Ar/Ar Geochronologie Labor

Ar/Ar Geochronologie Labor
Foto: Masafumi Sudo
Ar/Ar Geochronologie Labor

Die 40Ar/39Ar-Datierungsmethode ist eine Modifizierung/Verbesserung der 40K-40Ar-Methode. Das verwendete Zerfallssystem ist der Elektroneneinfang durch ein 40K-Mutternuklid und die Erzeugung eines 40Ar-Tochter-Nuklids mit einer Zerfallskonstante (Λe) von 0,581x10-10. Zusätzlich findet auch ein Beta-Zerfall von 40K bis 40Ca mit einer Zerfallskonstante (Λb) von 4,96x10-10 statt, aber dieser Zweig wird nicht verwendet. Für die K-Ar-Methode ist die direkte Bestimmung der Kaliumkonzentration an Proben Aliquoten 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 folgt 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 x 10^9 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 Hintergrund,

(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 bei der Analyse extrem kleiner Mengen von Argongas, das durch Laseranwendung freigesetzt wird, vorzüglich. 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 minimalen Durchmessern von einigen zehn Mikrometern abtragen.

Die Bestrahlung der Proben wird derzeit an der Geesthachter Neutronenanlage (GeNF) des GKSS-Forschungszentrums durchgeführt. Aufgrund des geringeren und schnellen Neutronenflusses von 1x10^12 n/cm2/s im Vergleich zu anderen Forschungsreaktoren werden die Proben ca. 1,5 Jahre 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 (siehe Foto unten) geladen. Der Probenbehälter wird abschließend in Cd-Folie gewickelt und bestrahlt. Nach der Bestrahlung werden die Proben bei GeNF abkühlen gelassen. Schließlich werden Argon-Isotopenanalysen im Labor 40Ar/39Ar 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.

 

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