Metode Kencan Potassium-Argon: K-Ar dan Ar-Ar Dating

The potassium-argon (K-Ar) kencan isotop Metode ini sangat berguna untuk menentukan usia lava. Dikembangkan pada 1950-an, itu penting dalam mengembangkan teori lempeng tektonik dan dalam mengkalibrasi skala waktu geologis.

Kalium terjadi pada dua isotop stabil (⁴¹K dan ³⁹K) dan satu isotop radioaktif (⁴⁰K). Kalium-40 meluruh dengan paruh 1250 juta tahun, artinya setengahnya ⁴⁰Atom K hilang setelah rentang waktu itu. Pembusukannya menghasilkan argon-40 dan kalsium-40 dalam rasio 11 hingga 89. Metode K-Ar bekerja dengan menghitung radiogenik ini ⁴⁰Atom-atom terjebak di dalam mineral.

Yang menyederhanakan banyak hal adalah bahwa kalium adalah logam reaktif dan argon adalah gas inert: Kalium selalu terkunci rapat dalam mineral sedangkan argon bukan bagian dari mineral apa pun. Argon membentuk 1 persen dari atmosfer. Jadi dengan asumsi bahwa tidak ada udara yang masuk ke butiran mineral ketika pertama kali terbentuk, ia memiliki kandungan argon nol. Artinya, sebutir mineral segar memiliki "jam" K-Ar yang disetel nol.

Metode ini bergantung pada pemenuhan beberapa asumsi penting:

1. Kalium dan argon harus tetap berada dalam mineral selama waktu geologis. Ini yang paling sulit untuk dipuaskan.
2. Kami dapat mengukur semuanya dengan akurat. Instrumen canggih, prosedur yang ketat, dan penggunaan mineral standar memastikan hal ini.
3. Kita tahu campuran alami yang tepat dari isotop kalium dan argon. Beberapa dekade penelitian dasar telah memberi kami data ini.
4. Kita bisa mengoreksi argon apa pun dari udara yang masuk ke mineral. Ini membutuhkan langkah ekstra.

Mengingat pekerjaan yang cermat di lapangan dan di laboratorium, asumsi-asumsi ini dapat dipenuhi.

Sampel batuan yang akan diberi tanggal harus dipilih dengan sangat hati-hati. Setiap perubahan atau patah berarti bahwa kalium atau argon atau keduanya telah terganggu. Situs ini juga harus bermakna secara geologis, jelas terkait dengan batuan pembawa fosil atau fitur lain yang memerlukan tanggal yang baik untuk bergabung dengan cerita besar. Aliran lava yang terletak di atas dan di bawah lapisan batuan dengan fosil manusia purba adalah contoh yang baik dan benar.

Mineral sanidine, bentuk suhu tinggi dari feldspar kalium, adalah yang paling diinginkan. Tapi mikha, plagioklas, hornblende, lempung, dan mineral lainnya dapat menghasilkan data yang baik, seperti halnya analisis batuan utuh. Batuan muda memiliki kadar rendah ⁴⁰Ar, jadi sebanyak beberapa kilogram mungkin diperlukan. Sampel batuan dicatat, ditandai, disegel, dan dijaga bebas dari kontaminasi dan panas berlebih dalam perjalanan ke laboratorium.

Sampel batuan dihancurkan, dalam peralatan yang bersih, hingga ukuran yang mempertahankan butiran seluruh mineral menjadi tanggal, kemudian diayak untuk membantu mengonsentrasikan butiran-butiran ini dari mineral target. Fraksi ukuran yang dipilih dibersihkan dalam ultrasound dan rendaman asam, kemudian dikeringkan dengan oven. Mineral target dipisahkan menggunakan cairan berat, lalu dipetik dengan tangan di bawah mikroskop untuk sampel paling murni. Sampel mineral ini kemudian dipanggang dengan lembut dalam tungku vakum. Langkah-langkah ini membantu menghilangkan atmosfer sebanyak mungkin ⁴⁰Ar dari sampel sebanyak mungkin sebelum melakukan pengukuran.

