4 Geocronologie
Geocronologia este știința pentru datarea vârstei rocilor, mineralelor, pietrelor, fosilelor și sedimentelor, cu aplicații largi în științele pământului, inclusiv măsurători ale raportului izotopic folosind tehnici spectrometrice de masă exacte și precise (Becker, 2007; De Laeter, 2001; Platzner, 1997). Metodele fizice de geocronologie se bazează pe dezintegrarea radioactivă a izotopilor instabili (părinți) în izotopi stabili (fiice), cum ar fi 87Rb în 87Sr, 238U în 206Pb; 232Th în 208Pb; 235U în 207Pb; 147Sm în 143Nd; 187Re în 187Os; 176Lu în 176Hf sau 40K în 40Ar. Există un număr mare de lucrări privind științele geologice, inclusiv determinarea elementelor, analiza izotopilor (Böhlke et al., 2005; De Laeter, 2001; Faure, 2005; Jackson et al, 2004; Nelson și McCulloch, 1989; Platzner, 1997; Tiepolo, 2003), și datarea vârstei prin spectrometrie de masă anorganică; prin urmare, vor fi discutate doar câteva lucrări relevante pentru a caracteriza stadiul actual al tehnologiei.
Metodele U-Pb, Th-Pb și Pb-Pb pentru datarea vârstei
Datarea vârstei prin metodele U, Th și Pb se bazează pe dezintegrarea radioactivă a 238U, 235U, și 232Th (în calitate de izotopi părinți ai unui lanț de fiice radioactive care se termină cu izotopi stabili ai plumbului radiogenic) și 206Pb, 207Pb și, respectiv, 208Pb, prin intermediul liniilor bine cunoscute de dezintegrare a uraniului și toriului. Aceste tehnici de datare sunt cele mai cunoscute, versatile și valoroase tehnici geocronologice. De exemplu, dezintegrarea 238U cu un timp de înjumătățire de t1/2 ~ 4,5 × 109 a dă naștere seriei de uraniu (linia de dezintegrare uraniu-radiu) prin intermediul a opt dezintegrări α (4He) și șase dezintegrări β-, care includ 234U ca izotop fiică intermediar și se termină în 206Pb stabil. Caracteristicile nucleosintetice ale U și Pb, împreună cu interconectivitatea dintre aceste elemente prin două lanțuri de dezintegrare radioactivă, reprezintă fundamentul pe care sistemul U/Pb a fost capabil să aducă o contribuție unică la știința izotopilor (De Laeter, 2011):
unde Q reprezintă suma energiilor de dezintegrare (Q = 47,4 MeV/atom) (Faure, 1986).
Dezintegrarea nuclidului radioactiv 238U în izotopul stabil 206Pb într-un sistem închis este descrisă de următoarea ecuație:
cu 206Pb/204Pb = raportul dintre izotopii de plumb la momentul actual t; (206Pb/204Pb)0 = raportul izotopilor inițiali încorporați în sistem în momentul formării sale cu t ani în urmă, adică.adică (t = 0); (238U/204Pb) = raportul dintre izotopul mamă 238U și izotopul fiică 204Pb la momentul actual t
λ = constanta de dezintegrare a 238U (1.55 × 10-10 a-1),
t = timpul scurs de când sistemul a devenit închis pentru U și Pb.
Ecuații similare descriu dezintegrarea 235U în 207Pb radiogenic și a 232Th în 208Pb.
Dezintegrarea 235U (t1/2 ~ 0,72-109 a) dă naștere la seria actiniului, care se termină în izotopul stabil 207Pb după emiterea a șapte dezintegrări α și patru dezintegrări β-:
cu Q = 45,2 MeV/atom.
Descoperirea fisiunii nucleare a 235U a dus la dezvoltarea reactoarelor nucleare și la investigarea izotopică a reactoarelor naturale Oklo. Spectrometrul de masă este Piatra Rosetta modernă a științei izotopice, care a permis descifrarea hieroglifelor izotopice ale sistemului U/Pb pentru a dezvălui noi orizonturi în înțelegerea noastră a naturii (De Laeter, 2011).
Dezintegrarea 232Th (t1/2 ~ 1.41 × 1010 a) prin intermediul liniei de dezintegrare a thoriului are ca rezultat emisia a șase particule alfa și patru particule beta, conducând la formarea celui mai stabil și mai abundent izotop al plumbului 208Pb:
cu Q = 39.8 MeV/atom.
