4 Geochronologie
Geochronologie is de wetenschap voor ouderdomsdateringen van gesteenten, mineralen, stenen, fossielen en sedimenten met brede toepassingen in de aardwetenschappen, waaronder isotopenverhoudingsmetingen met behulp van nauwkeurige en precieze massaspectrometrische technieken (Becker, 2007; De Laeter, 2001; Platzner, 1997). De fysische methoden van geochronologie zijn gebaseerd op het radioactieve verval van instabiele (moeder-)isotopen in stabiele (dochter-)isotopen zoals 87Rb tot 87Sr, 238U tot 206Pb; 232Th tot 208Pb; 235U tot 207Pb; 147Sm tot 143Nd; 187Re tot 187Os; 176Lu tot 176Hf of 40K tot 40Ar. Er zijn een groot aantal artikelen over geologische wetenschap, waaronder elementbepaling, isotopenanalyse (Böhlke et al., 2005; De Laeter, 2001; Faure, 2005; Jackson et al, 2004; Nelson and McCulloch, 1989; Platzner, 1997; Tiepolo, 2003), en ouderdomsdatering door anorganische massaspectrometrie; daarom zullen slechts enkele relevante werken worden besproken om de stand van de techniek te karakteriseren.
U-Pb, Th-Pb, en Pb-Pb methoden voor ouderdomsdatering
Aderdomsdatering met behulp van de U, Th, en Pb methoden is gebaseerd op het radioactieve verval van 238U, 235U, en 232Th (als moederisotopen van een keten van radioactieve dochters die eindigen met stabiele isotopen van radiogeen lood) en 206Pb, 207Pb, en 208Pb, respectievelijk, via de bekende vervallijnen van uranium en thorium. Deze dateringstechnieken zijn de bekendste, meest veelzijdige en waardevolle geochronologische technieken. Zo geeft het verval van 238U met een halveringstijd van t1/2 ~ 4,5 × 109 a aanleiding tot de uraniumreeks (uranium-radium vervallijn) via acht α (4He) vervalen en zes β- vervalen, die 234U als intermediaire dochterisotoop bevatten en eindigen in stabiel 206Pb. De nucleosynthetische eigenschappen van U en Pb, samen met de interconnectiviteit tussen deze elementen door twee radioactieve vervalketens, vormen de basis waarop het U/Pb-systeem een unieke bijdrage heeft kunnen leveren aan de isotopenwetenschap (De Laeter, 2011):
waar Q de som is van de vervalsingsenergieën (Q = 47,4 MeV/atoom) (Faure, 1986).
Het verval van de radioactieve nuclide 238U tot de stabiele isotoop 206Pb in een gesloten systeem wordt beschreven door de volgende vergelijking:
met 206Pb/204Pb = verhouding van loodisotopen op het huidige tijdstip t; (206Pb/204Pb)0 = de oorspronkelijke isotopenverhouding die in het systeem is opgenomen op het moment van zijn vorming t jaar geleden, d. w. z.d.w.z. (t = 0), (238U/204Pb) = verhouding tussen moederisotoop 238U en dochterisotoop 204Pb op het huidige tijdstip t
λ = vervalconstante van 238U (1.55 × 10-10 a-1),
t = verstreken tijd sinds het systeem gesloten werd voor U en Pb.
Gelijkaardige vergelijkingen beschrijven het verval van 235U tot radiogeen 207Pb en van 232Th tot 208Pb.
Het verval van 235U (t1/2 ~ 0,72-109 a) geeft aanleiding tot de actiniumreeks, die eindigt in het stabiele 207Pb-isotoop na emissie van zeven α-vervallen en vier β-vervallen:
met Q = 45,2 MeV/atoom.
De ontdekking van de kernsplijting van 235U leidde tot de ontwikkeling van kernreactoren en het isotopenonderzoek van de natuurlijke reactoren van Oklo. De massaspectrometer is de moderne Steen van Rosetta van de isotopenwetenschap, die het mogelijk heeft gemaakt de isotopische hiërogliefen van het U/Pb-systeem te ontcijferen om nieuwe horizonten te onthullen in ons begrip van de natuur (De Laeter, 2011).
