Kalium-argon-datointi (K–Ar): radiometrinen ajoitus geologiassa

Kalium-argon-datointi (K–Ar): tarkat miljardien vuosien radiometriset iät, soveltuu vulkaanisiin näytteisiin — keskeinen menetelmä geologiseen ajoitukseen ja geomagneettisen historian selvitykseen.

Tekijä: Leandro Alegsa

03-02-2026 14:00

Kalium-argon-datointi (K–Ar) tai K-Ar dating on radiometrinen dating-menetelmä, jota käytetään geokronologian ja arkeologian tutkimuksessa. Menetelmä perustuu kaliumin (K) isotoopin radioaktiivisen hajoamisen seurauksena syntyvän ⁴⁰Ar‑isotoopin määrän mittaamiseen: kun potinissa oleva argoniksi muuttunut osa kerääntyy, voidaan siitä päätellä kiven muodostumisesta kulunut aika.

Kalium on yleinen alkuaine, jota esiintyy monissa mineraaleissa ja kivilajeissa, kuten mikaaleissa, savessa, tefrassa ja evaporiiteissa. Sulaneessa (nestemäisessä) kiviaineksessa syntyvä ⁴⁰Ar pääsee yleensä karkaamaan, mutta ⁴⁰Ar alkaa kerääntyä, kun kivi uudelleenkiteytyy eli jähmettyy. Ajanjakso, joka on kulunut uudelleenkiteytymisestä, lasketaan mittaamalla kertynyttä ⁴⁰Ar:n määrää suhteessa jäljellä olevaan potassimäärään (suhde). ⁴⁰K:n pitkä puoliintumisaika on yli miljardi vuotta (noin 1,25 × 10^9 vuotta), joten menetelmä soveltuu parhaiten muutamasta tuhannesta vuodesta aina miljardien vuosien ikäisiin näytteisiin.

Periaate

K‑Ar‑datoinnissa määrätään näytteestä sekä vanhemman isotoopin (⁴⁰K) että tyttären isotoopin (⁴⁰Ar) pitoisuudet. Tuntemalla kaliumin alkuperäinen määrä (tai mittaamalla nykyinen K‑pitoisuus) ja radioaktiivisen hajoamisen nopeuden voidaan laskea aika, joka on kulunut isotoopin hajoamisesta. Laskenta perustuu eksponentiaaliseen hajoamislakiin ja hajoamiskonstantteihin, jotka on määritetty laboratoriokokein ja vertailumittauksin.

Käyttöalue ja rajoitukset

Sopivat ikäalueet: koska ⁴⁰K:n puoliintumisaika on hyvin pitkä, K‑Ar sopii erityisen hyvin geologisiin iänmäärityksiin, joiden ikä on tuhansista vuosista useisiin satoihin miljooniin tai miljardeihin vuosiin.
Sulkeutumis‑olettamus: menetelmän luotettavuus perustuu oletukseen, että näyte on toiminut suljettuna systeeminä: ei ole päässyt argonia sisään (ylimääräinen argon) eikä argonia ole hävinnyt (argonin menetys) muodostumisen jälkeen.
Liukeneminen ja metamorfia: lämmön, hydrolyysin tai metamorfisten tapahtumien seurauksena voi tapahtua argonin karkailua, mikä antaa liian nuoria iänmäärityksiä.
Ylimääräinen argon: joissain kivilajeissa alkuperäistä (peräisin sulasta tai ympäristöstä) argonia voi jäädä sisälle ja aiheuttaa liian vanhoja ikäarvoja.
Alaraja: hyvin nuorten näytteiden (< ~1000 v) iät voivat olla vaikeita mitata tarkasti, koska kertynyt ⁴⁰Ar‑määrä on pieni suhteessa analyyttiseen tarkkuuteen ja mahdollisiin kontaminaatioihin.

Näytteet ja analyysi

Nopeasti jäähyvät laavat ja tefrakerrokset ovat lähes ihanteellisia K‑Ar‑näytteitä, koska ne tyypillisesti sulkevat järjestelmän tehokkaasti jähmettyessään. Analyysivaiheisiin kuuluu näytteen tarkka mineraloginen valinta, kemiallinen käsittely, potassiumpitoisuuden määritys (esim. ICP‑MS tai AAS) ja argonin määritys massa‑spektrometrilla. Laadukkaat mittaukset vaativat huolellista esikäsittelyä ja vertailuajoja tunnetuilla ikästandardeilla.

