Калий-аргондық талдау: Геохронология мен археологиядағы радиометриялық жас анықтау әдісі. Калийдің аргонға айналуы арқылы тау жыныстарының жасын анықтау.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Радиометриялық даталау әдісі
Radiometric dating method
Калий-аргондық даталау, қысқартылып К–Ar даталау, геохронология және археологияда қолданылатын радиометриялық даталау әдісі. Ол калий (K) изотопының радиоактивті ыдырауының нәтижесінде аргонға (Ar) айналатын өнімді өлшеуге негізделген. Калий – фельдшпаттар, микалар, саз минералдары, тефра және булану шөгінділері сияқты көптеген материалдарда кездесетін кең таралған элемент. Бұл материалдарда ыдырау өнімі – аргон-40, сұйық (балқыған) тау жынысынан шығып кетуге қабілетті, бірақ тау жынысы қатып (қайта кристалдануымен) жинала бастайды. Аргонның сублимациялану мөлшері үлгінің тазалығына, аналық материалдың құрамына және басқа да факторларға байланысты. Бұл факторлар даталаудың жоғарғы және төменгі шектерінде қателіктерге әкеледі, сондықтан жастың нақты анықталуы – қалыптасу, балқу және қысымның төмендеуіне немесе ашық ауаға ұшырау кезіндегі қоршаған орта факторларына байланысты. Қайта кристалданудан бері өткен уақыт жинақталған аргон-40 мөлшерінің қалған калий-40 мөлшеріне қатынасын өлшеу арқылы есептеледі. Калий-40-тың ұзақ жартылай ыдырау кезеңі осы әдісті бірнеше мың жылдан астам ғасырларға созылған үлгілердің абсолютті жасын анықтауға мүмкіндік береді. K–Ar даталау үшін жақсы үлгілерді құрайтын жылдам салқындатылған лавалар, сонымен қатар үлгі темірдің Кюри температурасынан төмен салқындаған кездегі жергілікті магнит өрісінің бағыты мен қарқындылығы туралы мәліметтерді сақтайды. Геомагниттік полярлық уақыт шкаласы негізінен K–Ar даталау арқылы калибрленді.
Potassium–argon dating, abbreviated K–Ar dating, is a radiometric dating method used in geochronology and archaeology. It is based on measurement of the product of the radioactive decay of an isotope of potassium (K) into argon (Ar). Potassium is a common element found in many materials, such as feldspars, micas, clay minerals, tephra, and evaporites. In these materials, the decay product Argon 40 is able to escape the liquid (molten) rock but starts to accumulate when the rock solidifies (recrystallizes). The amount of argon sublimation that occurs is a function of the purity of the sample, the composition of the mother material, and a number of other factors. These factors introduce error limits on the upper and lower bounds of dating, so that the final determination of age is reliant on the environmental factors during formation, melting, and exposure to decreased pressure or open air. Time since recrystallization is calculated by measuring the ratio of the amount of Argon 40 accumulated to the amount of Potassium 40 remaining. The long half life of Potassium 40 allows the method to be used to calculate the absolute age of samples older than a few thousand years. The quickly cooled lavas that make nearly ideal samples for K–Ar dating also preserve a record of the direction and intensity of the local magnetic field as the sample cooled past the Curie temperature of iron. The geomagnetic polarity time scale was calibrated largely using K–Ar dating.
Кесу сериясы
Калий табиғи түрде 3 изотоппен кездеседі: калий-39 (93,2581%), калий-40 (0,0117%), калий-41 (6,7302%). Калий-39 және калий-41 тұрақты. Калий-40 изотобы радиоактивті; ол 1,248 жартылай ыдырау мерзімінде кальций-40 және аргон-40 болып ыдырайды. Тұрақты кальций-40-қа айналу ыдырау оқиғаларының 89,3%-ында электрондар эмиссиясы (бета-ыдырау) арқылы жүзеге асады. Қалған 10,7% ыдырау оқиғаларында тұрақты аргон-40-қа айналу электрондарды ұстау арқылы болады. Аргон – асыл газ болғандықтан, геохронологиялық тұрғыдан қызығушылық тудыратын көптеген тау жынысы үлгілерінде шағын компонент болып табылады: ол кристалл торындағы басқа атомдармен байланыспайды. Калий-40 аргон-40-қа ыдырайтын кезде, атом әдетте минералдық кристалдағы басқа атомдар арасындағы кеңістіктерден үлкен болғандықтан, тордың ішінде тұрып қалады. Бірақ, қысым немесе температура өзгерген кезде, ол қоршаған ортаға тарап шығуы мүмкін. Аргон-40 атомдары еріген магма арқылы диффузияланып, одан шығып кетуі мүмкін, себебі көптеген кристалдар еріген және атомдар енді тұтқындалмайды. Магма суынып, қайтадан қатты тау жынысына айналғанда, магмадан шыға алмай қалған диффузиялық аргон қайтадан кристалдарға сіңіп қалуы мүмкін. Магманың қайтадан кристалдануынан кейін, көбірек калий-40 ыдырайды және аргон-40 қайтадан жиналады, сонымен қатар минералдық кристалдарға тұтқындалған аргон атомдары да жиналады. Аргон-40 атомдарының мөлшерін өлшеу тау жынысы үлгісінің қалыптасу уақытын анықтау үшін қолданылады. Кальций-40 ең қолайлы дочерлік нуклид болғанымен, оны мерзімдеу үшін сирек қолданады, өйткені кальций қыртыста өте көп кездеседі, ал кальций-40 ең көп таралған изотоп болып табылады. Сондықтан, бастапқыда болған кальций мөлшері белгісіз және радиоактивті ыдырау нәтижесінде туындаған шағын өзгерістерді өлшеуді қиындату үшін жеткілікті түрде өзгеруі мүмкін.