Het verval van 232Th (t1/2 ~ 1.41 × 1010 a) via de thoriumvervallijn resulteert in de emissie van zes alfadeeltjes en vier bètadeeltjes die leiden tot de vorming van de stabiele en meest voorkomende lood 208Pb-isotoop:
met Q = 39.8 MeV/atoom.
Elke vervalketen van 238U, 235U, en 232Th leidt steeds tot de vorming van een specifieke stabiele loodisotoop met een verschillende massa, namelijk respectievelijk 206Pb, 207Pb, en 208Pb. Deze verlagingen geven drie verschillende onafhankelijke geochronometers. Niet alleen werden de resulterende 207Pb/235U-, 206Pb/238U- en 208Pb/232Th-leeftijden bepaald op oude uraniumrijke en thoriumrijke mineralen, maar ook de 207Pb/206Pb-leeftijd kan worden bepaald, omdat deze isotopenverhouding systematisch verandert met de tijd ten gevolge van de verschillende vervalsnelheden van de twee moeder-isotopen van uranium. Het pionierswerk van 207Pb/206Pb leeftijdsdatering werd gedaan door Nier et al. (1941). De auteurs bepaalden de 207Pb/206Pb-leeftijd op 2,57 ± 0,07 109 uit monazietrijke monsters (uit het Huron-district in Canada). Men vond dat de 207Pb/206Pb-leeftijd betrouwbaarder was dan andere ouderdommen omdat het 207Pb/206Pb-systeem minder sterk wordt beïnvloed door recent radiogeen Pb-verlies. De Pb-Pb ouderdom van een gesteente wordt dan geschat uit de isochron die geconstrueerd wordt in het diagram van de isotopensamenstelling van 207Pb/204 Pb versus 206Pb/204Pb voor verschillende mineralen van dezelfde ouderdom.
TIMS werd gedurende vele decennia gebruikt als de standaard analysetechniek voor de meeste geochronologische doeleinden. Tegenwoordig worden naast TIMS ook SIMS en LA-ICP-MS steeds meer gebruikt, bijvoorbeeld voor in situ geochronologisch onderzoek van zeer oude zirkoon- en monazietkristallen, aangezien beide mineralen rijk zijn aan uranium (Hirata en Nesbitt, 1995). Beeldvorming van radiogene isotopen en elementen door SIMS of LA-ICP-MS en in het bijzonder door kathodoluminescentie, respectievelijk, op gepolijste zirkonen maakt het mogelijk de groei zones worden gekarakteriseerd en dus gids latere in situ analyse (met inbegrip van zirkoon geochronologie op 20-30 urn bereik). Jeffries et al. (2006) verzamelden zirkonen van Tephra (vulkanische gesteentefragmenten) uit twee verschillende geografische plaatsen, maar uit dezelfde stratigrafische horizon. 207Pb/206Pb isotopenverhoudingen werden uitgezet in het Tera-Wasserburg concordia-diagram tegen 238U/206Pb isotopenverhouding van twee geologische monsters gemeten met LA-ICP-MS, hetgeen resulteerde in U-Pb ouderdommen van 14,35 ± 0,27 Ma en 14,15 ± 0,14 Ma (Ma – miljoen jaar) (Jeffries et al., 2006). Over het algemeen neemt zirkoon tijdens de kristallisatie niet teveel gewoon Pb in zijn rooster op. Daarom voeren veel laboratoria geen gewone Pb-correctie uit op hun U-Pb-gegevens wegens problemen met isobare interferenties (b.v. van de stabiele 204Pb-isotoop met de 204Hg-isotoop). Jeffries et al. (2006) verminderden deze bron van contaminatie door de inbouw van een goudval in de draaggaslijn en absorbeerden Hg-sporen uit het draaggas. De 238U/206Pb-leeftijd bepaald met behulp van deze aanpak in LA-ICP-MS kan nauwkeurig worden aangetoond.
Een nieuwe analytische methode voor de bepaling van U-Pb-leeftijden en Hf-isotoopsamenstellingen op zirkoonreferentiestandaarden (bijv, CZ3 is een enkele zirkoonkorrel met edelsteenkwaliteit uit Sri Lanka) en een natuurlijk zirkoonmonster werd beschreven met behulp van MC-ICP-MS (Nu Plasma, Nu Instruments) gekoppeld aan een excimer 193 nm laser ablatiesysteem (Xia et al., 2011). Deze LA-ICP-MS techniek maakt een quasi-simultane meting van zirkoon U-Pb en Hf isotopen samenstellingen op dezelfde single spot (op 40 urn in diameter).
