Ar/Ar Geochronologie Labor

Die ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Datierungsmethode ist eine Modifizierung und Verbesserung der ⁴⁰K-⁴⁰Ar-Methode. Das verwendete Zerfallssystem ist der Elektroneneinfang durch ein ⁴⁰K-Mutternuklid und die Erzeugung eines ⁴⁰Ar-Tochternuklids mit einer Zerfallskonstante (Λe) von 0,581 × 10^-10. Zusätzlich findet auch ein Beta-Zerfall von ⁴⁰K zu ⁴⁰Ca mit einer Zerfallskonstante (Λb) von 4,96 × 10^-10 statt, aber dieser Zweig wird nicht verwendet. Für die K-Ar-Methode ist die direkte Bestimmung der Kaliumkonzentration an einer Teilprobe erforderlich. Im Gegensatz dazu werden bei der ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Datierungsmethode die Kaliumkonzentrationen indirekt bestimmt, indem die Gesteins- oder Mineralproben in einem Fluss schneller Neutronen in einem Kernreaktor bestrahlt werden, was zu der ³⁹K(n,p)³⁹Ar-Reaktion führt, die ³⁹Ar-Nuklide erzeugt. Mit dem J-Wert und den Zerfallskonstanten für Elektroneneinfang und Beta-Zerfall wird das ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Alter wie berechnet.

Der J-Wert ist ein kombinierter Parameter, der die Bedingungen der Neutronenbestrahlung einschließt und der aus gleichzeitig bestrahlten Standardmineralproben bekannten Alters bestimmt wird.

Aufgrund der langen Halbwertszeit von 1,25 × 10⁹ Jahren von ⁴⁰K kann die ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Methode im Allgemeinen verwendet werden, um Alter zu bestimmen, die vom Alter der Erde bis zu einigen zehntausend Jahren vor der Gegenwart reichen.

Unser gegenwärtiges ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Datierungssystem (siehe Foto oben auf dieser Seite) beinhaltet:

(1) ein Micromass 5400-Edelgas-Massenspektrometer mit hoher Empfindlichkeit und niedrigem Untergrund,
(2) ein New Wave Research DualWave-Lasersystem, das einen kontinuierlichen CO₂-Laser und einen gepulsten UV-Laser umfasst und
(3) eine Ultrahochvakuum-Metallreinigungslinie, die Zr-Al SAES-Legierungsgetter und eine Kühlfalle umfasst.

Masafumi Sudo, Leiter des ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Labors, ist ein Experte für die Analyse extrem kleiner Mengen von Argongas, das durch Laseranwendung freigesetzt wird. Eine einzelne Online-Analyse von der Laserheizung einer Probe bis zur Analyse der Argon-Isotope dauert ca. 25 Minuten. Mit dem CO₂-Laser wurden im Potsdamer Labor schrittweise Erwärmungsanalysen von Kornproben von 0,1 mg bis zu einigen zehn Milligramm durchgeführt. In Schnittproben kann der UV-gepulste Laser Spots mit minimalem Durchmesser von einigen zehn Mikrometern abtragen.

Die Bestrahlung der Proben wird derzeit an der Cadmium-Lined In-Core Irradiation Tube (CLICIT) des TRIGA Reaktors am Bestrahlungszentrum der Oregon State Universität durchgeführt. Aufgrund des schnellen Neutronenflusses von 2.47 × 10¹³ n/cm²/s werden die Proben nur ca. 4 Stunden lang bestrahlt. Kornproben (z.B. Mineral- oder Grundmassenabtrennungen) oder polierte Dickschichtproben werden in Al-Folie gewickelt und anschließend in einen Probenbehälter aus 99,999 % reinem Al geladen. Der Probenbehälter wird in der Cadmium-Lined-Tube des Reaktors gelegt und bestrahlt. Nach der Bestrahlung werden die Proben zum Abklingen gelagert. Schließlich werden Argon-Isotopenanalysen im ⁴⁰Ar/³⁹Ar Labor in Potsdam durchgeführt.

Die ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Alter werden als relatives Alter im Vergleich zu einem Neutronenfluss-Überwachungs-Mineralstandard, Fish Canyon Tuff Sanidin, ermittelt. Dieser Standard wird zusammen mit Proben unbekannten Alters bestrahlt. Die Genauigkeit des Systems wurde durch die Analysen einiger Referenzmaterialien, wie z.B. SORI93-Biotit (K-Ar-Alter: 92,6 ± 0,6 Ma; Sudo et al, 1998) oder HD-B1-Biotit (K-Ar-Alter: 24,21 ± 0,32 Ma; Hess & Lippolt, 1994) verifiziert. Die Referenzmaterialien sind auf den folgenden Abbildungen dargestellt.

Ergebnisse für SORI93-Biotit und HD-B1-Biotit durch stufenweise Erwärmung.

Wenn Sie Interesse an unserem ⁴⁰Ar/³⁹Ar Labor haben, wenden Sie sich bitte an Dr. Masafumi Sudo (Laborleiter), Professor Patrick O'Brien oder Dr. Martin Timmerman (Strahlenschutzbeauftragter).

Literatur

• Hess, J. C. und H. J. Lippolt (1994): Compilation of K-Ar measurements on HD-B1 standard biotite, 1994 status report. Phanerozoic time Scale, Bull. Liais. Inform. IUGS Subcomm. Geochronol., 122, Paris, 1993
• Sudo, M., K. Uto, K. Anno, O. Ishizuka und S. Uchiumi (1998): SORI93 biotite: A new mineral standard for K-Ar dating. Geochem. J, 32, 49-58