Kalium-argon-datering (K-Ar): radiometrisk dateringsmetode og anvendelser

Kalium-argon-datering (K-Ar): radiometrisk metode til absolut datering af vulkanske og arkæologiske prøver. Læs om princip, anvendelser, aldersbestemmelse og begrænsninger.

Kalium-Argon-datering eller K-Ar-datering er en radiometrisk dateringsmetode, der anvendes inden for geokronologi og arkæologi. Den er baseret på måling af produktet af det radioaktive henfald af en isotop af kalium (K) til argon (Ar).

Kalium er et almindeligt grundstof, der findes i mange materialer, f.eks. micas, ler, tephra og evaporitter. I disse materialer er henfaldsproduktet ⁴⁰Ar i stand til at slippe ud af den flydende (smeltede) sten, men begynder at ophobe sig, når stenen størkner (omkrystalliseres). Tiden siden omkrystalliseringen beregnes ved at måle forholdet mellem mængden af ⁴⁰Ar og den tilbageværende mængde ⁴⁰K. Den lange halveringstid for ⁴⁰K er mere end en milliard år, så metoden bruges til at beregne den absolutte alder af prøver, der er ældre end nogle få tusinde år.

Hurtigt afkølede lavaer er næsten ideelle prøver til K-Ar-datering. De bevarer også en registrering af retningen og intensiteten af det lokale magnetfelt på det pågældende tidspunkt. Den geomagnetiske polaritetstidsskala blev i vid udstrækning kalibreret ved hjælp af K-Ar-dateringer.

Principper og hvad der måles

Metoden bygger på, at den radioaktive isotop ⁴⁰K henfalder over tid og danner blandt andet radiogent ⁴⁰Ar. Når en smeltet bjergart størkner, kan argongasser som regel undslippe, så den faste bjergart starter med (praktisk talt) ingen radiogent ⁴⁰Ar. Herefter ophobes ⁴⁰Ar gradvist i mineralkornene. Ved at bestemme forholdet mellem mængden af radiogent ⁴⁰Ar (ofte skrevet ⁴⁰Ar*) og den tilbageværende mængde ⁴⁰K kan man, ved brug af den kendte henfaldshastighed, udlede tiden siden størkningen.

Henfald og tidsskala

• Halveringstid: ⁴⁰K har en meget lang halveringstid (omtrent 1,25 milliarder år), hvilket gør metoden velegnet til geologiske aldre fra nogle få tusinde år og op til milliarder af år.
• Henfaldsveje: ⁴⁰K henfalder dels til ⁴⁰Ca (beta-henfald) og dels til ⁴⁰Ar (elektronindfangning). Kun den del, der danner ⁴⁰Ar, er relevant for K-Ar-datering.

Præcision, målemetode og laboratoriearbejde

Prøver udvælges og forberedes i laboratoriet ved knusning, flotations- og magnetsortering for at isolere potassiumholdige mineraler (f.eks. feldspat, mica eller glimmer). Argon udvindes ved opvarmning (fusion eller step-heating) i vakuum og måles i et massespektrometer. Præcisionen afhænger af K-indhold, mængden af radiogent ⁴⁰Ar, instrumentets følsomhed og prøvens histories påvirkninger (f.eks. varmetab eller indlejret "overskydende" argon).

Forudsætninger og begrænsninger

• Initial argonfri tilstand: Metoden antager, at prøven ikke indeholdt radiogent ⁴⁰Ar ved størkningsøjeblikket. Tilstedeværelse af "excess Ar" giver forkerte for høje aldre.
• Argontætning: Prøven må ikke efterfølgende have mistet argon (fx ved opvarmning eller metamorfose). Argontab giver for lave aldre.
• Minimumsalder: På grund af måleusikkerheder er K-Ar normalt ikke velegnet til meget unge prøver (typisk under nogle få tusinde år), selvom moderne teknik kan skubbe den nedad i visse tilfælde.
• Komplekse histories: Genkrystallisation, korrosion eller medtagelse af ældre mineraler kan give blandede eller fejlagtige aldre.

Problemer: excess Ar og argontab

To af de mest almindelige fejlkilder er:

• Excess Ar: Argon fanget i mineraler eller smelter fra ældre materialer kan give spuriously gamle aldre. Det ses især i vulkanske omgivelser og i xenokrystaller.
• Argontab: Ved opvarmning eller vejrskred kan en prøve miste radiogent argon og dermed fremstå yngre end dens egentlige alder.

40Ar/39Ar-metoden – en forbedring

For at håndtere nogle begrænsninger anvendes ofte 40Ar/39Ar-metoden, hvor en prøve bestråles i en neutronkilde for at omdanne ³⁹K til ³⁹Ar. Dette gør det muligt at måle forholdet mellem ⁴⁰Ar og ³⁹Ar i samme prøve og foretage step-heating, hvilket gør det muligt at identificere og rette for argon-tab eller excess Ar samt få mere detaljerede termiske historieserier.

Anvendelser

• Bestemmelse af alder på vulkanske udbrud og lavaer — vigtig i vulkanologi og tefra-kronologi.
• Kalibrering af den geomagnetiske polaritetstidsskala og andre geologiske tidsskalaer.
• Datering af metamorfose og køling af bjergarter (kølingsaldre).
• Anvendelser i arkæologi, når vulkansk materiale (tephra) kan bruges som tidsmarkør i jordlag.
• Datering af månesten og meteoritmateriale i planetarisk geologi.

Praktiske råd ved fortolkning

• Sammenhold altid K-Ar-aldre med stratigrafi, paleomagnetiske data og andre uafhængige dateringsmetoder.
• Brug 40Ar/39Ar, hvis der er mistanke om excess Ar eller kompliceret termisk historie.
• Vær opmærksom på mineralvalg: enkelte mineraler kan være mere modtagelige for argontab eller indeholde "arvet" argon.

Konklusion

K-Ar-datering er en grundlæggende og udbredt radiometrisk metode til absolut datering i geologi og arkæologi, især effektiv til vulkanske materialer og til tidsskalaer fra nogle tusinde år til milliarder af år. For at få pålidelige aldre kræves nøje prøveudvælgelse, laboratorieprocedure og fortolkning under hensyn til mulige fejlkilder som excess Ar og argontab. Hvor datakvalitet eller prøvehistorie er problematisk, kan 40Ar/39Ar-metoden ofte give forbedrede og mere detaljerede resultater.

Spørgsmål og svar

Q: Hvad er kalium-argon-datering?

Q: Hvad er grundlaget for kalium-argon-datering?

Q: Hvor er kalium almindeligt forekommende?

Q: Hvornår begynder 40Ar at ophobe sig i en bjergart?

Q: Hvordan beregnes tiden siden omkrystallisering i Kalium-Argon-datering?

Q: Hvad gør hurtigt afkølede lavaer ideelle til K-Ar-datering?

Q: Hvad blev den geomagnetiske reverseringstidsskala kalibreret med?

Søg efter bogstav