Geocronología K-Ar (incompleto, en actualización! )

Breves ideas sobre la teoría del geocronómetro K-Ar

La geocronología K-Ar se basa en la desintegración radiactiva natural del 40 K en 40Ar. La semivida del 40 K es igual a 1.31 Ga. Esto le convierte en un geocronómetro ideal para medir edades desde el Cuaternario hasta la formación del Sistema Solar. Sin ninguna duda ha sido el método geocronológico más usado del siglo XX. Son innumerables las edades K-Ar publicadas en los 50 años que han transcurrido desde que se desarrolló. Las ventajas e inconvenientes del método pueden desglosarse en los siguientes puntos principales:

Ventajas del método K-Ar

  1. Vida media del 40K adecuada a la mayor parte de problemas geológicos.
  2. Numerosos minerales tienen K
  3. El argón es el gas químicamente más inerte y se puede aislar muy bien (incluso de los otros gases nobles He, Ne, Kr, Xe)
  4. Se obtiene la edad con una sola muestra, no requiere isocrona (aunque se pueden usar)
  5. La comparación de edades de varios minerales de una misma muestra puede dar pistas sobre la fiabilidad de los resultados
  6. Es un método comparativamente rápido y barato respecto Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb, etc.

Inconvenientes del método K-Ar

  1. Es muy difícil o imposible distinguir todas las fuentes de argón presentes en la muestra (argón atmosférico, inicial, radiogénico, etc.)
  2. Posibilidad de pérdida de argón por difusión u otros fenómenos
  3. Hay que medir el K y el Ar en dos partes separadas de la misma muestra lo que se traduce en problemas de inhomogeneidad
  4. No da información genética (excepto en rocas muy jóvenes, gases volcánicos, inclusiones fluidas o meteoritos)
El método K-Ar ha sido en buena parte superado por el método Ar-Ar durante las dos últimas décadas, que es una variante del K-Ar en la que una pequeña parte del isótopo de potasio 39 K (el isótopo más abundante del K) es transformado en 39Ar al irradiar la muestra en un reactor nuclear. Esto permite medir simultáneamente el K y el Ar en la misma muestra, con lo que disminuye el error. También tiene otras ventajas como la medida de edades puntuales o el estudio de las propiedades de difusión de los minerales analizados y su relación con la temperatura de enfriamiento (termocronología). Contrariamente a la opinión general, las edades obtenidas por el método K/Ar son muy parecidas a las obtenidas por Ar/Ar en la mayoría de casos, sólo las muestras de historia geológica muy complicada pueden ser mejor interpretadas por el método Ar/Ar.

Fórmula para calcular edades K-Ar

Si el contenido de K de la roca o mineral se expresa en % y el contenido de Ar en moles/g, la fórmula con las constantes ya introducidas es:

Fórmula

Atención: Es muy probable que la constante de desintegración “lambda” usada por todos los laboratorios de geocronología desde 1977 hasta la fecha sea errónea, dando edades más bajas en aproximadamente 1-2%. En el año 2004 se quiere llegar a un consenso internacional para usar unas nuevas constantes (lo mismo es válido para el Rb-Sr).

Algunos factores de conversión.

K2O [%] · 0.8301 ≡ K [%]
K [ppm] · 0.00001 ≡ K [%]
K [%] · 2.9848 · 10 -8 ≡ 40K [moles/g]
40Ar [ppm] · 5.609 · 10-4 ≡ 40Ar [cc STP/g]
40Ar [moles/g] · 2.5025 · 10-8 ≡ 40Ar [ppm]
40Ar [moles/g] · 2.241 · 104 ≡ 40Ar [cc STP/g]

Los estándares de K-Ar

Los estándares usados en nuestro laboratorio son las micas HD-B1 y LP-6, de 24.2 y 128 Ma, respectivamente y la moscovita B4M de 18.7 Ma. Se trabajará próximamente en la calibración de algún estándar mexicano proveniente de rocas plutónicas (biotita, moscovita, hornblenda) y volcánicas (sanidina) para reducir el consumo de los dos estándares anteriores, ya muy agotados.

La medida del K

La medida del K se realiza actualmente en el laboratorio del LUGIS por medio de Fluorescencia de Rayos X, bajo la supervisión del Químico Rufino Lozano. La técnica empleada se basa en la fusión de 100 mg de muestra con una mezcla de tetraborato/metaborato de litio. La preparación de estándares, calibración, etc. se basa en el método descrito por Solé y Enrique (2001). Los errores relativos obtenidos decrecen al aumentar el contenido en K, desde un 1.5% - 2% para concentraciones de K menores al 1% en peso (plagioclasas, algunos anfíboles) hasta menos del 0.5% para micas y feldespatos alcalinos. Se usa también fotometría para la medición de concentraciones bajas (por debajo de 1%), típicas de anfíboles y plagioclasas.

Minerales que se pueden datar por el método K-Ar

En principio se pueden datar todos los minerales que contengan potasio, desde un 50% (silvita) hasta partes por millón en peso. Lógicamente, la factibilidad de cada mineral dependerá también de su edad. Los materiales con pocos ppm de K pueden datarse con precisión si son antiguos, los que tienen mucho K como sanidina o leucita pueden ser datados aún si tienen edades inferiores a 1 millón de años. Hay que añadir otro factor, la precisión de la edad no podrá ser nunca superior a la precisión de la medida del K. Por tanto es de esperar que materiales con muy poco K den errores más grandes, independientemente de su edad.
El tipo de roca, y por tanto el tipo de evento geológico que se pretende datar también limitan que tipo de minerales pueden usarse satisfactoriamente (por la difusión del argón). Vea una tabla con algunos de los minerales más típicos que pueden usarse en K-Ar.

Desarrollos futuros

Se tiene previsto investigar nuevos métodos de carga de las muestras en el sistema láser para poder medir el Ar y el K en la misma alícuota. Esto permitiría mejorar la precisión de los resultados y eliminar una de las principales limitaciones del K-Ar, la inhomogeneidad de las muestras.
Página de Jesús Solé
Laboratorio de gases nobles