Datación argón-argón
La irradiación de neutrones rápidos puede convertir 39K en 39Ar, por lo que la edad K-Ar se puede determinar como parte del análisis de isótopos de argón.
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Donde: n es el neutrón capturado; p es el protón liberado.
En 1959, se utilizó tecnología de conteo para detectar 39 Ar (t1/2 =269a) y 41 Ar (t1/2=2 horas) producidos por activación de neutrones de 39 K. Sin embargo, este método no permite la corrección del argón atmosférico porque el 36 Ar no se mide correctamente.
La larga vida media del 39Ar significa que puede considerarse un isótopo estable en el análisis de espectrometría de masas. Se utilizó por primera vez en 40 Ar-39 Ar que datan de 1966.
39 Ar producido por 39 K durante el proceso de irradiación se expresa como
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Entre ellos: δt es el tiempo de irradiación φ e es la energía e; La densidad de flujo de neutrones de De hecho, este cálculo es difícil. Por lo tanto, el procedimiento normal es utilizar muestras de edad conocida como monitores de flujo.
Usando la ecuación de desintegración de K-Ar (6-26) y dividiendo ambos lados de la ecuación por (6-30), obtenemos:
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Sin embargo, los elementos entre paréntesis son los mismos para muestras y estándares. Por lo tanto, se acostumbra llamarlo cantidad única y su recíproco j se puede utilizar como constante. Por lo tanto, para el estándar:
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aquí se conoce t. Para muestras de edad desconocida, la ecuación de reordenamiento (6-31) da:
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Para cada muestra desconocida, para obtener un valor J preciso, varias muestras estándar representan datos conocidos. Posiciones espaciales en el reactor en relación con muestras desconocidas. Por tanto, el valor j de cada muestra se puede interpolar.
Durante el proceso de irradiación a 39 K, el calcio y otros isótopos de potasio producen interferencias con isótopos de Ar a través de reacciones de neutrones (Figura 6-10).
El estudio detallado de estos efectos y su extensión muestra que para minerales mayores a 1 Ma, se pueden obtener resultados aceptables sin corrección de interferencia si la relación K/Ca es mayor que 1. En este momento, es apropiada una corrección atmosférica simple:
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donde: meas representa el valor medido.
Cambiar los parámetros de irradiación adecuados puede reducir la interferencia con Ar. Las principales interferencias que se deben considerar son:
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También pueden ocurrir otras interferencias, pero debido a la Importante y puede ignorarse.
La fórmula de corrección completa para estas interferencias es
Figura 6-10 La reacción de generación de nucleidos en la región de potasio (línea gruesa) y la principal reacción de interferencia (línea continua) durante la Proceso de activación de 39ar-40ar.
(Según Deakin 1995)
La reacción de la línea de puntos produce interferencia de 37Ar en el monitor.
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En la fórmula: 37 Ar/39 Ar es desconocido y requiere monitoreo de la desintegración medida de 37 Ar (t1/2=35 días) desde la irradiación hasta el análisis. la relación de interferencia de volumen se corrige; (36 A r/37 A r) Ca, (39 A r/37 A r) Ca y (40 A r/39 A r) K son las relaciones de generación de isótopos A r de elementos subíndices. Estos rendimientos se determinaron irradiando por separado sales de Ca puras y sales de K en los reactores correspondientes y reflejan las características del flujo de neutrones en el reactor. Los rangos típicos de estos índices de rendimiento medidos por diferentes autores para diferentes reactores son 2,1 ~ 2,7, 6,3 ~ 30 y 0,006 ~ 0,031 respectivamente (Dickin, 1995).
2. Calentamiento gradual
Dado que las propiedades del potasio en la muestra se convierten en argón in situ mediante la tecnología 40 Ar-39 Ar, el argón se puede liberar desde diferentes dominios de la muestra. en etapas para restaurar toda la información de edad en cada paso del camino. En comparación con las técnicas convencionales de "fusión total", la ventaja del calentamiento gradual es que, mediante la desgasificación gradual, se pueden identificar sistemas anormales en la muestra, lo que idealmente puede excluir anormalidades del análisis de la parte de "comportamiento normal" de la muestra. Este método funciona para minerales individuales y rocas enteras.
