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Lexikon der Geowissenschaften: Kalium-Argon-Datierung

Kalium-Argon-Datierung, 40Ar/40K-Datierung, eine physikalische Altersbestimmung. Sie basiert auf dem radioaktiven Ungleichgewicht in der Kalium-Zerfallsreihe, mit der der Zeitpunkt der letzten Argon-Entgasung durch Aufheizung oder Mineralneubildung bestimmt wird. 40K ist als primordiales Element bei der Bildung der Erde entstanden und heute an der Gesamt-Kaliummenge mit 11,7 ‰ beteiligt (39K = 93,3%, 41K = 6,7%). 40K zerfällt dual entweder unter β--Emission zu 40Ca (Häufigkeit 5·10-10/a) oder unter e--Einfang zu 40Ar (Häufigkeit 0,58·10-10/a), womit das Verzweigungsverhältnis etwa 0,1 beträgt. Als Halbwertszeit ergibt sich für 40K 1,28 Mrd. Jahre. 40Ar entsteht einzig durch den oben genannten Zerfallsprozeß innerhalb der Erdkruste und kommt mit 99,6% am natürlichen Element vor.

Es werden vier verwandte Datierungsmethoden eingesetzt, die sich hinsichtlich der Aufschlußverfahren, Anwendbarkeit und Aussagekraft unterscheiden: a) Bei der konventionellen 40K/40Ar-Methode wird die Konzentration beider Isotope gemessen und Korrekturen für aus der Atmosphäre aufgenommenes Argon durchgeführt. Rest-40Ar aus der Ausgangsschmelze der Probe und Xenolithe können Überschußargon in der Probe hervorrufen, während langsames Abkühlen und Verwitterung zur Abfuhr von Argon nach Schließen des Systems führen. Die Schließtemperatur (Temperatur der letzten Ar-Entgasung) ist unterschiedlich für verschiedene Minerale und liegt zwischen etwa 200-700ºC. b) Die Cassignol-Technik ist aufgrund der hohen Meßgenauigkeit besonders für junge Proben geeignet und verwendet zugegebenes atmosphärisches Argon zur Kalibrierung des Massenspektrometers. Die Datierungsgenauigkeit kann damit bis auf ±2000 Jahre für Proben jünger als 100.000 Jahre gesteigert werden. c) Bei der Argon-Argon-Methode (39Ar/40Ar-Methode) wird der K-Gehalt durch Beschuß der Probe mit thermischen Neutronen ermittelt, indem das nach der Reaktion 39K+n→39Ar entstandene synthetische 39Ar gleichermaßen wie das natürliche 40Ar massenspektrometrisch gemessen wird. Aufgrund der kurzen Halbwertszeiten von 39Ar von 269 Jahren ist in natürlichen Proben dieses Isotop nicht vorhanden. Das stufenweise Aufheizen der so vorbehandelten Probe läßt Argon zur quantitativen Bestimmung entweichen. Das Alter einer ungestörten Probe ergibt sich als Plateauwert des Entgasungsdiagramms. d) Bei der Argon-Argon-Laser-Einzelkorntechnik können gemäß vorstehender Methodik durch die Verwendung von Laser zur Aufheizung der Probe auch einzelne Mineralkörner gemessen werden. Dadurch ist eine Verunreinigung der Probe durch älteres Material erkennbar, jedoch besteht ein Nachteil darin, daß bei der Neutronenbestrahlung innerhalb der kleinen Probenmenge Rückstoßkräfte induziert werden. Diese Stoßkräfte können Argon entweichen lassen. [RBH]

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