Datiranje kalij–argon tehnikom

Kalij–argon datiranje ili kratko K–Ar datiranje, poznato i kao kalij–argon tehnika je metod radiometrijskog određivanja starosti nalaza i slojeva u geohronologiji i arheologiji. Zasnovano je na mjerenju proizvoda radioaktivnog raspadanja izotopa kalija u argon. Kalij se obično nalazi u mnogim materijalima, kao što su liskun, mineralna glina, tefre i evaporit. U tim materijalima, proizvod ⁴⁰Ar može napustiti tekućinu (rastopljene) stijene, ali počinje da se skuplja kada se vraća u čvrsto stanje, tj. rekristalizira. Period od rekristalizacije se izračunava mjerenjem odnosa u količini ⁴⁰Ar i preostalog ⁴⁰K. Dužina poluživota (poluvijeka) ⁴⁰K omogućuje da se ovaj metod koristi za izračunavanje apsolutne starosti uzoraka starijih od nekoliko hiljada godina.

Brzo hlađenje lave je gotovo idealan uzorak za K-Ar datiranje, a također i evidenciju o smjeru i intenzitetu lokalnog magnetnog polja kao uzorka, pored Kirijevih tačaka hlađenja željeza. Skala promjena geomagnetnog polariteta je kalibrirana uglavnom pomoću K-Ar datiranja.

Serije raspada

Kalij se prirodno javlja u obliku tri izotopa: ³⁹K (93,2581%), ⁴⁰K (0,0117%) i ⁴¹K (6,7302%). Poluživot raspada ⁴⁰K je 1,248 miliona godina u ⁴⁰Ca i ⁴⁰Ar. Konverzija u stabilni ⁴⁰Ca ide preko emisije elektrona (beta raspada) u iznosu od 89,1% raspadnog procesa. Konverzija u stabilni ⁴⁰Ar se odvija preko primanja elektrona u omjeru od 10,9% raspada.

Argon, kao plemeniti plin, je manje važna komponenta kod većine stijena koje su od geohronološkog interesa: ne vežu se s drugim atomima u kristalnu rešetku. Kada se ⁴⁰K raspada na ⁴⁰Ar (argon), atom obično ostaje zarobljen unutar rešetke, jer je veći od prostora između ostalih atoma u mineralnom kristalu. Međutim, može otići u okolno područje kada se ispune odgovarajući uslovi, kao što su promjene u pritisku i/ili temperaturi. Atomi ⁴⁰Ar mogu biti difuzno otpušteni iz rastopljene magme, jer se većina kristala rastopila i atomi u njima više nisu zarobljeni. Difuzni argon iz magme, može ponovo postati zarobljen u kristalima kada se ona hladi i ponovo postaje čvrsti kamen. Nakon rekristalizacije magme, ⁴⁰K se više ne raspada i ⁴⁰Ar se ponovo ponovo grupiše u mineralnim kristalima. Mjerenje količine ⁴⁰Ar atoma se koristi za izračunavanje vremena koje je proteklo od kako se magma stvrdnula (okamenila).

Kalcij se u zemljinoj kori obično nalazi u obliku ⁴⁰Ca što je najzastupljeniji izotop. Uprkos tome što je ⁴⁰Ca favorizirani kćerinski nuklid, njegova primjena u datiranju je ograničena s obzirom na to da je veliki broj raspada potreban za malu promjenu u relativnoj rasprostranjenosti, a ni izvorni iznos prisustnog kalcija obično nije poznat.

Formula proračuna

Iznos odnosa ⁴⁰Ar – ⁴⁰K je u direktnoj vezi sa proteklim vremenom od kada je stijena bila dovoljno hladna da zarobi Ar, a određuje se pomoću sljedeće jednačine:

$t={\frac {t_{\frac {1}{2}}}{\ln(2)}}\ln \left({\frac {K_{f}+{\frac {Ar_{f}}{0.109}}}{K_{f}}}\right)$, gdje je

• t = proteklo vrijema
• t_1/2 = poluvijek ⁴⁰K
• K_f = iznos ⁴⁰K u preostalom uzorku,
• Ar_f = iznos ⁴⁰Ar nađenog u uzorku.

Faktor umanjenja 0,109 je ispravka za neizmjereni dio ⁴⁰ K koji se raspao u ⁴⁰ Ca; zbir izmjerenih ⁴⁰K i skalirani iznos ⁴⁰Ar daje iznos ⁴⁰K koji je bio prisutan na početku proteklog vremenskog perioda. U praksi, svaka od tih vrijednosti se može izraziti kao udio u ukupno prisutnom kaliju, ali samo relativno, a ne apsolutno, u odgovarajućoj količini.

Također pogledajte

• Geohronološki metod
• Apsolutna geohronologija