Potassium naturally occurs in 3 isotopes: Potassium 39 (93.2581%), Potassium 40 (0.0117%), Potassium 41 (6.7302%). Potassium 39 and Potassium 41 are stable. The Potassium 40 isotope is radioactive; it decays with a half life of 1.248 to Calcium 40 and Argon 40. Conversion to stable Calcium 40 occurs via electron emission (beta decay) in 89.3% of decay events. Conversion to stable Argon 40 occurs via electron capture in the remaining 10.7% of decay events. Argon, being a noble gas, is a minor component of most rock samples of geochronological interest: It does not bind with other atoms in a crystal lattice. When Potassium 40 decays to Argon 40; the atom typically remains trapped within the lattice because it is larger than the spaces between the other atoms in a mineral crystal. But it can escape into the surrounding region when the right conditions are met, such as changes in pressure or temperature. Argon 40 atoms can diffuse through and escape from molten magma because most crystals have melted and the atoms are no longer trapped. Entrained argon – diffused argon that fails to escape from the magma – may again become trapped in crystals when magma cools to become solid rock again. After the recrystallization of magma, more Potassium 40 will decay and Argon 40 will again accumulate, along with the entrained argon atoms, trapped in the mineral crystals. Measurement of the quantity of Argon 40 atoms is used to compute the amount of time that has passed since a rock sample has solidified. Despite Calcium 40 being the favored daughter nuclide, it is rarely useful in dating because calcium is so common in the crust, with Calcium 40 being the most abundant isotope. Thus, the amount of calcium originally present is not known and can vary enough to confound measurements of the small increases produced by radioactive decay.
Деректерді алу
Тау жынысы немесе минералдың 40Аргон мен 40Калий изотоптарының арақатынасын анықтау үшін, тау жынысы үлгісі вакуумде буланып кететін кезде бөлінетін газдардың массалық спектрометриясы арқылы Ar мөлшері өлшенеді. Калий жалынды фотометрия немесе атомдық абсорбция спектроскопиясы арқылы мөлшерленеді. 40Калий мөлшері сирек тікелей өлшенеді. Керісінше, көбірек таралған 39Калий өлшенеді, содан кейін бұл мөлшер 40Калий/39Калий қабылданған арақатынасымен (яғни, 0,0117%/93,2581%, жоғарыда қараңыз) көбейтіледі. Жалпы аргонның қаншасы атмосфералық екенін бағалау үшін 40Аргон мөлшері де өлшенеді.
To obtain the content ratio of isotopes Argon 40 to Potassium 40 in a rock or mineral, the amount of Ar is measured by mass spectrometry of the gases released when a rock sample is volatilized in vacuum. The potassium is quantified by flame photometry or atomic absorption spectroscopy. The amount of Potassium 40 is rarely measured directly. Rather, the more common Potassium 39 is measured and that quantity is then multiplied by the accepted ratio of Potassium 40/Potassium 39 (i. e., 0.0117%/93.2581%, see above). The amount of Argon 40 is also measured to assess how much of the total argon is atmospheric in origin.
Қолданбалар
Калий-40-тың ұзақ жартылай ыдырау кезеңіне байланысты, бұл әдіс 100 000 жылдан астам ғасырларға дейінгі минералдар мен тау жыныстарын жас анықтау үшін ең қолайлы. Ал қысқа мерзім ішінде Аргон-40 жеткілікті мөлшерде жинақталып, дәл өлшенуге үлкермейді. К–Ar әдісі геомагниттік полярлық уақыт шкаласын жасауға зор үлес қосты. Бұл әдіс сонымен қатар Эфиопиядағы Хадар сияқты, жанартаулық қызмет тарихы бар Шығыс Африканың басқа да ертедегі орналасқан жерлерінде де маңызды болды. 2017 жылы ауа райының әсерінен пайда болған иллиттің сәтті жас анықталуы туралы хабарланды. Бұл жайт Батыс Норвегияның strandflat-ының жасын анықтауға ықпал етті, одан иллит үлгісі алынған болатын.
Due to the long half life of Potassium 40, the technique is most applicable for dating minerals and rocks more than 100,000 years old. For shorter timescales, it is unlikely that enough Argon 40 will have had time to accumulate to be accurately measurable. K–Ar dating was instrumental in the development of the geomagnetic polarity time scale. It has also been indispensable in other early east African sites with a history of volcanic activity such as Hadar, Ethiopia. In 2017, the successful dating of illite formed by weathering was reported. This finding indirectly lead to the dating of the strandflat of Western Norway from where the illite was sampled.