De in situ loodgeochronologie van LA-ICP-MS met behulp van een dubbel-focusserende sectorveld ICP-SFMS (Finnigan Element) met een Nd-YAG laser bij een golflengte van 213 nm voor drie zirkoonkristallen van verschillende ouderdom (150, 294, en 577 Ma) en dientengevolge verschillende radiogene loodgehaltes van respectievelijk 0,7, 10, en 40 μg g-1, werd beschreven door Tiepolo (2003). Met een 40 μm spotgrootte van de laserbundel was in situ Pb geochronologie met een interne precisie van 1,1% mogelijk (Pb concentratie was ongeveer 40 μg g-1). Een ruimtelijke resolutie van 20 μm kan worden aangenomen voor relatief Pb-rijke zirkonen, ook al is de interne precisie ongeveer 1,5 maal lager dan met een laserspotgrootte van 40 nm (Tiepolo, 2003).
Naast studies van zirkoonsamenstelling (Becker en Dietze, 1986) en ouderdomsdatering (Li et al., 2001) is microlokale analyse de aangewezen methode voor het ontcijferen van het geologisch archief. Bijvoorbeeld, de 206Pb/238U leeftijd van enkele zirkoonkorrels (1 846 ± 0,072 Ma) gemeten door quadrupool-gebaseerde LA-ICP-MS komt overeen met de TIMS waarde (1 884 ± 0,005 Ma). Van een enkele korrel zirkoon, met een diameter van minder dan 100 μm, kan de ouderdom van het mineraal worden bepaald met U-Pb en/of Pb-Pb ouderdomsdateringstechnieken, b.v. met TIMS na chemische scheiding van analyten of direct met LA-ICP-MS als mogelijke isobare interferenties zorgvuldig worden overwogen (Becker et al. 2007b; Wetzel et al., 1983). De U-Pb ouderdommen die in situ zijn gemeten met een gevoelige ionenmicroprobe met hoge massaresolutie (SHRIMP) van verschillende zones in een zirkoonkristal (met een diameter van 200 μm) van een leucocratische gneis uit de Narryer Gneiss Terrane in West-Australië registreert verschillende hoogwaardige thermische gebeurtenissen tussen 3,94 en 4,19 Ma, zoals gevonden door Nelson et al. (2000). Verschillende toepassingen van SHRIMP voor geochronologische studies, vooral voor ouderdomsdateringen van zirkonen (inclusief maanzirkonen), monaziet, apatiet, perovskiet, retiel, en andere mineralen zijn beschreven door verschillende werkgroepen (Cocheri et al, 2005; Compston, 1996; Compston et al., 1983; Ireland and Wlotzka, 1992; Nelson et al., 2000; Zeitler et al., 1989).
SIMS en LA-ICP-MS maken het mogelijk om niet alleen U-rijke mineralen maar ook Th-rijke mineralen in situ te karakteriseren om nauwkeurige U/Th-Pb ouderdommen te verkrijgen. Een belangrijke vereiste voor het verkrijgen van een nauwkeurige leeftijd is de zorgvuldige bepaling van de 207Pb/206Pb en 206Pb/238U verhoudingen. Het potentieel voor U-Pb datering van het mineraal perovskiet met een verhoogd U en Th gehalte, waardoor het een potentieel bruikbare geochronometer wordt, werd bestudeerd door Cox en Wilton (2006). Wegens het ontbreken van een geschikte perovskiet standaard voor ouderdomsdatering, werden zirkoon standaard referentiematerialen gebruikt voor de kalibratie van isotoopverhouding metingen. Cox en Wilton stelden vast dat de gewogen gemiddelde 206Pb/238U-leeftijd van de Oka-carbonatiet, Quebec, Canada, van 131 ± 7 Ma consistent is met gepubliceerde geochronologische gegevens uit de regio. De auteurs stelden dat LA-ICP-MS datering van perovskiet een nuttige analytische techniek zou kunnen zijn. De lage kosten en relatieve snelheid waarmee dit type leeftijdsbepaling kan worden uitgevoerd zouden LA-ICP-MS tot een aantrekkelijk alternatief moeten maken voor ID-TIMS en SHRIMP (Cox en Wilton, 2006).
