El método de datación isotópica de potasio-argón (K-Ar) es especialmente útil para determinar la edad de las lavas. Desarrollado en la década de 1950, fue importante en el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas y en la calibración de la escala de tiempo geológico.
Conceptos básicos de potasio-argón
El potasio ocurre en dos isótopos estables (41K y 39K) y un isótopo radiactivo (40K). El potasio-40 se descompone con una vida media de 1250 millones de años, lo que significa que la mitad de los átomos de 40K se han ido después de ese período de tiempo. Su descomposición produce argón-40 y calcio-40 en una proporción de 11 a 89. El método K-Ar funciona contando estos átomos radiogénicos 40Ar atrapados dentro de minerales.
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Lo que simplifica las cosas es que el potasio es un metal reactivo y el argón es un gas inerte: el potasio siempre está fuertemente encerrado en minerales, mientras que el argón no es parte de ningún mineral. El argón representa el 1 por ciento de la atmósfera. Entonces, suponiendo que no entre aire en un grano mineral cuando se forma por primera vez, tiene cero contenido de argón. Es decir, un grano mineral fresco tiene su K-Ar & amp; quot; clock & amp; quot; establecido en cero.
El método se basa en satisfacer algunos supuestos importantes:
- El potasio y el argón deben permanecer en el mineral durante el tiempo geológico. Este es el más difícil de satisfacer.
- Podemos medir todo con precisión. Los instrumentos avanzados, los procedimientos rigurosos y el uso de minerales estándar lo aseguran.
- Conocemos la mezcla natural precisa de isótopos de potasio y argón. Décadas de investigación básica nos han dado estos datos.
- Podemos corregir cualquier argón del aire que ingrese al mineral. Esto requiere un paso extra.
Dado el trabajo cuidadoso en el campo y en el laboratorio, estos supuestos se pueden cumplir.
El método K-Ar en la práctica
La muestra de roca a fechar debe elegirse con mucho cuidado. Cualquier alteración o fractura significa que el potasio o el argón o ambos han sido alterados. El sitio también debe ser geológicamente significativo, claramente relacionado con rocas que contienen fósiles u otras características que necesitan una buena fecha para unirse a la gran historia. Los flujos de lava que se encuentran por encima y por debajo de los lechos de roca con fósiles humanos antiguos son buenos y amp; # x2014; y verdadero & amp; # x2014; ejemplo.
La sanidina mineral, la forma a alta temperatura de feldespato de potasio, es la más deseable. Pero las micas, la plagioclasa, el hornblende, las arcillas y otros minerales pueden producir buenos datos, al igual que los análisis de roca completa. Las rocas jóvenes tienen niveles bajos de 40Ar, por lo que se pueden necesitar hasta varios kilogramos. Las muestras de roca se registran, marcan, sellan y mantienen libres de contaminación y calor excesivo en el camino al laboratorio.
Las muestras de roca se trituran, en equipos limpios, a un tamaño que preserva los granos enteros del mineral a fechar, y luego se tamizan para ayudar a concentrar estos granos del mineral objetivo. La fracción de tamaño seleccionada se limpia en ultrasonido y baños ácidos, luego se seca suavemente al horno. El mineral objetivo se separa con líquidos pesados, luego se recoge a mano bajo el microscopio para obtener la muestra más pura posible. Esta muestra mineral se hornea suavemente durante la noche en un horno de vacío. Estos pasos ayudan a eliminar la mayor cantidad de 40Ar atmosférico de la muestra como sea posible antes de realizar la medición.
A continuación, & amp; # x200B; la muestra mineral se calienta para derretirse en un horno de vacío, expulsando todo el gas. Se agrega una cantidad precisa de argón-38 al gas como & amp; quot; spike & amp; quot; para ayudar a calibrar la medición, y la muestra de gas se recoge en carbón activado enfriado por nitrógeno líquido. Luego, la muestra de gas se limpia de todos los gases no deseados, como H2O, CO2, SO2, nitrógeno, etc., hasta que todo lo que queda son los gases inertes, el argón entre ellos.
Finalmente, & amp; # x200B; los átomos de argón se cuentan en un espectrómetro de masas, una máquina con sus propias complejidades. Se miden tres isótopos de argón: 36Ar, 38Ar y 40Ar. Si los datos de este paso están limpios, la abundancia de argón atmosférico se puede determinar y luego restar para producir el contenido radiogénico de 40Ar. Este & amp; quot; corrección de aire & amp; quot; se basa en el nivel de argón-36, que proviene solo del aire y no es creado por ninguna reacción de descomposición nuclear. Se resta y también se resta una cantidad proporcional de 38Ar y 40Ar. El 38Ar restante es de la espiga, y el 40Ar restante es radiogénico. Debido a que el pico se conoce con precisión, el 40Ar se determina en comparación con él.
Las variaciones en estos datos pueden apuntar a errores en cualquier parte del proceso, por lo que todos los pasos de preparación se registran en detalle.
Los análisis de K-Ar cuestan varios cientos de dólares por muestra y toman una o dos semanas.
El método 40Ar-39Ar
Una variante del método K-Ar proporciona mejores datos al simplificar el proceso de medición general. La clave es colocar la muestra mineral en un haz de neutrones, que convierte el potasio-39 en argón-39. Debido a que 39Ar tiene una vida media muy corta, se garantiza que estará ausente en la muestra de antemano, por lo que es un claro indicador del contenido de potasio. La ventaja es que toda la información necesaria para fechar la muestra proviene de la misma medición de argón. La precisión es mayor y los errores son menores. Este método se llama comúnmente & amp; quot; argon-argon dating.& amp; quot;
El procedimiento físico para la datación 40Ar-39Ar es el mismo, excepto por tres diferencias:
- Antes de colocar la muestra mineral en el horno de vacío, se irradia junto con muestras de materiales estándar por una fuente de neutrones.
- No se necesita un pico 38Ar.
- Se miden cuatro isótopos Ar: 36Ar, 37Ar, 39Ar y 40Ar.
El análisis de los datos es más complejo que en el método K-Ar & amp; amp; nbsp; porque la irradiación crea átomos de argón a partir de otros isótopos además de & amp; # x200B; 40K. Estos efectos deben corregirse y el proceso es lo suficientemente complejo como para requerir computadoras.
Los análisis de Ar-Ar cuestan alrededor de $ 1000 por muestra y toman varias semanas.
Conclusión
El método Ar-Ar se considera superior, pero algunos de sus problemas se evitan en el método K-Ar más antiguo. Además, el método K-Ar más barato se puede utilizar para fines de detección o reconocimiento, lo que ahorra a Ar-Ar para los problemas más exigentes o interesantes.
Estos métodos de datación han estado en constante mejora durante más de 50 años. La curva de aprendizaje ha sido larga y está lejos de terminar hoy. Con cada incremento en la calidad, se han encontrado y tenido en cuenta fuentes de error más sutiles. Los buenos materiales y las manos calificadas pueden producir edades que seguramente serán del 1 por ciento, incluso en rocas de solo 10,000 años de antigüedad, en las cuales las cantidades de 40Ar son cada vez más pequeñas.
& amp; # x203A; Ciencias
