Namoro K – Ar - K–Ar dating

A datação por potássio-argônio , abreviada como datação K-Ar , é um método de datação radiométrica usado em geocronologia e arqueologia . É baseado na medição do produto do decaimento radioativo de um isótopo de potássio (K) em argônio (Ar). O potássio é um elemento comum encontrado em muitos materiais, como feldspatos , micas , minerais de argila , tefra e evaporitos . Nestes materiais, o produto de decomposição40
Ar
consegue escapar da rocha líquida (derretida), mas começa a se acumular quando a rocha se solidifica ( recristaliza ). A quantidade de sublimação de argônio que ocorre é uma função da pureza da amostra, da composição do material mãe e de vários outros fatores. Esses fatores introduzem limites de erro nos limites superior e inferior da datação, de modo que a determinação final da idade depende dos fatores ambientais durante a formação, fusão e exposição à diminuição da pressão ou ao ar livre. O tempo desde a recristalização é calculado medindo a proporção da quantidade de40
Ar
acumulado à quantidade de 40
K
remanescente. A longa meia-vida de40
K
permite que o método seja usado para calcular a idade absoluta de amostras com mais de alguns milhares de anos.

As lavas resfriadas rapidamente, que são amostras quase ideais para a datação K-Ar, também preservam um registro da direção e intensidade do campo magnético local à medida que a amostra resfria além da temperatura Curie do ferro. A escala de tempo da polaridade geomagnética foi calibrada amplamente usando datação K – Ar.

Série decadência

O potássio ocorre naturalmente em 3 isótopos: 39
K
(93,2581%), 40
K
(0,0117%), 41
K
(6,7302%). 39
K
e 41
K
são estáveis. O40
K
isótopo é radioativo; decai com uma meia-vida de1,248 × 10 9  anos para40
Ca
e 40
Ar
. Conversão para estável40
Ca
ocorre por emissão de elétrons ( decaimento beta ) em 89,3% dos eventos de decaimento. Conversão para estável40
Ar
ocorre via captura de elétrons nos restantes 10,7% dos eventos de decaimento.

O argônio, sendo um gás nobre , é um componente secundário da maioria das amostras de rochas de interesse geocronológico : ele não se liga a outros átomos em uma estrutura de cristal. Quando40
K
decai para 40
Ar
; o átomo normalmente permanece preso dentro da rede porque é maior do que os espaços entre os outros átomos em um cristal mineral. Mas pode escapar para a região circundante quando as condições certas são satisfeitas, como mudança de pressão ou temperatura.40
Ar
os átomos são capazes de se difundir e escapar do magma derretido porque a maioria dos cristais derreteu e os átomos não estão mais presos. O argônio preso - argônio difundido que não consegue escapar do magma - pode novamente ficar preso nos cristais quando o magma esfria para se tornar rocha sólida novamente. Após a recristalização do magma, mais40
K
vai decair e 40
Ar
irá se acumular novamente, junto com os átomos de argônio aprisionados nos cristais minerais. Medição da quantidade de40
Ar
átomos é usado para calcular a quantidade de tempo que se passou desde que uma amostra de rocha se solidificou.

Apesar de 40
Ca
sendo o nuclídeo filho preferido, raramente é útil na datação porque o cálcio é tão comum na crosta, com 40
Ca
sendo o isótopo mais abundante. Assim, a quantidade de cálcio originalmente presente não é conhecida e pode variar o suficiente para confundir as medições dos pequenos aumentos produzidos pelo decaimento radioativo.

Fórmula

A proporção da quantidade de 40
Ar
para aquele de 40
K
está diretamente relacionado ao tempo decorrido desde que a rocha estava fria o suficiente para prender o Ar pela equação

,

Onde

  • t é o tempo decorrido
  • t 1/2 é a meia-vida de40
    K
  • K f é a quantidade de40
    K
    permanecendo na amostra
  • Ar f é a quantidade de40
    Ar
    encontrados na amostra.

O fator de escala 0,109 corrige a fração não medida de 40
K
que decaiu em 40
Ca
; a soma do medido40
K
e a quantidade em escala de 40
Ar
dá a quantidade de 40
K
que estava presente no início do período de tempo decorrido. Na prática, cada um desses valores pode ser expresso como uma proporção do potássio total presente, pois apenas quantidades relativas, não absolutas, são necessárias.

Obtendo os dados

Para obter a proporção de conteúdo de isótopos 40
Ar
para 40
K
em uma rocha ou mineral, a quantidade de Ar é medida por espectrometria de massa dos gases liberados quando uma amostra de rocha é volatilizada no vácuo. O potássio é quantificado por fotometria de chama ou espectroscopia de absorção atômica .

