבדים, ואז נבחרים ביד תחת המיקרוסקופ עבור הדגימה הטהורה ביותר האפשרית. לאחר מכן נאפה דגימת מינרלים זו בעדינות למשך הלילה בכבשן ואקום. שלבים אלה מסייעים בהסרת האווירה האווירית 40Ar מהמדגם ככל האפשר לפני ביצוע המדידה.
בשלב הבא, הדגימה המינרלית מחוממת להתכה בכבשן ואקום, ומוציאה את כל הגז. כמות מדויקת של ארגון 38 מתווספת לגז כ"ספייק "כדי לסייע בכיול המדידה, ומדגם הגז נאסף על פחם פעיל שמקורר בחנקן נוזלי. ואז מנקים את דגימת הגז מכל הגזים הלא רצויים כמו H2O, CO2, כך2, חנקן וכן הלאה עד שכל שנותר הוא גזים אינרטיים, ארגון ביניהם.
לבסוף, אטומי הארגון סופרים בספקטרומטר המוני, מכונה עם מורכבות משלה. נמדדים שלושה איזוטופים של ארגון: 36Ar, 38Ar, ו 40Ar. אם הנתונים מצעד זה נקיים, ניתן לקבוע את שפע הארגון האטמוספרי ואז להפחית אותו כדי להביא לרדיואגן 40תוכן Ar. "תיקון אוויר" זה מסתמך על רמת הארגון -36 שמגיע רק מהאוויר ולא נוצר על ידי שום תגובה של דעיכה גרעינית. זה מופרע, וכמות פרופורציונלית של ה- 38Ar ו- 40Ar גם מופרעים. השאר 38Ar מהספייק, והשאר 40Ar הוא רדיוגני. מכיוון שהדוקרן ידוע בדיוק, ה- 40Ar נקבע בהשוואה אליו.
וריאציות בנתונים אלה עשויות להצביע על שגיאות בכל מקום בתהליך, וזו הסיבה שכל שלבי ההכנה נרשמים בפירוט.
ניתוחים של K-Ar עולים כמה מאות דולרים למדגם ונמשכים שבוע או שבועיים.
שיטת 40Ar-39Ar
גרסה של שיטת K-Ar נותנת נתונים טובים יותר על ידי הפיכת תהליך המדידה הכולל לפשוט יותר. המפתח הוא להכניס את הדגימה המינרלית לקרן נויטרונים, הממירה אשלגן -39 לארגון -39. כי 39ל- Ar יש מחצית חיים קצרה מאוד, מובטח שהוא נעדר במדגם לפני כן, כך שזה אינדיקטור ברור לתכולת האשלגן. היתרון הוא שכל המידע הדרוש לתארוך המדגם מגיע מאותה מדידת ארגון. הדיוק גדול יותר והשגיאות נמוכות יותר. שיטה זו מכונה בדרך כלל "היכרויות ארגון-ארגון."
ההליך הפיזי ל 40Ar-39היכרויות של Ar זהים למעט שלושה הבדלים:
- לפני שמכניסים את הדגימה המינרלית לתנור הוואקום, היא מוקרנת יחד עם דגימות של חומרים סטנדרטיים על ידי מקור נויטרונים.
- אין 38ספייק צריך.
- נמדדים ארבעה איזוטופים Ar: 36Ar, 37Ar, 39Ar, ו 40Ar.
ניתוח הנתונים מורכב יותר מאשר בשיטת K-Ar מכיוון שההקרנה יוצרת אטומי ארגון מאיזוטופים אחרים מלבד 40ק. יש לתקן את האפקטים הללו, והתהליך מורכב מספיק כדי לדרוש מחשבים.
ניתוחים של Ar-Ar עולים כ 1000 $ למדגם ונמשכים מספר שבועות.
סיכום
שיטת Ar-Ar נחשבת לעילאית, אך חלק מהבעיות שלה נמנעות בשיטת K-Ar הישנה. כמו כן, ניתן להשתמש בשיטת ה- K-Ar הזולה יותר למטרות הקרנה או סיור, וכך חוסכת את Ar-Ar לבעיות התובעניות או המעניינות ביותר.
שיטות התיארוך הללו נמצאות בשיפור מתמיד במשך למעלה מ 50 שנה. עקומת הלמידה הייתה ארוכה והיא רחוקה מלהסתיים היום. עם כל תוספת באיכות, נמצאו מקורות טעויות עדינים יותר ונלקחו בחשבון. חומרים טובים וידיים מיומנות יכולות להניב גילאים שבוודאי נמצאים בתוך אחוז אחד, אפילו בסלעים בני 10,000 שנה בלבד, שבהם כמויות של 40הם קטנים ונעלמים.