Datación de potasio-argón

La datación por potasio-argón, abreviada como datación por K-Ar, es un método de datación radiométrica utilizado en geocronología y arqueología. Se basa en la medición del producto de la desintegración radiactiva de un isótopo de potasio (K) en argón (Ar). El potasio es un elemento común que se encuentra en muchos materiales, como feldespatos, micas, minerales arcillosos, tefra y evaporitas. En estos materiales, el producto de descomposición
Arkansas
es capaz de escapar de la roca líquida (fundida), pero comienza a acumularse cuando la roca se solidifica (recristaliza). La cantidad de sublimación de argón que se produce es una función de la pureza de la muestra, la composición del material madre y una serie de otros factores. Estos factores introducen límites de error en los límites superior e inferior de la datación, por lo que la determinación final de la edad depende de los factores ambientales durante la formación, el derretimiento y la exposición a una presión reducida o al aire libre. El tiempo desde la recristalización se calcula midiendo la relación entre la cantidad de
Arkansas
acumulado a la cantidad de
k
restante. La larga vida media de
k
permite que el método se utilice para calcular la edad absoluta de muestras de más de unos pocos miles de años.

Las lavas que se enfrían rápidamente y que son muestras casi ideales para la datación K-Ar también conservan un registro de la dirección y la intensidad del campo magnético local a medida que la muestra se enfría más allá de la temperatura de Curie del hierro. La escala de tiempo de la polaridad geomagnética se calibró en gran medida utilizando la datación K-Ar.

Serie de descomposición

El potasio se encuentra naturalmente en 3 isótopos:
k
(93,2581%),
k
(0.0117%),
k
(6,7302%).
k
y
k
son estables. Él
k
el isótopo es radiactivo; decae con una vida media de1.248 × 10 años a
California
y
Arkansas
. Conversión a estable
California
se produce a través de la emisión de electrones (desintegración beta) en el 89,3% de los eventos de desintegración. Conversión a estable
Arkansas
ocurre a través de la captura de electrones en el 10,7% restante de los eventos de desintegración.

El argón, al ser un gas noble, es un componente menor de la mayoría de las muestras de rocas de interés geocronológico: no se une a otros átomos en una red cristalina. Cuando
k
decae a
Arkansas
; el átomo normalmente permanece atrapado dentro de la red porque es más grande que los espacios entre los otros átomos en un cristal mineral. Pero puede escapar a la región circundante cuando se cumplen las condiciones adecuadas, como un cambio de presión o temperatura.
Arkansas
los átomos pueden difundirse y escapar del magma fundido porque la mayoría de los cristales se han derretido y los átomos ya no están atrapados. El argón arrastrado (argón difundido que no logra escapar del magma) puede volver a quedar atrapado en cristales cuando el magma se enfría para volver a convertirse en roca sólida. Después de la recristalización del magma, más
k
decaerá y
Arkansas
volverá a acumularse, junto con los átomos de argón arrastrados, atrapados en los cristales minerales. Medida de la cantidad de
Arkansas
atoms se utiliza para calcular la cantidad de tiempo que ha pasado desde que se solidificó una muestra de roca.

A pesar de
California
siendo el núclido hijo favorito, rara vez es útil en la datación porque el calcio es muy común en la corteza, con
California
siendo el isótopo más abundante. Por lo tanto, la cantidad de calcio originalmente presente no se conoce y puede variar lo suficiente como para confundir las mediciones de los pequeños aumentos producidos por la desintegración radiactiva.

Fórmula

La relación de la cantidad de
Arkansas
A la de
k
está directamente relacionado con el tiempo transcurrido desde que la roca se enfrió lo suficiente como para atrapar el Ar por la ecuación{displaystyle t={frac {t_{frac {1}{2}}}{ln(2)}}ln left({frac {{ce {K}}_{f}+ {frac {{ce {Ar}}_{f}}{0.109}}}{{ce {K}}_{f}}}right)},

donde

• es el tiempo transcurrido
• t _1/2 es la vida media de
  k
  
• Kf es la cantidad _de
  k
  restante en la muestra
• Ar _f es la cantidad de
  Arkansas
  encontrado en la muestra.

El factor de escala 0.109 corrige la fracción no medida de
k
que decayó en
California
; la suma de los medidos
k
y la cantidad escalada de
Arkansas
da la cantidad de
k
que estaba presente al comienzo del período de tiempo transcurrido. En la práctica, cada uno de estos valores puede expresarse como una proporción del potasio total presente, ya que solo se requieren cantidades relativas, no absolutas.

Obteniendo los datos

Para obtener la relación de contenido de isótopos
Arkansas
para
k
en una roca o mineral, la cantidad de Ar se mide mediante espectrometría de masas de los gases liberados cuando una muestra de roca se volatiliza en el vacío. El potasio se cuantifica por fotometría de llama o espectroscopia de absorción atómica.

