Méthodes de datation potassium-argon

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Le potassium-argon (K-Ar)datation isotopiqueCette méthode est particulièrement utile pour déterminer l'âge des laves. Développé dans les années 1950, il a joué un rôle important dans le développement de la théorie de tectonique des plaques et en calibrant leéchelle de temps géologique.

Les bases du potassium-argon

Potassium se produit dans deux isotopes stables (⁴¹K et³⁹K) et un isotope radioactif (⁴⁰K). Le potassium 40 se désintègre avec une demi-vie de 1250 millions d'années, ce qui signifie que la moitié de la⁴⁰Les atomes de K disparaissent après ce laps de temps. Sa désintégration donne de l'argon-40 et du calcium-40 dans un rapport de 11 à 89. La méthode K-Ar fonctionne en comptant ces radiogènes⁴⁰Atomes d'Ar piégés à l'intérieur des minéraux.

Ce qui simplifie les choses, c'est que le potassium est un métal réactif et l'argon est un gaz inerte : le potassium est toujours étroitement enfermé dans les minéraux alors que l'argon ne fait partie d'aucun minéral. L'argon représente 1 % de l'atmosphère. Donc, en supposant qu'aucun air ne pénètre dans un grain minéral lors de sa première formation, sa teneur en argon est nulle. C'est-à-dire qu'un grain minéral frais a son « horloge » K-Ar réglée sur zéro.

La méthode repose sur la satisfaction de certaines hypothèses importantes :

1. Le potassium et l'argon doivent tous deux rester en place dans le minéral au cours du temps géologique. C'est le plus difficile à satisfaire.
2. Nous pouvons tout mesurer avec précision. Des instruments avancés, des procédures rigoureuses et l'utilisation de minéraux standard le garantissent.
3. Nous connaissons le mélange naturel précis d'isotopes de potassium et d'argon. Des décennies de recherche fondamentale nous ont fourni ces données.
4. Nous pouvons corriger tout argon de l'air qui pénètre dans le minéral. Cela nécessite une étape supplémentaire.

Compte tenu d'un travail minutieux sur le terrain et en laboratoire, ces hypothèses peuvent être satisfaites.

La méthode K-Ar en pratique

L'échantillon de roche à dater doit être choisi avec beaucoup de soin. Toute altération ou fracturation signifie que le potassium ou l'argon ou les deux ont été perturbés. Le site doit également être géologiquement significatif, clairement lié à des roches fossilifères ou à d'autres caractéristiques qui ont besoin d'une bonne date pour rejoindre la grande histoire. Les coulées de lave qui se trouvent au-dessus et au-dessous des lits rocheux avec d'anciens fossiles humains en sont un bon et vrai exemple.

Le minéral sanidine, la forme à haute température de feldspath potassique , est le plus souhaitable. Mais micas , le plagioclase, la hornblende, les argiles et d'autres minéraux peuvent fournir de bonnes données, tout comme les analyses de roche totale. Les jeunes roches ont de faibles niveaux de⁴⁰Ar, autant que plusieurs kilogrammes peuvent être nécessaires. Les échantillons de roche sont enregistrés, marqués, scellés et conservés à l'abri de la contamination et de la chaleur excessive sur le chemin du laboratoire.

Les échantillons de roche sont concassés, dans un équipement propre, à une taille qui préserve les grains entiers du minéral à dater, puis tamisés pour aider à concentrer ces grains du minéral cible. La fraction de taille sélectionnée est nettoyée dans des bains à ultrasons et acides, puis séchée doucement au four. Le minéral cible est séparé à l'aide de liquides lourds, puis cueilli à la main sous le microscope pour l'échantillon le plus pur possible. Cet échantillon minéral est ensuite cuit doucement pendant une nuit dans un four sous vide. Ces étapes aident à éliminer autant d'atmosphère⁴⁰Ar de l'échantillon que possible avant d'effectuer la mesure.