A quantidade de 40
K
raramente é medido diretamente. Em vez disso, o mais comum39
K
é medida e essa quantidade é então multiplicada pela proporção aceita de 40
K
/39
K
(ou seja, 0,0117% / 93,2581%, veja acima).

A quantidade de 40
Ar
também é medido para avaliar quanto do argônio total é de origem atmosférica.

Suposições

De acordo com McDougall & Harrison (1999 , p. 11), as seguintes suposições devem ser verdadeiras para que as datas calculadas sejam aceitas como representando a verdadeira idade da rocha:

  • O nuclídeo pai, 40
    K
    , decai a uma taxa independente de seu estado físico e não é afetado por diferenças de pressão ou temperatura. Esta é uma suposição principal bem fundamentada, comum a todos os métodos de datação baseados em decaimento radioativo. Embora as mudanças na constante de decaimento parcial de captura de elétrons para40
    K
    possivelmente pode ocorrer em altas pressões, cálculos teóricos indicam que, para pressões experimentadas dentro de um corpo do tamanho da Terra, os efeitos são desprezíveis.
  • O 40
    K
    /39
    K
    proporção na natureza é constante, então o 40
    K
    raramente é medido diretamente, mas supõe-se que seja 0,0117% do potássio total. A menos que algum outro processo esteja ativo no momento do resfriamento, essa é uma suposição muito boa para amostras terrestres.
  • O argônio radiogênico medido em uma amostra foi produzido por decaimento in situ de 40
    K
    no intervalo desde que a rocha se cristalizou ou foi recristalizada. Violações dessa suposição não são incomuns. Exemplos bem conhecidos de incorporação de estranhos40
    Ar
    incluem basaltos de águas profundas vítreas resfriados que não eliminaram completamente os gases preexistentes 40
    Ar
    *, e a contaminação física de um magma pela inclusão de material xenolítico mais antigo. O método de datação Ar-Ar foi desenvolvido para medir a presença de argônio estranho.
  • É necessário muito cuidado para evitar a contaminação de amostras por absorção de substâncias não radiogênicas 40
    Ar
    da atmosfera. A equação pode ser corrigida subtraindo do40
    Ar
    valor medido a quantidade presente no ar onde40
    Ar
    é 295,5 vezes mais abundante do que 36
    Ar
    . 40
    Ar
    decadente =40
    Ar
    medido - 295,5 ×36
    Ar
    medido .
  • A amostra deve ter permanecido em sistema fechado desde a data do evento. Assim, não deveria haver perda ou ganho de40
    K
    ou 40
    Ar
    *, exceto por decaimento radioativo de 40
    K
    . Desvios dessa suposição são bastante comuns, particularmente em áreas de história geológica complexa, mas tais desvios podem fornecer informações úteis que são valiosas na elucidação de histórias térmicas. Uma deficiência de40
    Ar
    em uma amostra de uma idade conhecida pode indicar um derretimento total ou parcial na história térmica da área. A confiabilidade na datação de uma característica geológica é aumentada pela amostragem de áreas díspares que foram submetidas a histórias térmicas ligeiramente diferentes.

Tanto a fotometria de chama quanto a espectrometria de massa são testes destrutivos, portanto, é necessário um cuidado especial para garantir que as alíquotas usadas sejam verdadeiramente representativas da amostra. A datação Ar – Ar é uma técnica semelhante que compara razões isotópicas da mesma parte da amostra para evitar este problema.

Formulários

Devido à longa meia-vida de40
K
, a técnica é mais aplicável para datar minerais e rochas com mais de 100.000 anos. Para prazos mais curtos, é improvável que o suficiente40
Ar
terá tido tempo para se acumular a fim de ser mensurável com precisão. A datação K – Ar foi fundamental para o desenvolvimento da escala de tempo da polaridade geomagnética . Embora seja mais útil em aplicações geológicas , ele desempenha um papel importante na arqueologia . Uma aplicação arqueológica tem sido a redução da idade dos depósitos arqueológicos no desfiladeiro de Olduvai , datando os fluxos de lava acima e abaixo dos depósitos. Também foi indispensável em outros locais da África oriental com uma história de atividade vulcânica , como Hadar, na Etiópia . O método K-Ar continua a ter utilidade na datação da diagênese de minerais de argila . Em 2017, foi relatado o sucesso da datação de ilitos formados por intemperismo . Essa descoberta levou indiretamente à datação da praia do oeste da Noruega, de onde a ilita foi amostrada. Os minerais de argila têm menos de 2 μm de espessura e não podem ser irradiados facilmente para análise de Ar-Ar porque o Ar recua da estrutura cristalina.

Em 2013, o método K – Ar foi usado pelo rover Mars Curiosity para datar uma rocha na superfície marciana, a primeira vez que uma rocha foi datada a partir de seus ingredientes minerais enquanto estava situada em outro planeta.

Notas

Referências

Leitura adicional