Ion microprobe U-Pb datering in zirkoon, monaziet, en van een dinosaurustand met 5-15 μm ruimtelijke resolutie met behulp van NanoSIMS werd beschreven door Sano en collega’s (Sano et al, 2006a, 2006b; Takahata et al., 2006).
Rb-Sr methode voor ouderdomsdatering
De Rb-Sr geochronologische methode is gebaseerd op het radioactieve β-verval van 87Rb tot de isobaar 87Sr (de radioactieve 87Rb isotoop bezit een natuurlijke isotoopabundantie van 27,85% en een halveringstijd van 4,88. 1010 jaar). De aangroei van radiogeen 87Sr in een Rb-rijk mineraal en de verandering van de strontiumisotopenverhouding kan worden afgeleid uit de algemene vergelijking van radioactief verval zoals beschreven in (Becker, 2007; De Laeter, 2001)
waarbij
87Sr0 het aantal 87Sr-atomen is dat op t = 0 aanwezig is en
87Sr/86Sr = verhouding van deze strontiumisotopen op het huidige tijdstip t
(87Sr/86Sr)0 = oorspronkelijke verhouding van deze strontiumisotopen op het tijdstip (t = 0) waarop het systeem gesloten werd voor Rb en Sr
(87Rb/86Sr) = verhouding van deze isotopen op het huidige tijdstip t
λ = vervalconstante van 87Rb (1.42 × 10-11 a-1),
t = verstreken tijd sinds het systeem gesloten werd voor Rb en Sr.
Waar de abundantie van 87Sr in rubidiumrijke gesteenten in de loop der tijd verandert door het radioactieve β-verval van 87Rb als functie van de oer-rubidiumconcentratie en de ouderdom van het mineraal, is de abundantie van de stabiele 86Sr-isotoop en bijgevolg de 86Sr/88Sr constant in de natuur. Daarom wordt de constante 86Sr/88Sr-isotopenverhouding vaak gebruikt voor een interne standaardisatie (massabiascorrectie) tijdens strontiumisotopenverhoudingmetingen van 87Sr/88Sr. Bij de rubidium-strontium ouderdomsdateringsmethode zijn de isotopenverhoudingen 87Sr/86Sr en 87Rb/86Sr massaspectrometrisch gemeten (voornamelijk met TIMS of met ICP-MS) en kan de primordiale strontiumverhouding (87Sr/86Sr)0 op t = 0 en de ouderdom t van het gesteente uit de isochron worden afgeleid. De leeftijd van de mineralen zal worden bepaald uit de helling van de isochron (e-λt-1). Rb-Sr leeftijd datering is tegenwoordig een gevestigde geochronologische techniek met behulp van massaspectrometrie (TIMS en ICP-MS na analyt scheiding) voor Rb-dragende gesteenten en mineralen (zoals graniet, biotiet, veldspaat, mica, sedimenten, en anderen).
Double-focusing sector field ICP-MS werd toegepast voor de leeftijd datering van geologische monsters uit Egypte via strontium isotoop ratio metingen na ontsluiting en Rb en Sr scheiding door middel van extractie chromatografie via kroonether. De Rb-Sr ouderdom van geologische monsters van verschillende archeologische vindplaatsen in de oostelijke woestijn van Egypte werd via een Rb/Sr isochron bepaald op 455 ± 34 Ma (Zoriy et al., 2003). Nebel en Mezger rapporteerden over de herbeoordeling van standaard K-veldspaat NBS SRM 607, dat op grote schaal wordt gebruikt als referentiemateriaal voor zeer nauwkeurige metingen van Rb/Sr en Sr isotopenverhoudingen door MC-ICP-MS en TIMS (Nebel en Mezger, 2006). De Rb-Sr-verhoudingen van de standaarden werden verkregen met de isotoopverdunningstechniek. De rubidiummetingen werden uitgevoerd met een MC-ICP-MS (Micromass Isoprobe); de strontiumisotopenverhoudingen werden bepaald met MC-TIMS (Triton, Thermo Fisher Scientific).
