鉀-氬（K-Ar）同位素定年法對(duì)于確定熔巖的年齡特別有用。1950年代發(fā)展起來(lái)的，對(duì)于發(fā)展板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)和校準(zhǔn)地質(zhì)時(shí)標(biāo)非常重要。

        鉀-氬氣基礎(chǔ)知識(shí)

        鉀以兩種穩(wěn)定同位素（41 K和39 K）和一種放射性同位素（40 K）存在。鉀40衰變的半衰期為12.5億年，這意味著40 K原子中的一半在該時(shí)間段之后消失了。它的衰變產(chǎn)生的氬40和鈣40的比例為11到89。K-Ar方法通過(guò)計(jì)數(shù)捕獲在礦物中的這些放射性40Ar原子來(lái)起作用。

        簡(jiǎn)化的事情是，鉀是一種活性金屬，而氬是一種惰性氣體：鉀始終緊密地鎖定在礦物質(zhì)中，而氬卻不是任何礦物質(zhì)的一部分。氬氣占大氣的1％。因此，假設(shè)初次形成時(shí)沒(méi)有空氣進(jìn)入礦物顆粒，則其氬氣含量為零。也就是說(shuō)，新鮮礦物質(zhì)的K-Ar“時(shí)鐘”設(shè)置為零。

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        該方法依賴于滿足一些重要的假設(shè)：

        *在地質(zhì)時(shí)間內(nèi)，鉀和氬氣都必須保留在礦物中。這是難滿足的。

        *我們可以準(zhǔn)確地測(cè)量一切。先進(jìn)的儀器，嚴(yán)格的程序和標(biāo)準(zhǔn)礦物的使用確保了這一點(diǎn)。

        *我們知道鉀和氬同位素的精確自然混合物。數(shù)十年的基礎(chǔ)研究已經(jīng)為我們提供了這些數(shù)據(jù)。

        *我們可以校正進(jìn)入礦物的空氣中的任何氬氣。這需要額外的步驟。

        只要在現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室認(rèn)真工作，就可以滿足這些假設(shè)。

        實(shí)踐中的K-Ar方法

        要注明日期的巖石樣品必須非常小心地選擇。任何改變或破裂都意味著鉀或氬或兩者均已被破壞。該地點(diǎn)還必須具有地質(zhì)意義，與含化石的巖石或其他需要大量約會(huì)才能加入大故事的特征明顯相關(guān)。帶有古代人類(lèi)化石的巖床之上和之下的熔巖流就是一個(gè)很好的例子，而且是真實(shí)的。

        理想的是礦物長(zhǎng)石，鉀長(zhǎng)石的高溫形式。但是，云母，斜長(zhǎng)石，角閃石，粘土和其他礦物可以產(chǎn)生良好的數(shù)據(jù)，整個(gè)巖石分析也可以。年輕的巖石中40 Ar含量很低，因此可能需要幾公斤。對(duì)巖石樣品進(jìn)行記錄，標(biāo)記，密封，并在送往實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程中保持無(wú)污染和過(guò)熱。

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        在干凈的設(shè)備中，將巖石樣品壓碎至一定大小，以保留要過(guò)時(shí)的礦物的全谷物，然后過(guò)篩以幫助濃縮目標(biāo)礦物的這些谷物。所選尺寸的餾分在超聲和酸浴中清洗，然后輕輕烘干。使用重液體分離目標(biāo)礦物，然后在顯微鏡下手動(dòng)挑選，以獲得盡可能純的樣品。然后將該礦物樣品在真空爐中輕輕烘烤過(guò)夜。這些步驟有助于在測(cè)量之前從樣品中去除盡可能多的大氣40 Ar。

        接下來(lái)，將礦物樣品在真空爐中加熱至融化，驅(qū)除所有氣體。將精確量的氬38作為“尖峰”添加到氣體中，以幫助校準(zhǔn)測(cè)量，并將氣體樣品收集到由液氮冷卻的活性炭上。然后清除樣品中的所有有害氣體，例如H 2 O，CO 2，SO 2，氮?dú)獾?，直到剩下的全部是惰性氣體，其中包括氬氣。

        后，氬原子在質(zhì)譜儀中計(jì)數(shù)，質(zhì)譜儀是一臺(tái)具有自身復(fù)雜性的機(jī)器。測(cè)量了三種氬同位素：36 Ar，38 Ar和40 Ar。如果來(lái)自該步驟的數(shù)據(jù)是干凈的，則可以確定大氣中氬的豐度，然后將其減去以得出放射源40 Ar含量。這種“空氣校正”依賴于氬36的水平，該水平僅來(lái)自空氣，而不是由任何核衰變反應(yīng)產(chǎn)生的。將其減去，并且還減去38 Ar和40 Ar的比例量。其余38 Ar來(lái)自峰值，其余40 ArAr是放射源的。因?yàn)榧夥迨蔷_已知的，所以通過(guò)與之比較確定40 Ar。

        這些數(shù)據(jù)的變化可能會(huì)指出過(guò)程中任何地方的錯(cuò)誤，這就是為什么詳細(xì)記錄了所有準(zhǔn)備步驟的原因。

        K-Ar分析每個(gè)樣品花費(fèi)數(shù)百美元，需要一兩個(gè)星期。

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        40Ar-39Ar方法

        K-Ar方法的一種變體通過(guò)簡(jiǎn)化整個(gè)測(cè)量過(guò)程來(lái)提供更好的數(shù)據(jù)。關(guān)鍵是將礦物樣品放在中子束中，中子束將鉀39轉(zhuǎn)化為氬39。由于39 Ar的半衰期非常短，因此可以確保事先不在樣品中，因此它是鉀含量的明確指標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)是，為樣品定年所需的所有信息都來(lái)自相同的氬氣測(cè)量。精度更高，誤差更低。該方法通常稱為“氬-氬定年法”。

        40 Ar- 39 Ar約會(huì) 的物理過(guò)程是相同的，除了以下三點(diǎn)不同：

        1、在將礦物樣品放入真空爐之前，將其與標(biāo)準(zhǔn)材料樣品一起通過(guò)中子源進(jìn)行輻照。

        2、無(wú)需38 Ar尖峰。

        3、測(cè)量了四個(gè)Ar同位素：36 Ar，37 Ar，39 Ar和40 Ar。

        數(shù)據(jù)的分析更加復(fù)雜比的K-Ar的方法，因?yàn)樵谡丈洚a(chǎn)生氬從其它同位素原子除了40 K.這些效果必須校正，并且該處理是復(fù)雜的，足以需要計(jì)算機(jī)。

        Ar-Ar分析每個(gè)樣品的成本約為1000美元，需要花費(fèi)數(shù)周的時(shí)間。

        結(jié)論

        Ar-Ar方法被認(rèn)為是更好的方法，但是在較早的K-Ar方法中可以避免某些問(wèn)題。同樣，更便宜的K-Ar方法可用于篩查或偵察目的，從而將Ar-Ar留給苛刻或有趣的問(wèn)題。

        這些約會(huì)方法已經(jīng)持續(xù)改進(jìn)了50多年。學(xué)習(xí)曲線很長(zhǎng)，距離今天還很遙遠(yuǎn)。隨著質(zhì)量的每次提高，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并考慮了更細(xì)微的錯(cuò)誤來(lái)源。即使在只有10,000年歷史的巖石中（40 Ar的數(shù)量幾乎消失了），優(yōu)質(zhì)的材料和熟練的手也可以使年齡確定在1％以內(nèi)。