La cantidad de
k
rara vez se mide directamente. Más bien, cuanto más común
k
se mide y esa cantidad se multiplica por la relación aceptada de
k
/
k
(es decir, 0,0117 %/93,2581 %, véase más arriba).

La cantidad de
Arkansas
también se mide para evaluar cuánto del argón total es de origen atmosférico.

Suposiciones

De acuerdo con McDougall y Harrison (1999, p. 11), las siguientes suposiciones deben ser ciertas para que las fechas calculadas se acepten como representativas de la verdadera edad de la roca:

• El nucleido padre,
  k
  , se desintegra a un ritmo independiente de su estado físico y no se ve afectado por las diferencias de presión o temperatura. Esta es una suposición principal bien fundada, común a todos los métodos de datación basados ​​en la desintegración radiactiva. Aunque los cambios en la constante de decaimiento parcial de captura de electrones para
  k
  posiblemente puede ocurrir a altas presiones, los cálculos teóricos indican que para las presiones experimentadas dentro de un cuerpo del tamaño de la Tierra, los efectos son insignificantemente pequeños.
• Él
  k
  /
  k
  proporción en la naturaleza es constante por lo que la
  k
  rara vez se mide directamente, pero se supone que es 0.0117% del potasio total. A menos que algún otro proceso esté activo en el momento del enfriamiento, esta es una muy buena suposición para las muestras terrestres.
• El argón radiogénico medido en una muestra fue producido por descomposición in situ de
  k
  en el intervalo desde que la roca cristalizó o fue recristalizada. Las violaciones de esta suposición no son infrecuentes. Ejemplos bien conocidos de incorporación de elementos extraños
  Arkansas
  incluyen basaltos de aguas profundas vítreos enfriados que no han desgasificado completamente
  Arkansas
  *, y la contaminación física de un magma por inclusión de material xenolítico más antiguo. El método de datación Ar-Ar fue desarrollado para medir la presencia de argón extraño.
• Es necesario tener mucho cuidado para evitar la contaminación de las muestras por absorción de sustancias no radiogénicas.
  Arkansas
  de la atmósfera. La ecuación se puede corregir restando de la
  Arkansas
  _{valor medido} la cantidad presente en el aire donde
  Arkansas
  es 295,5 veces más abundante que
  Arkansas
  .
  Arkansas
  _decaído =
  Arkansas
  _medido − 295,5 ×
  Arkansas
  _medido _
• La muestra debe haber permanecido como un sistema cerrado desde que se fecha el evento. Por lo tanto, no debería haber habido pérdida o ganancia de
  k
  o
  Arkansas
  *, salvo por desintegración radiactiva de
  k
  . Las desviaciones de esta suposición son bastante comunes, particularmente en áreas de historia geológica compleja, pero tales desviaciones pueden proporcionar información útil que es valiosa para dilucidar las historias térmicas. una deficiencia de
  Arkansas
  en una muestra de una edad conocida puede indicar un derretimiento total o parcial en la historia térmica del área. La confiabilidad en la datación de una característica geológica aumenta al muestrear áreas dispares que han estado sujetas a historias térmicas ligeramente diferentes.

Tanto la fotometría de llama como la espectrometría de masas son pruebas destructivas, por lo que es necesario tener especial cuidado para garantizar que las alícuotas utilizadas sean verdaderamente representativas de la muestra. La datación Ar-Ar es una técnica similar que compara proporciones isotópicas de la misma porción de la muestra para evitar este problema.

Aplicaciones

Debido a la larga vida media de
k
, la técnica es más aplicable para datar minerales y rocas de más de 100.000 años. Para escalas de tiempo más cortas, es poco probable que haya suficientes
Arkansas
habrá tenido tiempo de acumularse para ser medible con precisión. La datación K-Ar fue fundamental en el desarrollo de la escala de tiempo de polaridad geomagnética. Aunque encuentra la mayor utilidad en aplicaciones geológicas, juega un papel importante en la arqueología. Una aplicación arqueológica ha sido poner entre paréntesis la edad de los depósitos arqueológicos en Olduvai Gorge mediante la datación de los flujos de lava por encima y por debajo de los depósitos. También ha sido indispensable en otros sitios primitivos de África oriental con antecedentes de actividad volcánica, como Hadar, Etiopía. El método K-Ar continúa teniendo utilidad en la datación de diagénesis de minerales arcillosos. En 2017, se informó la datación exitosa de ilita formada por meteorización.Este hallazgo condujo indirectamente a la datación del strandflat del oeste de Noruega de donde se tomaron muestras de ilita. Los minerales arcillosos tienen menos de 2 μm de espesor y no se pueden irradiar fácilmente para el análisis Ar-Ar porque el Ar retrocede de la red cristalina.

En 2013, el rover Mars Curiosity utilizó el método K-Ar para fechar una roca en la superficie marciana, la primera vez que se data una roca a partir de sus ingredientes minerales mientras se encuentra en otro planeta.