Biotiet is meestal een primair magmatisch mineraal van granitoïden en wordt veel gebruikt voor Rb-Sr (maar ook voor K-Ar) ouderdomsdatering. Bij de verwering van biotiet komen anorganische voedingsstoffen vrij die essentieel zijn voor de plantengroei, alsmede Sr-isotopen die nuttig zijn voor het traceren van regionale en mondiale hydrologische cycli (Erel et al., 2004). Tijdens de transformatie tot geoxideerd biotiet werden 87Sr en 40Ar bij voorkeur vrijgemaakt ten opzichte van respectievelijk Rb en K, via diffusie in vaste toestand door het biotietrooster, wat resulteert in een drastische vermindering van de oorspronkelijke isotopische leeftijd. Sr-isotopenverhoudingen tijdens complexe verweringsprocessen werden bijvoorbeeld bestudeerd met MC-TIMS (VG 54-30, uitgerust met 9 bekers van Faraday) (Joeng et al., 2006).
Sm-Nd methoden voor ouderdomsdatering
Samarium en neodymium zijn zeldzame aardelementen (REE’s) waarbij de stabiele 147Nd-isotoop wordt gevormd uit de moederisotoop 147Sm (t1/2 = 1,06 × 1011 a) door alfaverval. Sm-Nd ouderdomsdatering is op grote schaal toegepast in geochemische en geochronologische studies (Faure, 2005; Li et al., 2011). De lange halveringstijd van 147Sm maakt de leeftijdsbepaling van extreem oude geologische monsters mogelijk. Voor deze taak zijn zeer nauwkeurige Nd-isotopische metingen beter dan (0,005%) vereist. Beide zeldzame aardelementen zijn wijdverspreid in mineralen en gesteenten met concentraties in het lage μg g-1 bereik en lager. De oorspronkelijke toepassing van de Sm-Nd methode was gericht op kosmochemisch werk om meteorieten en maanmonsters te karakteriseren. De geochronologische techniek maakt de datering mogelijk van stollingsgesteenten, achondrieten en chondrieten meteorieten tot aan het Precambrium. De isotopische evolutie van Nd in de aarde wordt beschreven door het verval van 147Sm in een “chondritisch uniform reservoir”, de zogenaamde CHUR (Faure, 2005).
Multiple-collector (MC) TIMS en MC-ICP-MS wordt momenteel gebruikt voor de nauwkeurige meting van neodymiumisotopenverhoudingen, met interne en externe precisies van respectievelijk ca. 0,002% en ca. 0,005%. Onlangs hebben Li en medewerkers een MC-TIMS-methode beschreven met het Triton-instrument voor de rechtstreekse bepaling van 143Nd/144Nd-isotopenverhoudingen in de REE-fractie voor geologische monsters zonder scheiding van Sm-Nd (Li et al., 2011). Deze methode was eerder ontwikkeld voor nauwkeurige isotopenanalyse door MC-ICP-MS (Yang et al., 2010).
Lu-Hf methoden voor datering
Het is erkend dat het Lu-Hf isotopensysteem in zirkoon een krachtig instrument is om de korst- en mantelevolutie van de Aarde te ontcijferen (Hakesworth en Kemp, 2006; Harrison et al., 2005; Kinny en Maas, 2003). Zirkoon bevat normaal 0,5-2 wt% Hf, wat resulteert in een extreem lage Lu/Hf-verhouding (176Lu/177Hf <0,002) en dientengevolge een verwaarloosbare radiogene aangroei van 176Hf ten gevolge van β-verval van 176Lu. Daarom kan de 176Hf/177Hf-verhouding van zirkoon worden beschouwd als de beginwaarde toen het kristalliseerde. LA-ICP-MS met behulp van een meervoudige ion collector instrument werd gebruikt om de hafnium isotopische samenstelling van zirkoon en baddeleyite normen in U-Pb geochronologie (Wu et al. bestuderen, 2006).
