Citas K-Ar

La datación potasio-argón , abreviada como datación 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 la desintegración⁴⁰
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 ocurre 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, de modo que la determinación final de la edad depende de los factores ambientales durante la formación, la fusión y la exposición a una presión reducida o al aire libre. El tiempo transcurrido desde la recristalización se calcula midiendo la relación entre la cantidad de⁴⁰
Arkansas
acumulado hasta la cantidad de⁴⁰
K
restante. La larga vida media de⁴⁰
K
permite utilizar el método para calcular la edad absoluta de muestras con más de unos pocos miles de años de antigüedad. ^[1]

Las lavas enfriadas rápidamente que constituyen muestras casi ideales para la datación K-Ar también preservan un registro de la dirección e intensidad del campo magnético local a medida que la muestra se enfrió más allá de la temperatura de Curie del hierro. La escala de tiempo de polaridad geomagnética se calibró en gran medida utilizando la datación K-Ar. ^[2]

El potasio se presenta de forma natural en tres isótopos:³⁹
K
(93,2581%),⁴⁰
K
(0,0117%),⁴¹
K
(6,7302%).³⁹
K
y⁴¹
K
son estables.⁴⁰
K
El isótopo es radiactivo y se desintegra con una vida media de1.248 × 10 ⁹  años a⁴⁰
California
y⁴⁰
Arkansas
. Conversión a estable⁴⁰
California
ocurre por emisión de electrones ( desintegración beta ) en el 89,3 % de los eventos de desintegración. La conversión a estable⁴⁰
Arkansas
ocurre a través de la captura de electrones en el 10,7% restante de los eventos de desintegración. ^[3]

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.⁴⁰
K
se desintegra en⁴⁰
Arkansas
; el átomo normalmente queda 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 dan las condiciones adecuadas, como cambios de presión o temperatura.⁴⁰
Arkansas
Los átomos pueden difundirse y escapar del magma fundido porque la mayoría de los cristales se han fundido y los átomos ya no están atrapados. El argón arrastrado (argón difundido que no logra escapar del magma) puede volver a quedar atrapado en los cristales cuando el magma se enfría y se convierte nuevamente en roca sólida. Después de la recristalización del magma, más⁴⁰
K
se descompondrá y⁴⁰
Arkansas
se acumulará nuevamente, junto con los átomos de argón arrastrados, atrapados en los cristales minerales. Medición de la cantidad de⁴⁰
Arkansas
Los átomos se utilizan para calcular la cantidad de tiempo que ha transcurrido desde que una muestra de roca se solidificó.

A pesar de⁴⁰
California
Al ser el nucleido hijo favorito, rara vez es útil para la datación porque el calcio es muy común en la corteza.⁴⁰
California
siendo el isótopo más abundante. Por lo tanto, la cantidad de calcio presente originalmente no se conoce y puede variar lo suficiente como para confundir las mediciones de los pequeños aumentos producidos por la desintegración radiactiva.

La relación entre la cantidad de⁴⁰
Arkansas
A eso de⁴⁰
K
está directamente relacionada con el tiempo transcurrido desde que la roca se enfrió lo suficiente como para atrapar el Ar mediante la ecuación:

${\displaystyle t={\frac {t_{\frac {1}{2}}}{\ln(2)}}\ln \left({\frac {{\ce {K}}_{f}+{\frac {{\ce {Ar}}_{f}}{0.109}}}{{\ce {K}}_{f}}}\right)}$,

dónde:

• t es el tiempo transcurrido
• t _1/2 es la vida media de⁴⁰
  K
  
• K _f es la cantidad de⁴⁰
  K
  restantes en la muestra
• Ar _f es la cantidad de⁴⁰
  Arkansas
  encontrado en la muestra.

El factor de escala 0,109 corrige la fracción no medida de⁴⁰
K
que se descompuso en⁴⁰
California
; la suma de las medidas⁴⁰
K
y la cantidad escalada de⁴⁰
Arkansas
da la cantidad de⁴⁰
K
que estaba presente al comienzo del período de tiempo transcurrido. En la práctica, cada uno de estos valores puede expresarse como proporción del potasio total presente, ya que solo se requieren cantidades relativas, no absolutas.

Para obtener la relación de contenido de isótopos⁴⁰
Arkansas
a⁴⁰
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 al vacío. El potasio se cuantifica mediante fotometría de llama o espectroscopia de absorción atómica .

La cantidad de⁴⁰
K
rara vez se mide directamente. Más bien, la más común³⁹
K
se mide y esa cantidad luego se multiplica por la relación aceptada de⁴⁰
K
/³⁹
K
(es decir, 0,0117%/93,2581%, ver arriba).

La cantidad de⁴⁰
Arkansas
También se mide para evaluar qué parte del argón total es de origen atmosférico.