Se utiliza más comúnmente para comprender muestras que sufren pérdidas de argón, pero también puede resultar útil para interpretar muestras que contienen argón genético.
En el caso de una perturbación parcial del sistema, las áreas de la muestra con mayor probabilidad de perder argón debido a la difusión (como los bordes del cristal) deberían desgasificarse a temperaturas relativamente bajas, mientras que el argón estrechamente unido (con mayor probabilidad de perderse). perder argón) debe desgasificarse a temperaturas relativamente bajas. Anti-disturbios) debe desinflarse a temperaturas más altas. Para comprender la historia de una muestra perturbada, los resultados de un análisis de calentamiento por etapas generalmente se presentan de dos maneras: un gráfico isócrono de Ar-Ar, similar al análisis de un conjunto de muestras en K-Ar convencional o un espectro de edad; A menudo se le llama edad de meseta del espectro de edades.
Los resultados del calentamiento por etapas del meteorito Bjurbole (Dickin, 1995) se muestran en las isócronas de la Figura 6-11. La disposición lineal muestra que este meteorito es una historia simple de sistema cerrado de primer orden. La relación original 40 Ar/36 Ar puede tener sólo una importancia parcial ya que es una mezcla de argón inicial y contaminación del aire.
Los gráficos isócronos son útiles cuando se sospecha argón hereditario, pero los espectros de edad son más útiles para evaluar la pérdida de argón. Para construir el espectro de edades, se midió el tamaño de cada liberación de gas a altas temperaturas sucesivas midiendo la intensidad del haz de iones 39 Ar resultante. Después de cada liberación de gas, se puede hacer un gráfico de barras en el que la longitud representa su fracción del total de 39 Ar liberado en la muestra, y el valor en el eje y es la relación 40Ar/39Ar corregida por la ecuación (6-35). Este último es proporcional a la edad, a veces representado en un gráfico logarítmico, a veces expresado linealmente. La determinación fiable de la edad a partir de un espectro de edades depende de la identificación de edades "promedio". El estándar estricto para la edad de la meseta es (Ludwig, 1997):
Figura 6-11 Los datos de calentamiento de la etapa del meteorito Urbol de Beijing representados por el diagrama de isócronas Ar-Ar.
(Según Deakin 1995)
Los puntos de datos en la figura representan la temperatura (×100°C) de cada etapa de desgasificación.
1) Se liberan tres o más 39Ar en la siguiente etapa de liberación de gas, lo que representa más del 60% del total.
2) La edad promedio ponderada estimada de estas etapas; La probabilidad combinada es superior al 5 %;
3) La pendiente de la línea ponderada por error que pasa por la edad de la meseta es igual a 0 con un nivel de confianza del 5 %;
4 ) Los puntos más externos a ambos lados de la plataforma Las dos etapas no deben ser significativamente diferentes de la edad promedio ponderada (se requieren 6 o más etapas para la liberación de gas
5) Los dos escalones más externos en ambos); Los lados de la plataforma no pueden tener pendientes distintas de cero con el mismo signo (en el caso de error de 1,8 veces) (solo aplicable a liberación de gas de nivel 9 o superior).
La Figura 6-12 muestra las propiedades ideales del espectro de edad del sistema Ar-Ar en una tectita, que es una fusión completa de material de la corteza continental y se apaga rápidamente a medida que vuela hacia la atmósfera. El método 40 Ar-39 Ar es más adecuado para muestras con una historia geológica compleja de pérdida de argón en el período posterior.
Figura 6-12 40- Espectro de edad Ar 39 Ar de la tectita de Texas en Estados Unidos
(Según Deakin 1995)
3.