Re-Os methode voor datering
De Re-Os methode is van bijzonder belang voor het dateren van zeer oude Re-rijke ertsen, mineralen of meteorieten, waar 187Os wordt gevormd door het β-verval van de langlevende 187Re isotoop met een halveringstijd van 4,23 × 1010. In 1937 heeft Nier een isotopenanalyse van osmium uitgevoerd met OsO4 (Nier, 1937). Het eerste bewijs van sterk verrijkt 187O (~99,5%) in molybdeniet werd gevonden door Hintenberger et al. (1954). Sindsdien is 187O gebruikt als een krachtige geochemische tracer die wordt gemeten via de gevoelige en nauwkeurige isotopenanalyse van Os (Meisel et al., 2001; Völkening et al., 1991). Sterk verrijkt 187O (gevormd door radioactief verval van 187Re) kan worden bereid uit Precambriaanse ertsen met een laag oorspronkelijk osmiumgehalte (Boulyga et al., 2002a). Herr et al. (Herr en Merz, 1955; Herr et al, 1961) toonden aan dat de Re-Os methode kan worden gebruikt om ijzermeteorieten en aardse monsters zoals molybdeniet te dateren.
De leeftijd van een mineraal kan worden berekend via de isochron techniek met behulp van
met
187O’s/186O’s = verhouding van deze osmiumisotopen op het huidige tijdstip
(187O’s/186O’s)0 = oorspronkelijke verhouding van deze osmiumisotopen op het moment dat het systeem gesloten werd voor Re en Os (t = 0)
(187Re/186Os) = verhouding van deze isotopen op dit moment
λ = vervalconstante van 187Re (1.5 × 10-11 a-1),
t = verstreken tijd sinds het systeem gesloten werd voor Re en Os.
Een sterk verrijkt natuurlijk 187Os monster met een isotoopabundantie van 99,44% (Becker en Dietze, 1995) (IUPAC tabelwaarde: 1,96% (1999)) werd gekarakteriseerd met ICP-QMS in verschillende Europese laboratoria in vergelijking met SIMS, SNMS, en GDMS met goede overeenkomst. De beste precisie voor een isotopenabundantiemeting van 187Os werd in 1995 verkregen met SIMS met één ionencollector (CAMECA 4f IMS; 187Os = 99,46 ± 0,01%). Boulyga et al. (2002a) onderzochten met 187Os verrijkte natuurlijke Os-monsters die in het lab van de auteur werden gemeten met dubbel-focusserende sector-veld ICP-MS met enkel-ionen- en meervoudige ionencollectorsystemen, en soortgelijk werk werd ook verricht door Halicz in de Geological Survey Israel. De abundantie van 187Os, bijvoorbeeld van 98,93%, verkregen met verschillende instrumentatie bleek goed overeen te stemmen. Deze verrijking van 187Os in beide monsters is het resultaat van het β-verval van 187Re in oude mineralen. De nauwkeurigheid van de metingen van de isotopenverhouding 188O/192O voor het metallisch osmiummonster bedroeg 0,09% bij dubbel-focusserende sector veld ICP-MS met een enkele ionencollector, 0,08% bij quadrupool ICP-MS met een hexapool botsingscel (ICP-CC-QMS) en 0,003% bij gebruik van de MC-ICP-MS van Nu Instruments (Boulyga et al., 2002a). In situ Os isotopenverhouding analyse van iridosmine met een precisie voor microlokale isotopenverhouding meting van 0,05% werd uitgevoerd door Hirata en medewerkers met LA-MC-ICP-MS met behulp van de VG Plasma 54 (Hirata et al., 1998). Pearson et al. (2002) rapporteerden over in situ metingen van Re-Os isotopen in mantel sulfiden door LA-MC-ICP-MS (Nu Instrument) en in molybdeniet in vergelijking met NTIMS door Selby en Creaser (2004).
Het kalium-argon/calcium systeem
De kalium-argon leeftijd dateringstechniek gecreëerd door Aldrich en Nier (1948) is een van de vroegste geochronologische methoden met behulp van gasbron massaspectrometrie om het radiogene 40Ar in kalium-rijke mineralen te bepalen. 40K is een radioactieve nuclide met een halveringstijd van t1/2 = 1,26 × 109 a, waarvan 11,2% vervalt tot 40K door elektronenvangst en 88,8% tot 40Ca. Beide vervalvormen kunnen worden gebruikt voor geochronologisch onderzoek.
