El Método K-Ar K (Z = 19) Nier (1935)

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1 El Método K-Ar K (Z = 19) Nier (1935)
Ref.: Dalrymple & Lanphere (1969): Potassium-Argon Dating, Freeman, San Francisco K (Z = 19) K es un metal alcalino (grupo IA) como Rb, Cs, Na y Li. K está presente en muchos minerales como las micas, feldespatos K, hornblenda, etc. K es el octavo elemento mas abundante en la corteza continental. Radio iónico K+ = 1.33 Å K tiene 3 isótopos naturales y 17 artificiales (35K - 54K). Naturales: 39K ( %); 40K ( %) y 41K (6.7302%). Peso atómico: amu

2 El Método K-Ar Ar (Z = 18) Ar es un gas noble (con He, Ne, Kr, Xe, Rn). Ar es el tercer gas mas abundante en la atmósfera (0.934 vol.%). Después del He, Ar es el gas noble mas abundante en rocas y minerales. Radio iónico Ar = 1.9 Å Ar tiene 3 isótopos naturales y 19 artificiales (31Ar-51Ar). Naturales (ab. en la atm.): 40Ar (99.60%); 38Ar (0.063%) y 36Ar (0.337%). Peso atómico: amu 40Ar/36Ar atm = 295.5

3 IA IIA Tabla periódica de los elementos

4 Decaimiento ramificado del 40K
40K 40Ar (ec/+) = x a-1 40K 40Ca (-) = x a-1 tot=5.543x10-10 a-1 T1/2 = x 109a

5 40Ar* 40K = 40Ar* x peso at. K x A K (ppm) x abund. 40K x peso at. 40Ar x A

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7 Temperaturas de cierre
(Harrison & McDougall, 1980) Hornblenda 530 ± 40ºC (685ºC*) Flogopita ºC Muscovita 350 ± 50ºC Fengita 350 ± 50ºC Biotita 280 ± 40ºC (373ºC) Feldespato K ca. 230ºC (230 ºC) * Berger & York (1981)

8 Requisitos para fechamientos por K-Ar:
-No hay pérdida de 40Ar* en la muestra ( edades mas jóvenes) -Mineral queda cerrado en 40Ar muy pronto después de su for- mación ( enfriamiento ± rápido después de la cristalización del magma) -Ninguna adición secundaria de 40Ar ( exceso de Ar  edades mas viejas) -Corrección apropiada por 40Aratm (40Ar* = 40Artot x 36Aratm) -Sistema cerrado con respecto a K -Precisa determinación de 40Ar y K

9 Isócrona por K-Ar

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11 Espectro isotópico de Ar (muestra-spike-aire)

12 Metodología Espectrómetro de masa con línea de purificación del Ar

13 Horno inductivo para la extracción del Ar

14 Aplicaciones: -Fechamientos de minerales en rocas intrusivas y extrusivas (sanidino, micas, hornblenda, feldespato K, plagioclasa, etc.) -Fechamientos de vidrios volcánicos (sin inclusiones ni indicios de recristalización); vidrios ácidos (de riolitas) mejor que vidrios máficos (de basaltos). -Fechamientos de minerales autígeneos (Temp. bajas)  glauconita. -Fechamientos de rocas enteras solamente en basaltos (de grano fino, sin fenocristales). -Rango de aplicación de >10,000 a  4.6 Ga (luna!!)

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18 El Método 40Ar/39Ar Sigurgeirsson (1962; basaltos de Islandia)
Ref.: McDougall & Harrison (1988): Geochronology and Thermochronology by the 40Ar/39Ar Method. Oxford Univ. Press. - Modifación del método K-Ar convencional. - Irradiación de una muestra (debe contener K) en un reactor con neutrones rápidos (E > 1 MeV)  se forma 39Ar - 39Ar es inestable y decae a 39K por emisión de partículas - con una vida media de 269 a.

19 El número de átomos de 39Ar producidos por la irradiación de neutrones :
1 2 División eq. 2/1 = 3

20 La ecuación 3 es complicada: es difícil determinar la
densidad del flujo de neutrones y otros parámetros durante la irradiación. La ecuación 3 puede ser simplificada introduciendo el parámetro “J”: 4 5 J es una muestra con edad conocida que se irradia junto con las muestras con edades desconocidas (“flux monitor”). Después de la medición 40Ar*/39Ar de J se puede definir: 6

21 Resolviendo la ecuación 6 por t:
Ojo: la edad de J (flux monitor) de determina con K-Ar!! Es necesario corregir efectos isobáricos causados por la irradiación (en especial en muestras < 106 a y con Ca/K >10)

22 Medición de la isotopía de Ar por calentamiento parcial
(“stepwise heating”)  edades de meseta Exceso de Ar Meseta (por lo menos 60% del espéctro) Pérdida de Ar

23 exceso pérdida

24 También diagramas de isócronas:

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26 Pero: también existen espéctros (o mesetas) dudosas

27 Para 40Ar/39Ar: tamaño de grano de las muestras no debe
ser demasiado pequeño (< 4-10m)  “recoil effects” Problemas con minerales arcillosos y glauconita!

28 Uso de un laser: “single grain dating”

29 Comparación: “Laser single grain” vs. método convencional

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31 Ventajas del método 40Ar/39Ar:
- Se analiza solamente una fracción de la muestra  no hay problemas con heterogeneidades. - La técnica de desgasificación gradual (“stepwise heating”) permite detectar pérdida o exceso de Ar en la muestra. - El cálculo de edades por meseta da normalmente edades con errores más pequeños en comparación con K-Ar. Desventajas del método 40Ar/39Ar: - Método analítico muy complicado (se requiere de un reactor). - Parámetros de la irradiación no completamente reproducibles. - Tiempo entre irradiación y medición largo. - Efectos “recoil” (pérdida de Ar por superficie o fracturas).

32 Aplicación: - Minerales como sanidino, micas, hornblenda, piroxeno.
- Feldespato K y plagioclasa frecuentemente con espectro: sin información sobre la edad - Rocas enteras máficas (basaltos, andesitas) frescas y sin inclusiones de vidrios. - Tamaño de grano mas grueso que para K-Ar (>30 m) para evitar efectos “recoil”.