Kalium-Argon-datering (K-Ar): Radiometrisk datering inom geologi och arkeologi

Kalium-Argon-datering eller K-Ar-datering är en radiometrisk dateringsmetod som används inom geokronologi och arkeologi. Den bygger på mätning av produkten av det radioaktiva sönderfallet av en isotop av kalium (K) till argon (Ar).

Kalium är ett vanligt grundämne som finns i många material, t.ex. mikas, lera, tefra och evaporiter. I dessa material kan sönderfallsprodukten ⁴⁰Ar fly från den flytande (smälta) berget, men börjar byggas upp när berget stelnar (omkristalliseras). Tiden sedan omkristalliseringen beräknas genom att mäta förhållandet mellan mängden ⁴⁰Ar och mängden ⁴⁰K som återstår. Den långa halveringstiden för ⁴⁰K är mer än en miljard år, så metoden används för att beräkna den absoluta åldern på prover som är äldre än några tusen år.

Snabbt avkylda lavor är nästan idealiska prover för K-Ar-datering. De har också en dokumentation av det lokala magnetfältets riktning och intensitet vid den tiden. Den geomagnetiska polaritetens tidsskala kalibrerades till stor del med hjälp av K-Ar-dateringar.

Princip och fysik

Metoden bygger på att isotopen ⁴⁰K är radioaktiv och sönderfaller med en mycket lång halveringstid (ca 1,25 × 10⁹ år). Vid sönderfall kan ⁴⁰K ge antingen ⁴⁰Ca (majoriteten av sönderfallen) eller ⁴⁰Ar (ungefär 10,7% av sönderfallen). I smält eller fluidtillstånd kan bildat ⁴⁰Ar i allmänhet lämna mineralet, men när magma stelnar fångas nybildat ⁴⁰Ar i de fasta mineralens kristallgitter. Genom att mäta den radiogena delen av ⁴⁰Ar i relation till kvarvarande ⁴⁰K och använda kända sönderfallskonstanter räknar man ut tiden sedan mineralet sist svalnade och slutligt kristalliserades.

Analysmetod

• Prover väljs ofta från vulkaniska sammanhang — t.ex. snabbavkylda lavar eller tefra (askeavlagringar) — där systemet sannolikt varit "slutet" för argon vid kristallisation.
• Argon mäts i allmänhet med en masspektrometer för ädelgaser efter att provet upphettats (degasserats) i vakuum.
• Kalium kan mätas kemiskt (t.ex. med ICP-MS, atomabsorption eller genom omvandling i Ar-Ar-metoden).
• Beräkningen av ålder bygger på den uppmätta förhållandet mellan radiogent ⁴⁰Ar och kvarvarande ⁴⁰K samt kända sönderfallskonstanter och förgreningstal.

Tillämpningar

K-Ar-datering används ofta för att bestämma absoluta åldrar på vulkaniska bergarter, tefrafall, och vissa bergartsmineral som micas och K-fältspater. Metoden har varit central för:

• kalibrering av den geomagnetiska polaritetens tidsskala,
• datering av vulkanism i geologiska provinser,
• datering av arkeologiska och paleontologiska lager där vulkanaska finns (t.ex. viktiga homininfynd i Östafrika).

Begränsningar och felkällor

• Kraven på ett slutet system: För att åldern ska vara korrekt får inte radiogent ⁴⁰Ar ha läckt ut eller tillförts efter kristallisation. Uppvärmning, omkristallisering eller hydrotermal påverkan kan leda till argonförlust och för unga (falskt låga) åldrar.
• Överskott av argon: I vissa prov kan "excess Ar" från magma eller kringliggande material ge för höga (falskt gamla) åldersvärden.
• Åldersintervall: För mycket unga prover är ackumuleringen av radiogent ⁴⁰Ar liten, vilket ger stora osäkerheter. K-Ar är därför bäst lämpad för miljoner till miljarder år, även om modern teknik och alternativa varianter kan sänka den nedre gränsen till tiotusentals år i vissa fall.
• Initialt argon: Atmosfäriskt argon (med känd isotopisk sammansättning) måste korrigeras för; ibland används isokroniska metoder eller Ar-Ar-metoder för att kontrollera detta.

Jämförelse med 40Ar/39Ar-metoden

40Ar/39Ar (Ar-Ar) är en vidareutveckling av K-Ar som har flera fördelar: provet bestrålas i en nukleär reaktor för att omvandla en del av ³⁹K till ³⁹Ar, vilket möjliggör samtidig mätning av K och Ar i samma gasmängd. Ar-Ar gör det möjligt att:

• utföra stegvis uppvärmning (step-heating) och därigenom identifiera störda prover,
• datera mycket små provfragment eller enskilda mineralkorn, och
• upptäcka och korrigera för överskott av argon.

Praktiska råd vid provtagning

• Välj orenade, snabbt avkylda vulkaniska mineral (t.ex. sanidin i tefra or mika) när det är möjligt.
• Undvik väderpåverkade eller hydrotermalt omvandlade prover.
• Använd Ar-Ar eller kompletterande analyser om misstanke om argonläckage eller excess Ar föreligger.

Sammanfattning

K-Ar-datering är en grundläggande radiometrisk metod för att bestämma absoluta åldrar på vulkaniska och vissa andra geologiska material. Metoden utnyttjar sönderfallet av ⁴⁰K till ⁴⁰Ar och fungerar särskilt väl för miljontals till miljarder år gamla prover. Noggrann provselektion, rätt analytiska rutiner och medvetenhet om potentiella felkällor (t.ex. argonläckage eller excess Ar) är avgörande för tillförlitliga resultat.

Frågor och svar

F: Vad är kalium-argon-datering?

F: Vad är grunden för kalium-argon-datering?

F: Var är kalium vanligt förekommande?

F: Vid vilken tidpunkt börjar 40Ar byggas upp i en sten?

F: Hur beräknas tiden sedan omkristallisering vid kalium-argon-datering?

F: Varför är snabbt nedkylda lavor idealiska för K-Ar-datering?

F: Vad användes för att kalibrera tidsskalan för den geomagnetiska reverseringen?

Sök med bokstav