Selanjutnya, sampel mineral dipanaskan hingga meleleh dalam tungku vakum, mengusir semua gas. Jumlah tepat argon-38 ditambahkan ke gas sebagai "lonjakan" untuk membantu mengkalibrasi pengukuran, dan sampel gas dikumpulkan ke arang aktif yang didinginkan dengan nitrogen cair. Kemudian sampel gas dibersihkan dari semua gas yang tidak diinginkan seperti H₂O, CO₂, SO₂, nitrogen, dan seterusnya sampai yang tersisa adalah gas inert, Argon di antara mereka.

Akhirnya, atom argon dihitung dalam spektrometer massa, sebuah mesin dengan kompleksitasnya sendiri. Tiga isotop argon diukur: ³⁶Ar, ³⁸Ar, dan ⁴⁰Ar. Jika data dari langkah ini bersih, kelimpahan argon atmosfer dapat ditentukan dan kemudian dikurangi untuk menghasilkan radiogenik. ⁴⁰Konten Ar. "Koreksi udara" ini bergantung pada level argon-36, yang hanya berasal dari udara dan tidak diciptakan oleh reaksi peluruhan nuklir apa pun. Itu dikurangi, dan jumlah yang proporsional dari ³⁸Ar dan ⁴⁰Ar juga dikurangi. Yang tersisa ³⁸Ar berasal dari spike, dan sisanya ⁴⁰Ar bersifat radiogenik. Karena lonjakan ini dikenal tepat, maka ⁴⁰Ar ditentukan oleh perbandingannya.

Variasi dalam data ini dapat menunjukkan kesalahan di mana saja dalam proses, itulah sebabnya semua langkah persiapan dicatat secara rinci.

Analisis K-Ar menelan biaya beberapa ratus dolar per sampel dan memakan waktu satu atau dua minggu.

Varian dari metode K-Ar memberikan data yang lebih baik dengan membuat proses pengukuran keseluruhan lebih sederhana. Kuncinya adalah menempatkan sampel mineral dalam berkas neutron, yang mengubah kalium-39 menjadi argon-39. Karena ³⁹Ar memiliki waktu paruh yang sangat singkat, dijamin tidak ada dalam sampel sebelumnya, jadi itu adalah indikator yang jelas dari konten kalium. Keuntungannya adalah bahwa semua informasi yang diperlukan untuk menentukan tanggal sampel berasal dari pengukuran argon yang sama. Akurasi lebih besar dan kesalahan lebih rendah. Metode ini biasa disebut "kencan argon-argon."

Prosedur fisik untuk ⁴⁰Ar-³⁹Kencan adalah sama kecuali untuk tiga perbedaan:

• Sebelum sampel mineral dimasukkan ke dalam oven vakum, itu diiradiasi bersama dengan sampel bahan standar oleh sumber neutron.
• Tidak ada ³⁸Spike dibutuhkan.
• Empat Ar isotop diukur: ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁹Ar, dan ⁴⁰Ar.

Analisis data lebih kompleks daripada dalam metode K-Ar karena iradiasi menciptakan atom argon dari isotop lain selain ⁴⁰K. Efek-efek ini harus diperbaiki, dan prosesnya cukup rumit untuk membutuhkan komputer.

Analisis Ar-Ar menelan biaya sekitar $ 1000 per sampel dan memakan waktu beberapa minggu.

Metode Ar-Ar dianggap lebih unggul, tetapi beberapa masalahnya dihindari dalam metode K-Ar yang lebih lama. Juga, metode K-Ar yang lebih murah dapat digunakan untuk tujuan penyaringan atau pengintaian, menghemat Ar-Ar untuk masalah yang paling menuntut atau menarik.

Metode penanggalan ini terus mengalami peningkatan selama lebih dari 50 tahun. Kurva pembelajaran telah lama dan jauh dari hari ini. Dengan setiap peningkatan kualitas, sumber kesalahan yang lebih halus telah ditemukan dan diperhitungkan. Bahan yang bagus dan tangan yang terampil dapat menghasilkan usia yang pasti dalam 1 persen, bahkan pada batu yang baru berumur 10.000 tahun, di mana jumlahnya ⁴⁰Ar semakin kecil.