Los tres minerales anfíboles (Figura 6-13a, B) en la roca huésped de Eldora en los Estados Unidos exhiben un modo de desgasificación por difusión térmica. La mejor edad de meseta de 1400 Ma se obtuvo para la muestra más distante (no mostrada). Las muestras a aproximadamente 350, 290, 75 y 10 m muestran una pérdida extragranular severa de Ar, pero están cerca de la edad "verdadera" a temperaturas máximas. Sin embargo, este patrón puede reflejar una alteración de la biotita en lugar de una pérdida por difusión de Ar de la hornblenda. Esta interpretación está respaldada por experimentos de datación con mezclas sintéticas de anfíboles y biotita. Otro fenómeno es que la muestra situada a 35 metros de la zona de contacto presenta un plano "falso" intermedio de alta calidad. Finalmente, la muestra situada a 0,6 m de la zona de contacto tiene forma de silla de montar y su parte más joven está cercana a la edad metamórfica.
La biotita de grano grueso (Figura 6-13c) se comporta de manera ligeramente diferente. Su edad infinita máxima (1250 Ma) es inferior a la de la hornblenda. El espectro de edad en el rango medio es irregular, pero muestra que la edad generalmente disminuye a medida que uno se acerca a la "planitud" de la roca. Por lo tanto, la biotita parece estar desgasificada parcial pero de manera desigual, posiblemente debido a una mayor difusión paralela a la escisión. Finalmente, el feldespato potásico sufre una pérdida de Ar irregular y catastrófica, como se sabe por el análisis convencional de K-Ar (fig. 6-13d).
Figura 6-13 Espectro de edades del Mineral 40 Ar-39 Ar a diferentes distancias de la zona de contacto del Sistema de Rocas Eldora en Colorado, EE. UU.
(Según Deakin 1995)
Los números en la imagen indican la distancia entre la deformación de la roca y la zona de contacto, en metros.
La hornblenda puede producir mesetas de alta calidad pero sin sentido. Esto puede hacer que sea peligroso utilizar anfíboles como base para la interpretación de la edad geológica en ausencia de evidencia clara e independiente. La biotita parcialmente reiniciada siempre puede identificarse por su patrón irregular, lo que la convierte en una base fiable para la interpretación de la edad. El significado exacto de las muestras de biotita y hornblenda más alejadas de la roca no está claro porque la roca huésped es un paragneis con una larga historia térmica.
Retroceso de calibre 4,39
Se descubrió que la técnica de datación Ar-Ar es particularmente adecuada para muestras de roca entera de pequeño material lunar, especialmente basalto maría de grano fino. La línea discontinua en la Figura 6-14 muestra un patrón típico de liberación de gas debido a una pérdida de Ar inducida por la radiación del 8% debido a la menor capacidad de retención de Ar del sitio rico en potasio. Sin embargo, otras muestras muestran una disminución significativa en la edad de la superficie a altas temperaturas o una disminución gradual en la edad de la superficie durante la mayoría de las etapas de evolución del gas, especialmente en rocas de grano fino, posiblemente debido a la redistribución de Ar durante la irradiación.
Figura 6-14 El impacto del retroceso de la irradiación 39ar en el espectro de edad de 40 Ar-39 Ar
(Según Deakin 1995)
La línea de puntos es el Fragmento de basalto mariano analizado en línea continua es la misma muestra finamente molida para el análisis de activación.
El retroceso del 39 Ar en la reacción del 39 K (n, p) puede provocar una redistribución de nucleidos a pequeña escala. Este efecto puede provocar una deficiencia de argón desde la superficie de los minerales que contienen potasio hasta una profundidad media de 0,08 μm.
Investigaciones posteriores descubrieron que al intentar aplicar la datación con 40 Ar-39 Ar al mineral sedimentario autigénico glauconita, el problema de retroceso del 39 Ar era aún más grave. Esto puede deberse a que los cristales de glauconita que forman las partículas esféricas son muy pequeños. Este problema se puede resolver envasando las partículas de glauconita en pequeñas ampollas de vidrio antes de la irradiación y abriendo las ampollas de vidrio durante el análisis de calentamiento para analizar los productos de retroceso juntos.