Según McDougall y Harrison (1999, p. 11), las siguientes suposiciones deben ser verdaderas para que las fechas calculadas se acepten como representativas de la edad real de la roca: ^[4]

• El nucleido padre,⁴⁰
  K
  , se desintegra a una velocidad independiente de su estado físico y no se ve afectado por las diferencias de presión o temperatura. Esta es una suposición importante bien fundada, común a todos los métodos de datación basados ​​en la desintegración radiactiva. Aunque los cambios en la constante de desintegración parcial por captura de electrones para⁴⁰
  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. ^[1]
• El⁴⁰
  K
  /³⁹
  K
  La proporción en la naturaleza es constante, por lo que⁴⁰
  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 suposición muy buena para las muestras terrestres. ^[5]
• El argón radiogénico medido en una muestra se produjo por desintegración in situ de⁴⁰
  K
  en el intervalo desde que la roca cristalizó o se recristalizó. Las violaciones de este supuesto no son infrecuentes. Ejemplos bien conocidos de incorporación de sustancias extrañas⁴⁰
  Arkansas
  Incluye basaltos de aguas profundas vítreos y enfriados que no han desgasificado por completo sus yacimientos preexistentes.⁴⁰
  Arkansas
  *, ^[6] 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.
• Se necesita mucho cuidado para evitar la contaminación de las muestras por absorción de sustancias no radiogénicas.⁴⁰
  Arkansas
  de la atmósfera. La ecuación puede corregirse restando de la⁴⁰
  Arkansas
  _{valor medido} la cantidad presente en el aire donde⁴⁰
  Arkansas
  es 295,5 veces más abundante que³⁶
  Arkansas
  . ⁴⁰
  Arkansas
  _descompuesto =⁴⁰
  Arkansas
  _medido − 295,5 ׳⁶
  Arkansas
  _medido .
• La muestra debe haber permanecido como un sistema cerrado desde el evento que se está fechando. Por lo tanto, no debe haber habido pérdida o ganancia de⁴⁰
  K
  o⁴⁰
  Arkansas
  *, excepto por desintegración radiactiva de⁴⁰
  K
  Las desviaciones de este supuesto son bastante comunes, en particular en áreas de historia geológica compleja, pero tales desviaciones pueden proporcionar información útil que es valiosa para dilucidar las historias térmicas.⁴⁰
  Arkansas
  En una muestra de una edad conocida puede indicar un derretimiento total o parcial en la historia térmica de la zona. La fiabilidad en la datación de una característica geológica aumenta si se toman muestras de áreas dispares que han estado sujetas a historias térmicas ligeramente diferentes. ^[7]

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

Debido a la larga vida media de⁴⁰
K
La técnica es más aplicable para datar minerales y rocas de más de 100.000 años de antigüedad. Para escalas de tiempo más cortas, es poco probable que se obtenga suficiente⁴⁰
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 . ^[2] Aunque encuentra la mayor utilidad en aplicaciones geológicas , juega un papel importante en la arqueología . Una aplicación arqueológica ha sido la de delimitar la edad de los depósitos arqueológicos en Olduvai Gorge mediante la datación de flujos de lava por encima y por debajo de los depósitos. ^[8] También ha sido indispensable en otros sitios tempranos del este de África con un historial de actividad volcánica como Hadar, Etiopía . ^[8] El método K-Ar sigue teniendo utilidad en la datación de la diagénesis de minerales arcillosos . ^[9] En 2017, se informó de la datación exitosa de la ilita formada por meteorización . ^[10] Este hallazgo condujo indirectamente a la datación de la franja plana del oeste de Noruega de donde se tomó una muestra de ilita. ^[10] 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 desde la red cristalina.

En 2013, el explorador marciano Curiosity utilizó el método K-Ar para datar una roca en la superficie marciana, la primera vez que se data una roca a partir de sus componentes minerales mientras se encuentra en otro planeta. ^{[11] [12]}

• Aronson, JL; Lee, M. (1986). "Sistemática K/Ar de bentonita y pizarra en una zona metamórfica de contacto". Arcillas y minerales arcillosos . 34 (4): 483–487. Bibcode :1986CCM....34..483A. doi : 10.1346/CCMN.1986.0340415 .
• McDougall, I. ; Harrison, TM (1999). Geocronología y termocronología por el método ⁴⁰ Ar/ ³⁹ Ar . Oxford University Press . ISBN 978-0-19-510920-7.
• Tattersall, I. (1995). El rastro fósil: cómo sabemos lo que creemos saber sobre la evolución humana . Oxford University Press . ISBN 978-0-19-506101-7.

El Wikilibro Geología histórica tiene una página sobre el tema: Datación K-Ar

• "Metodología K/Ar y 40K/39K". Laboratorio de Investigación Geocronológica de Nuevo México. Archivado desde el original el 17 de abril de 2006.
• Michaels, GH; Fagan, BM (15 de diciembre de 2005). «Métodos cronológicos 9: datación potasio-argón». Universidad de California . Archivado desde el original el 10 de agosto de 2010.
• Moran, TJ (2009). "Enseñanza de la datación radioisotópica utilizando la geología de las islas hawaianas" (PDF) . Revista de Educación en Geociencias . 57 (2): 101–105. Bibcode :2009JGeEd..57..101M. doi : 10.5408/1.3544237 .