Kálium-argon (K-Ar) kormeghatározás | Élet a Földön és a világegyetemben | Kozmológia és Csillagászat | Khan Academy

Tudjuk, hogy az elemek

a protonszámuk alapján határozhatók meg.

Mint például a kálium.

Lássuk a periódusos rendszert.

Ezen a képen látható, nem teljes egészében,

csak egy része.

A kálium atomjában 19 proton van.

Ezt így jelölhetjük.

Kissé túlmagyarázva

Tudjuk, hogy ha ez egy káliumatom,
akkor 19 protonja van.

És azt is tudjuk, hogy
ha egy atomban 19 proton van,

akkor az kálium.

Azt is tudjuk, hogy egy adott elemnek

nem minden atomjában azonos
a neutronok száma.

Amikor egy olyan elemről beszélünk,

amelynek atomjaiban
a neutronok száma eltérő,

akkor ezeket az atomokat
az adott elem izotópjainak nevezzük.

A káliumatomnnak például

létezik olyan változata,
amelyben 20 neutron van.

Ezt kálium-39 névvel jelöljük.

A 39 a tömegszáma,

amely a 19 proton és 20 neutron
számának az összege.

Ez a kálium leggyakoribb izotópja.

Némi kerekítéssel ez teszi ki

a Földön található összes kálium 93,3%-át.

Lássuk a kálium néhány további izotópját.

Itt van például
ismét

K és 19

kálium-41 is létezik.

Ebben 22 neutron van.

22 meg 19 az 41.

Ez teszi ki a bolygónkon található kálium 6,7%-át.

Emellett létezik egy nagyon ritka káliumizotóp is,

amelyet kálium-40-nek nevezünk.

A kálium-40 neutronjainak száma 21,

és ez az izotóp nagyon-nagyon ritka.

Az összes káliumnak csupán 0,00117%-át képezi.

De egyben ez az a káliumizotóp,

amely érdekes a számunkra
abból a szempontból,

hogy alkalmas az idős kőzetek,
elsősorban vulkanikus kőzetek korának meghatározására.

Amint látni fogjuk,
az idős vulkanikus kőzetek kormeghatározása

meghatározhatjuk más típusú kőzetek

vagy egyéb kövületek korát,

amelyek idős vulkanikus kőzetek közé ékelődtek.

A legérdekesebb dolog a kálium-40-et illetően az,

hogy a felezési ideje 1,25 milliárd év.

Ennek az az előnye, hogy
például a szén-14-gyel szemben

igen-igen régi tárgyak korának meghatározására is alkalmas

v

1,25 milliárd évenként

így jelölöm a felezési időt

bármely adott mintának a fele elbomlik.

11%-a átalakul aron-40 izotóppá.

Ez itt az argon.

18 protonja van.

Az argon-40 izotóppá való átlakulás során

a káliumatom elveszít egy protont,

de a tömegszáma változatlan marad.

Az egyik proton tehát valahogyan átalakult neutronná.

Befogja az egyik belső elektront,

majd kibocsájt ezt-azt,

aminek a kvantumfizikai részleteiben
nem fogok elmélyedni

de végül átalakul argon-40 izotóppá.

89% pedig kalcium-40 izotóppá.

Amint azt a periódusos rendszerben is látjuk,

a kalciumatom 20 protont tartalmaz.

Ebben az esetben tehát

az egyik neutron átalakul protonná.

Ebben az esetben pedig

az egyik proton alakul át neutronná.

A mi számunkra pedig
ez a részlet a legérdekesebb.

v

Mivel az argon,
amint arról a kémia részben is sz esett,

az argon egy közömbös nemesgáz.

Így ha belekerül valamilyen folyadékba,

egyszerűen csak kipezseg belőle.

Semmivel sem alkot kötést,
így egyszerűen csak kipezseg

és elillan a légkörbe.

Az egész helyzet legérdekesebb része az,

amit egy vulkánkitörés során végbemegy.

Iderajzolok egy vulkánt.

Mondjuk tehát, hogy ez itt egy vulkán.

Valamikor a múltban kitör.

Itt hömpölyög a láva,

amely kálium-40 izotópot is tartalmaz.

Valójában már ekkor is van benne

némi argon-40 izotóp.

Az argon-40 azonban azt a trükköt követi el

hogy a még folyékony lávából

képzeljük ide a sok lávát

v

Iderajzolom a kálium-40-et

valami olyan színnel, amit még nem használtam

legyen rózsaszínű

Szóval van benne némi kálium-40.

Talán túl sok is lett kissé.

Ez egy nagyon ritka izotóp.

De azért van ebben is valamennyi kálium-40.

Így lehet benne némi argon-40 is.

Ám az argon-40 egy nemesgáz.

Semmivel nem alakít ki kötést.

És miközben a láva még folyékony,

buborékokban ki tud belőle szabadulni.