Suhde Ar–Ar‑(40Ar/39Ar)‑menetelmään

Myöhempi ja monissa tilanteissa tarkempi muunnelma on 40Ar/39Ar-menetelmä, jossa näyte altistetaan neutronisäteilylle, jolloin ³⁹K muutetaan ³⁹Ar:ksi. Tällä tavoin samasta näytteestä voidaan mitata argonin eri isotoopit ja vähentää analyyttisia epävarmuuksia sekä havaita monia sulkeutumisongelmia (esim. asteittainen argonin menetys tai ylimääräinen argon). 40Ar/39Ar‑tekniikka on usein etusijalla tilanteissa, joissa tarvitaan suurempaa tarkkuutta tai monimutkaisten tapahtumien erottelua.

Sovellukset

Volkaanisten kerrostumien ja tefrakerrosten ajoittaminen, mikä auttaa geologisessa kronologiassa ja tapahtumaketjujen rakentamisessa.
Metamorfisten tapahtumien ajoitus ja geotermisten tapahtumien ajoittaminen, kun otetaan huomioon argonin menetys tai uudelleenkiteytys.
Arkeologinen ajoitus tefrakerrosten avulla tai vulkaanisten kerrostumien yhdistäminen kulttuurikerroksiin.
Geomagneettisen polariteetin aikaskaaloituksen kalibrointi: nopeasti jäähtyneet laavat tallentavat paikallisen magneettikentän suunnan ja voimakkuuden jähmettyessään, ja K‑Ar‑iänmääritykset auttavat ajoittamaan nämä magnetiset tapahtumat.

Yhteenvetona K‑Ar on vakiintunut ja laajasti käytetty radiometrinen menetelmä, jolla on vahva asema geologisissa ja arkeologisissa iänmäärityksissä. Menetelmän luotettavuus edellyttää huolellista näytteen valintaa, analyysimenetelmien tuntemusta ja huomiointia mahdollisista häiriötekijöistä, kuten ylimääräisestä argonista tai argonin menetyksestä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on kalium-argon-datointi?

V: Kalium-Argon-datointi eli K-Ar-datointi on geokronologiassa käytetty radiometrinen datointimenetelmä, jolla määritetään absoluuttinen ikä näytteille, jotka ovat paljon vanhempia kuin muutama tuhat vuotta.

K: Mihin kalium-argon-datointi perustuu?

V: Kalium-Argon-datointi perustuu kaliumin (K) isotoopin (K) radioaktiivisen hajoamisen argoniksi (Ar) aiheuttaman tuotteen mittaamiseen.

K: Missä kaliumia tavataan yleisesti?

V: Kalium on yleinen alkuaine, jota esiintyy monissa materiaaleissa, kuten mikaaleissa, savessa, tefrassa ja evaporiiteissa.

Kysymys: Missä vaiheessa 40Ar alkaa kertyä kiveen?

V: Hajoamistuote 40Ar pääsee poistumaan nestemäisestä (sulasta) kivestä, mutta alkaa kertyä, kun kivi jähmettyy (uudelleenkiteytyy).

Kysymys: Miten kalium-argon-datassa lasketaan uudelleenkiteytymisestä kulunut aika?

V: Uudelleenkiteytymisen jälkeinen aika lasketaan mittaamalla 40Ar:n ja jäljellä olevan 40K:n määrän suhde.

K: Mikä tekee nopeasti jäähtyneistä laavoista ihanteellisia K-Ar-datointiin?

V: Nopeasti jäähtyneet laavat ovat lähes ihanteellisia näytteitä K-Ar-datointia varten, koska niissä on tallentunut paikallisen magneettikentän suunta ja voimakkuus kyseisenä ajankohtana.

K: Mitä geomagneettisen kääntöajan asteikko kalibroitiin suurelta osin käyttäen?

V: Geomagneettisen käänteen aikaskaala kalibroitiin suurelta osin K-Ar-datan avulla.

Etsiä