Kalium-Argon methode (K-Ar datering)

Kalium-Argon methode of (K-Ar datering)

Potassium-Argon dating (Engelse term) of Kalium-Argonmethode (K-Ar) is een absolute dateringsmethode op basis van radioactief verval, die geschikt is om de ouderdom van bepaalde stollingsgesteentes te bepalen.

In tegenstelling tot een andere radiometrische dateringsmethode als de C-14 methode die meet hoeveel van een radioactieve isotoop (C14) verdwenen is meet deze methode juist hoeveel van de stabiele isotoop (Ar40) is ontstaan. De methode is vooral interessant voor geologen en archeologen geïnteresseerd in de vroegste ontstaansgeschiedenis van de mens.

De Kalium-Argonmethode is voor het eerst toegepast in 1960 op de sedimentlagen van vulkanische as, waarin de schedel van de Zinjanthropus gevonden werd. Het betrof een schedel van een zeer beroemde homonide ontdekt door Mary Leakey in de Oost-Afrikaanse Olduvai-kloof. Initieel werd de ouderdom van de fossiele skeletresten geschat op 0,75 miljoen jaar. Door het inzetten van de K-Ar methode bleek de schedel eerder 1,75 miljoen jaar oud.

Toepassing

De K-Ar methode kan je gebruiken voor datering van sedimenten of gesteentes die in het verleden sterk verhit zijn geweest en daarna door de tijd bedolven zijn geraakt en afgesloten zijn van de buitenwereld. gesteentes die aan die voorwaarde voldoen zijn metamorfe en vulkanisch gesteente als tufsteen en lava. Om de ouderdom van fossiele resten te bepalen moeten deze dus ingesloten liggen in onverstoorde gesteente- of sedimentlagen. Omdat je de laag waarin je de fossiele resten dateert en niet het fossiel zelf noemt men dit een indirecte wijze van dateren.

De lange halfwaardetijd van 1,25 Miljard jaar van 40K maakt deze methode bruikbaar voor het berekenen van de ouderdom van archeologische vondsten van 100.000-den jaren oud. Behalve voor dateren kan je de methode gebruiken voor:

• Het kalibreren van geomagnetische tijdschalen
• De herkomstbepaling van gesteentes in combinatie met petrografische gegevens.

Principe

Het natuurwetenschappelijke principe waarop de methode is gebaseerd is de meting van het resultaat van het radioactieve verval van de radioactieve-isotoop Kalium (40K) naar de stabiele isotoop van het edelgas Argon (40Ar). Kalium is een veelvoorkomend element in gesteentes, en ook in stollingsgesteentes. De term stollingsgesteente geeft al aan dat deze gesteentes ooit vloeibaar zijn geweest. Bij hoge temperaturen kan zelfs gesteente smelten, denk hierbij aan een de vloeibare lavastroom bij een vulkaanuitbarsting. In een steen zit van nature veel Kalium. Een 10.000ste deel van de Kalium bestaat uit het radioactieve isotoop Kalium-40, dat in de tijd vervalt tot Argon-40 in gasvorm. Wanneer gesteente smelt, kan het daarin aanwezige edelgas Argon-40 verdampen. In de loop van de tijd zal gesteente weer afkoelen. Het verval van Kalium naar Argon gas gaat echter door. In gestolde harde vorm kan het Argon gas niet meer ontsnappen . Het zit opgesloten in het gesteente.

Dat betekend dat na het afkoelen en hard worden van een steen, bijvoorbeeld ontstaan uit de hete lava na een vulkaanuitbarsting, er Argongas in bewaard blijft. Deze hoeveelheid wordt met de tijd groter al blijven het zeer kleine hoeveelheden. De hoeveelheid aanwezige Argon in relatie tot de hoeveelheid Kalium kan gemeten worden en als maatstaf dien voor de ouderdom van dat stuk steen.

Methode

Hoe bepaald men nu de ouderdom? De ouderdom van het gesteente kan men bepalen door de hoeveelheid Kalium-40 en de hoeveelheid Argon-40 in het gesteente te bepalen. Hiervoor neemt men een monster af. De meetresultaten dient men te corrigeren voor de hoeveelheid Argon die normaal in de atmosfeer aangetroffen wordt. Omdat men de halfwaardetijd van Kalium-40 weet, is het mogelijk op basis van de verhouding Kalium-40/Argon-40 in een steen monster de ouderdom van het gesteente bepalen. Deze bepaling wordt uitgevoerd door een Massaspectrometer. Om de meting uit te voeren moet een een stuk gesteente (het monster) verhitten totdat het weer smelt. De vrijgekomen Argon-40 gas kan dan direct gemeten worden.

Monsters:

De te gebruiken monsters moeten door geologen worden afgenomen. Zij kunnen bepalen of:

1. gesteentes nogmaals sterk verhit zijn geweest. In dit geval boven de Curie temperatuur;
2. daarnaast moet men controleren of er sprake is van vloeistof inclusies.

Bereik

De Kalium-Argon methode is geschikt om de ouderdom van (stollings)gesteenten tussen 100.000 jaar en 4,3 miljard jaar te bepalen. Rond de 100.000 jaar is pas 0,0053 % van de Kalium-40 vervallen naar Argon-40. Op het moment probeert men dat verder te verfijnen naar het heden toe. Om deze methode te kunnen gebruiken moet er aan een aantal voorwaarden voldaan zijn:

• Gesteente mag niet na vorming, nogmaals sterk verhit zijn geweest.
• Gesteente mag beïnvloed zijn door vloeistoffen in de directe omgeving.
• Archeologische vondsten dienen in situ in de gesteente lagen aangetroffen te worden
• Monsters mogen niet gecontamineerd te worden met Argon van het omgevingsmilieu bij het nemen van een monster of in het verleden.

Betrouwbaarheid

De standaard deviatie van deze methode is groot en geeft een beperking in het bereik. Daardoor zijn recentere periodes niet goed te dateren met deze methode.

In Nederland

Het laboratorium voor Massaspectrometrie van de Factulteit der Aard- en levenswetenschappen aan de Vrije Universiteit van Amsterdam kan monsters voor een K-Ar bepaling verwerken.

Meer weten

Nederlands Laboratorium VU Amsterdam

Ook schrijven op leerwiki? gebruik de volgende link om je in te schrijven: Leerwiki aanmelden