Egyszerűen feljut a felszínre,

mivel nem létesít kötéseket.

És egyszerűen elpárolog.

Nem ezzel a szóval kellene mondanom.

Egyszerűen elillan,

mert semmihez sem kötődik.

és elillan a folyadékból.

A legérdekesebb pedig az,

hogy a vulkánkitörések alkalmával

az elillanó argon-40 miatt,

mire a láva vulkáni kőzetté szilárdul

amit más színnel jelzek

Tehát mire vulkáni kőzetté szilárdul

az összes argon-40 eltávozik.

Semmi sem marad belőle.

Vagyis a vulkanikus folyamat során

a megolvadó kőzet argon-40 tartalma
teljesen elvész.

v

Így csak kálium-40 marad.

Ezért érdekesebb az argon-40

mert a kalcium-40 nem távozik el,

így ........

Tehát nem feltétlenül távozik.

De az argon-40-ből semennyi sem marad.

c

A vulkanikus folyamat nullára csökkenti
az argon-40 mennyiségét.

Ezt követően tehát

semennyi argon-40 nem maradhat

a megszilárduló lávában.

Ha az események filmjét előrepörgetjük,

és megvizsgáljuk a mintát
ezt idemásolom

Tehát előretekerve a jövőbe

azt látjuk, hogy ebben a mintában van némi argon-40.

akkor az egy vulkáni kőzet.

Tudhatjuk, hogy valamilyen vulkanikus folyama t erdeménye.

Tudjuk, hogy ez az argon-40
a lebomlott kálium-40-ből keletkezett.

És tudjuk, hogy ez a vulkanikus eseméyn óta bomlott.

hiszen ott volt, mielőtt eltávozott volna.

Az egyetlen lehetőség arra, hogy benne maradjon,

az, hogy amíg folyékony volt, addig

de amint megszilárdult, a gáz csapdába esett a kőzet belsejében.

Azaz tudjuk, hogy ez az argon-40 csak úgy kerülhetett oda,

hogy a kálium-40 bomlásából keletkezett.

Így vizsgálható az aránya.

Tudjuk, hogy minden egyes ilyen argon-40

mivel a bomlástermékeknek csak 11%-a argon-40

minden egyes darabra

x

s

x

Tehát

megvizsgálhatjuk az argon-40 arányát

ma ahhoz képest, ami akkor volt

c

A következő videóban

végigvesszük a matematikát

hogy a kormaghatározást bemutassuk.

Ez amiatt igazán hasznos

hogy az arányok alapján

Vulkánkitörések nem történnek minden nap,

de ha sok-sok millió év távlatában vizsgáljuk

ezen az időskálán

viszonylag gyakoriak.

Ássunk tehát a mélybe.

Mondjuk ez itt a talaj.

Ha elég mélyre ásunk, rábukkanhatunk
egy vulkanikus esemény nyomára

találhatunk vulkanikus kőzeteket.

Ha még mélyebbre ásunk

újabb vulkanikus rétegre bukkanhatunk

Ez egy újabb réteg vulkanikus kőzet.

Mindegyik tartalmaz valamennyi kálium-40-et.

x

Ebben lesz valamennyi kálium-40.

Ebben monfjuk valamennyivel több van.

Ebben pedig kicsivel kevesebb.

A megfelelő számítások alapján,
amelyeket a következő videóban bemutatok,

meg tudjuk mondani

a felezési idő és a megmaradt argon-40 mennyisége alapján

vagy a megmaradt kálium-40 mennyisége alapján

hogy azelőtt miv olt ott

hogy ez 100 millió éve szilárdult meg,

100 millió évvel a jelenkor előtt.

Ez a réteg pedig

mondjuk 150 millió évve

x

Szerencsére ez a nem került a felszínre

és nem keveredett más .....

Úgy tűnik, érintetlen maradt

ahogy ezekre a talajmintákra tekintünk.

Tegyük fel, ebben találunk kövületeket.

Ebben az esetben, még ha a szén-14 módszer nem is használható,

mivel 50 ezer évnél régebbi mintákkal találkozunk

tudhatjuk, hogy ezek a kövületek e két kor köé esnek.

Ez egészen jó, feltéve

ha ez a nem keveredett

akkor ez a kövület kora 100 millió

és 500 millió év közé esik.

Ez történt.

Ezek a kövületek rakódtak le.

Ezek az állatok elpusztultak, miután valamennyit éltek

Ezután következett a másik vulkáni esemény

Így lehetséges, hogy bár a közvetlen kormeghatározás

csak a vulkáni kőzetre vonatkozik,

a rétegeket vizsgálva
viszonylagosan is meghatározható

a rétegekben közt

Mindez tehát nemcsak a vulkáni kőzetekről szól.

Ezzel határozható meg a nagyon-nagyon régi maradványok kora.

és messzebbre tekinthetünk vissza az időben,
mint csupán a szén-14 kormehatározás alapján.