Métodos de datação por potássio e argônio: K-Ar e Ar-Ar

O potássio-argônio (K-Ar) namoro isotópico O método é especialmente útil para determinar a idade das lavas. Desenvolvido na década de 1950, era importante no desenvolvimento da teoria da placas tectônicas e na calibração do escala de tempo geológico.

Potássio ocorre em dois isótopos estáveis ​​(⁴¹K e ³⁹K) e um isótopo radioativo (⁴⁰K) O potássio-40 decai com uma meia-vida de 1250 milhões de anos, o que significa que metade dos ⁴⁰Os átomos de K se foram após esse período de tempo. Seu decaimento produz argônio-40 e cálcio-40 em uma proporção de 11 a 89. O método K-Ar funciona contando esses dados radiogênicos ⁴⁰Átomos de ar presos dentro de minerais.

O que simplifica as coisas é que o potássio é um metal reativo e o argônio é um gás inerte: o potássio é sempre firmemente trancado em minerais, enquanto o argônio não faz parte de nenhum mineral. Argônio compõe 1% da atmosfera. Assim, assumindo que nenhum ar entra em um grão mineral quando se forma pela primeira vez, ele tem zero teor de argônio. Ou seja, um grão mineral fresco tem seu "relógio" K-Ar ajustado em zero.

O método baseia-se em satisfazer algumas suposições importantes:

1. O potássio e o argônio devem permanecer no mineral ao longo do tempo geológico. Este é o mais difícil de satisfazer.
2. Podemos medir tudo com precisão. Instrumentos avançados, procedimentos rigorosos e o uso de minerais padrão garantem isso.
3. Conhecemos a mistura natural precisa de isótopos de potássio e argônio. Décadas de pesquisa básica nos deram esses dados.
4. Podemos corrigir qualquer argônio do ar que entra no mineral. Isso requer uma etapa extra.

Dado o trabalho cuidadoso no campo e no laboratório, essas suposições podem ser atendidas.

A amostra de rocha a ser datada deve ser escolhida com muito cuidado. Qualquer alteração ou fratura significa que o potássio, o argônio ou ambos foram perturbados. O site também deve ser geologicamente significativo, claramente relacionado a rochas contendo fósseis ou outros recursos que precisam de uma boa data para se juntar à grande história. Fluxos de lava que se encontram acima e abaixo de leitos rochosos com fósseis humanos antigos são um bom - e verdadeiro - exemplo.

A sanidina mineral, a forma de alta temperatura de feldspato de potássio, é o mais desejável. Mas micas, plagioclásio, hornblenda, argilas e outros minerais podem produzir bons dados, assim como análises de rochas inteiras. Rochas jovens têm baixos níveis de ⁴⁰Ar, por isso podem ser necessários vários quilos. As amostras de rocha são registradas, marcadas, seladas e mantidas livres de contaminação e calor excessivo a caminho do laboratório.

As amostras de rocha são trituradas, em equipamentos limpos, até um tamanho que preserva os grãos integrais do mineral a serem datados e depois peneirados para ajudar a concentrar esses grãos do mineral alvo. A fração de tamanho selecionada é limpa em banho de ultrassom e ácido e, em seguida, suavemente seca em estufa. O mineral alvo é separado usando líquidos pesados ​​e depois colhido manualmente ao microscópio para obter a amostra mais pura possível. Esta amostra mineral é então cozida suavemente durante a noite em um forno a vácuo. Essas etapas ajudam a remover o máximo de ⁴⁰Ar da amostra possível antes de fazer a medição.

Em seguida, a amostra mineral é aquecida para derreter em um forno a vácuo, expulsando todo o gás. Uma quantidade precisa de argônio-38 é adicionada ao gás como um "pico" para ajudar a calibrar a medição, e a amostra de gás é coletada no carvão ativado, resfriado por nitrogênio líquido. Em seguida, a amostra de gás é limpa de todos os gases indesejados, como H₂O, CO₂, ASSIM₂, nitrogênio e assim por diante até tudo o que resta é o gases inertes, argônio entre eles.

Finalmente, os átomos de argônio são contados em um espectrômetro de massa, uma máquina com suas próprias complexidades. Três isótopos de argônio são medidos: ³⁶Ar, ³⁸Ar e ⁴⁰Ar. Se os dados desta etapa estiverem limpos, a abundância de argônio atmosférico poderá ser determinada e subtraída para produzir ⁴⁰Ar content. Essa "correção do ar" depende do nível de argônio-36, que vem apenas do ar e não é criado por nenhuma reação de decaimento nuclear. É subtraído e uma quantidade proporcional do ³⁸Ar e ⁴⁰Ar também são subtraídos. O restante ³⁸Ar é do pico, e o restante ⁴⁰Ar é radiogênico. Como o pico é conhecido com precisão, o ⁴⁰Ar é determinado por comparação a ele.

Variações nesses dados podem apontar para erros em qualquer lugar do processo, e é por isso que todas as etapas da preparação são registradas em detalhes.

As análises da K-Ar custam várias centenas de dólares por amostra e levam uma ou duas semanas.

Uma variante do método K-Ar fornece melhores dados, simplificando o processo geral de medição. A chave é colocar a amostra mineral em um feixe de nêutrons, que converte potássio-39 em argônio-39. Porque ³⁹O ar tem uma meia-vida muito curta, é garantido que ele esteja ausente na amostra de antemão, portanto é um indicador claro do conteúdo de potássio. A vantagem é que todas as informações necessárias para datar a amostra provêm da mesma medição de argônio. A precisão é maior e os erros são menores. Esse método é comumente chamado de "datação por argônio-argônio".

O procedimento físico para ⁴⁰Ar-³⁹O namoro é o mesmo, exceto por três diferenças:

• Antes de a amostra mineral ser colocada no forno a vácuo, ela é irradiada juntamente com amostras de materiais padrão por uma fonte de nêutrons.
• Não há ³⁸Ar spike necessário.
• Quatro isótopos Ar são medidos: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar e ⁴⁰Ar.

A análise dos dados é mais complexa do que no método K-Ar, porque a irradiação cria átomos de argônio a partir de outros isótopos ⁴⁰K. Esses efeitos devem ser corrigidos e o processo é intrincado o suficiente para exigir computadores.

As análises Ar-Ar custam cerca de US $ 1000 por amostra e levam várias semanas.

O método Ar-Ar é considerado superior, mas alguns de seus problemas são evitados no método K-Ar mais antigo. Além disso, o método K-Ar mais barato pode ser usado para fins de triagem ou reconhecimento, economizando o Ar-Ar para os problemas mais exigentes ou interessantes.

Esses métodos de namoro estão em constante aprimoramento há mais de 50 anos. A curva de aprendizado foi longa e está longe de terminar hoje. A cada incremento na qualidade, fontes mais sutis de erro foram encontradas e levadas em consideração. Bons materiais e mão-de-obra qualificada podem produzir idades dentro de 1%, mesmo em rochas com apenas 10.000 anos de idade, nas quais quantidades de ⁴⁰Ar são muito pequenos.