Een statische gasbron-massaspectrometer werd gecombineerd met on-line argonextractie (Dalrymple and Lanphere, 1969). Het is duidelijk dat de moederradionuclide 40K minder overvloedig is (0,017%). De abundantie van K in de meeste mineralen is hoog en argon is een zeldzaam edelgas in mineralen. Daarom is de K-Ar geochronometer een zeer nuttige techniek die vandaag wordt gebruikt op K-houdende mineralen en op gesteenten die radiogeen argon kwantitatief vasthouden. K-Ar geochronologie wordt toegepast voor het dateren van biotieten, muskovieten, en hoornblende van plutonisch stollingsmetamorfe gesteenten en veldspaat van vulkanische gesteenten van jongere materialen tot Precambrium ouderdom (Faure, 2005).
Problemen bij K-Ar leeftijd datering ontstaan door Ar verlies van verschillende minerale fasen zoals veldspaat of biotiet, dat hoger is dan in hoornblende wat resulteert in de onjuiste datering van gesteenten (Hart, 1964).
Omdat 40Ca de meest voorkomende natuurlijk voorkomende Ca isotoop is met een isotoop abundantie van 96.93% en Ca een overvloedig element is in de aardkorst, terwijl de moedernuclide 40K (0.017%) een weinig voorkomende kaliumisotoop is, is de verrijking van 40Ca als gevolg van radioactief verval van 40K in geologische monsters zeer gering en is detectie van radiogeen 40Ca in aanwezigheid van “gewoon” Ca derhalve uiterst moeilijk. Bovendien kunnen er fractie-effecten zijn van Ca-isotopen op materialen van de Aarde en andere lichamen in het zonnestelsel (Russell et al., 1978) en fractie-effecten tijdens monstervoorbereiding en massaspectrometrische metingen (instrumentele isotopenfractionering), zodat het K-Ca-systeem minder robuust is en moeilijker te gebruiken voor geochronologie, behalve voor speciale toepassingen. De problemen van het gebruik van de K-Ca geochronometer voor petrogene studies en Archeïsche micas op een vergelijkbare manier als het Rb-Sr systeem met behulp van MC-TIMS is onderzocht door Nelson en McCulloch (1989a) en Fletcher et al. (1997a,b). Het is onwaarschijnlijk dat de K-Ca methode de K-Ar en Rb-Sr technieken voor datering van kristallijne stollingsgesteenten zal vervangen omdat ze moeilijker toe te passen en een vergelijkbare precisie te bereiken is (Faure, 2005).
14C datering
14C met een halfwaardetijd van 5730 a wordt geproduceerd door de interactie van kosmische stralen neutronen via een (n,p) reactie met 14N en is onderhevig aan β- verval om de stabiele 14N isotoop te vormen. 14C is de belangrijkste kosmogene radionuclide voor ouderdomsdatering van koolstofhoudend materiaal. Voor de karakterisering van recentere monsters is koolstofdatering met 14C met behulp van versneller-massaspectrometrie (AMS) de methode bij uitstek om 14C te meten in monsters die afkomstig zijn van fall-out van kernexplosies (bv. in de forensische geneeskunde) (Kutschera, 2005). Met deze techniek kunnen pre- en post-bom 14C-variaties worden bestudeerd in moderne veenprofielen (tot een leeftijd van 400 a) voor de constructie van ouderdiepte-modellen (Goslar et al., 2005). Ouderdomsdatering van moderne monsters is mogelijk door nauwkeurige radiokoolstofmetingen met behulp van AMS dankzij de grote kernbompiek van de atmosferische 14C-concentratie, geïntegreerd over een tijdsinterval met de lengte die specifiek is voor het veenprofiel. In de veenlagen die door de bompiek worden bedekt, kunnen de kalenderleeftijden van individuele veenmonsters bijna met een nauwkeurigheid van 2-3 jaar worden bepaald (Goslar et al., 2005). Radiokoolstofdatering werd bijvoorbeeld toegepast om de leeftijd van de beroemde Iceman ‘Ötzi’ te bepalen door kleine stukjes weefsel en botten te analyseren. 14C/12C-metingen met behulp van AMS toonden aan dat Ötzi tussen 5100 en 5350 jaar geleden leefde (Kutschera 2005). Naast radiokoolstofdatering wordt 14C gebruikt in klimaatstudies, biomedische toepassingen, en vele andere gebieden. (Hellborg en Skog, 2008)