Ensuite, l'échantillon minéral est chauffé jusqu'à fusion dans un four sous vide, chassant tout le gaz. Une quantité précise d'argon-38 est ajoutée au gaz en tant que «pointe» pour aider à calibrer la mesure, et l'échantillon de gaz est collecté sur du charbon actif refroidi par de l'azote liquide. Ensuite, l'échantillon de gaz est nettoyé de tous les gaz indésirables tels que H_deuxÀ PROPOS DE QUOI_deux, ALORS_deux, l'azote et ainsi de suite jusqu'à ce qu'il ne reste que le gaz inertes , argon parmi eux.

Enfin, les atomes d'argon sont comptés dans un spectromètre de masse, une machine avec ses propres complexités. Trois isotopes de l'argon sont mesurés :³⁶Avec,³⁸Ar, et⁴⁰Ar. Si les données de cette étape sont propres, l'abondance de l'argon atmosphérique peut être déterminée puis soustraite pour donner le radiogène⁴⁰Ar contenu. Cette 'correction d'air' repose sur le niveau d'argon-36, qui provient uniquement de l'air et n'est créé par aucune réaction de désintégration nucléaire. Il est soustrait, et un montant proportionnel de la³⁸Ar et⁴⁰Ar sont également soustraits. Le reste³⁸Ar est de la pointe, et le reste⁴⁰Ar est radiogénique. Comme le pic est connu avec précision, le⁴⁰Ar est déterminé par comparaison avec lui.

Les variations de ces données peuvent indiquer des erreurs n'importe où dans le processus, c'est pourquoi toutes les étapes de préparation sont enregistrées en détail.

Les analyses K-Ar coûtent plusieurs centaines de dollars par échantillon et prennent une semaine ou deux.

La méthode 40Ar-39Ar

Une variante de la méthode K-Ar donne de meilleures données en simplifiant le processus de mesure global. La clé est de placer l'échantillon minéral dans un faisceau de neutrons, qui convertit le potassium-39 en argon-39. Car³⁹Ar a une demi-vie très courte, il est garanti qu'il soit absent de l'échantillon au préalable, c'est donc un indicateur clair de la teneur en potassium. L'avantage est que toutes les informations nécessaires à la datation de l'échantillon proviennent de la même mesure d'argon. La précision est plus grande et les erreurs sont moindres. Cette méthode est communément appelée « datation argon-argon ».

La procédure physique de⁴⁰Avec-³⁹La datation Ar est la même à trois différences près :

• Avant que l'échantillon minéral ne soit placé dans l'étuve à vide, il est irradié avec des échantillons de matériaux standards par une source de neutrons.
• Il n'y a pas³⁸Ar pointe nécessaire.
• Quatre isotopes Ar sont mesurés :³⁶Avec,³⁷Avec,³⁹Ar, et⁴⁰Avec.

L'analyse des données est plus complexe que dans la méthode K-Ar car l'irradiation crée des atomes d'argon à partir d'autres isotopes.⁴⁰K. Ces effets doivent être corrigés et le processus est suffisamment complexe pour nécessiter des ordinateurs.

Les analyses Ar-Ar coûtent environ 1000 $ par échantillon et prennent plusieurs semaines.

Conclusion

La méthode Ar-Ar est considérée comme supérieure, mais certains de ses problèmes sont évités dans l'ancienne méthode K-Ar. En outre, la méthode K-Ar moins chère peut être utilisée à des fins de dépistage ou de reconnaissance, économisant Ar-Ar pour les problèmes les plus exigeants ou les plus intéressants.

Ces méthodes de datation sont en constante amélioration depuis plus de 50 ans. La courbe d'apprentissage a été longue et est loin d'être terminée aujourd'hui. À chaque incrément de qualité, des sources d'erreur plus subtiles ont été trouvées et prises en compte. De bons matériaux et des mains habiles peuvent donner des âges certains à 1 % près, même dans des roches de seulement 10 000 ans, dans lesquelles des quantités de⁴⁰Ar sont extrêmement petits.