Care lanț de dezintegrare a 238U, 235U și 232Th conduce întotdeauna la formarea unui anumit izotop stabil al plumbului cu o masă diferită, și anume 206Pb, 207Pb și, respectiv, 208Pb. Aceste dezintegrări dau trei geocronometre independente diferite. Nu numai că vârstele 207Pb/235U, 206Pb/238U și 208Pb/232Th rezultate au fost determinate pe minerale vechi bogate în uraniu și în toriu, dar poate fi determinată și vârsta 207Pb/206Pb, deoarece acest raport izotopic se modifică sistematic în timp datorită ratelor diferite de dezintegrare a celor doi izotopi părinți ai uraniului. Lucrările de pionierat privind datarea vârstei 207Pb/206Pb au fost realizate de Nier et al. (1941). Autorii au determinat vârsta 207Pb/206Pb ca fiind de 2,57 ± 0,07 109 din probe bogate în monazit (din districtul Huron din Canada). S-a constatat că vârsta 207Pb/206Pb era mai fiabilă decât alte vârste, deoarece sistemul 207Pb/206Pb este mai puțin afectat de pierderea recentă de Pb radiogenic. Vârsta Pb-Pb a unei roci este apoi estimată din izocronul construit în diagrama compoziției izotopice 207Pb/204 Pb vs. 206Pb/204Pb pentru diferite minerale de aceeași vârstă.
TIMS a fost utilizat timp de multe decenii ca tehnică analitică standard pentru majoritatea scopurilor geocronologice. În prezent, pe lângă TIMS, și SIMS și LA-ICP-MS au fost utilizate din ce în ce mai mult, de exemplu, pentru investigații geocronologice in situ pe cristale foarte vechi de zirconiu și monazit, deoarece ambele minerale sunt bogate în uraniu (Hirata și Nesbitt, 1995). Imagistica izotopilor radiogeni și a elementelor prin SIMS sau LA-ICP-MS și, în special, prin catodoluminescență, respectiv, pe zirconii șlefuiți permite caracterizarea zonelor de creștere și, prin urmare, ghidarea analizelor ulterioare in situ (inclusiv geocronologia zirconilor în intervalul 20-30 μm). Jeffries et al. (2006) au colectat zirconi din Tephra (fragmente de roci vulcanice) din două localități geografice separate, dar din același orizont stratigrafic. Rapoartele izotopice 207Pb/206Pb au fost reprezentate în diagrama de concordanță Tera-Wasserburg cu raportul izotopic 238U/206Pb din două probe geologice măsurate prin LA-ICP-MS, ceea ce a dus la vârste U-Pb de 14,35 ± 0,27 Ma și 14,15 ± 0,14 Ma (Ma – milioane de ani) (Jeffries et al., 2006). În general, zirconul nu încorporează Pb comun excesiv în rețeaua sa în timpul cristalizării. Prin urmare, multe laboratoare nu efectuează o corecție a Pb comun la datele lor U-Pb din cauza problemelor legate de interferențele izobare (de exemplu, a izotopului stabil 204Pb cu izotopul 204Hg). Jeffries et al. (2006) au redus această sursă de contaminare prin încorporarea unei capcane de aur în linia de gaz purtător și au absorbit urmele de Hg din gazul purtător. Se poate demonstra că vârsta 238U/206Pb determinată prin această abordare în LA-ICP-MS este precisă.
O nouă metodă analitică pentru determinarea vârstelor U-Pb și a compozițiilor izotopice Hf pe standarde de referință de zirconiu (de ex, CZ3 este un singur grăunte de zircon cu calitate de piatră prețioasă din Sri Lanka) și o probă naturală de zircon a fost descrisă folosind MC-ICP-MS (Nu Plasma, Nu Instruments) cuplat cu un sistem de ablație cu laser excimer de 193 nm (Xia et al., 2011). Această tehnică LA-ICP-MS permite o măsurare cvasi-simultană a compozițiilor izotopice U-Pb și Hf ale zirconului pe același spot unic (la 40 μm în diametru).
Geocronologia in situ a plumbului prin LA-ICP-MS folosind un ICP-SFMS cu câmp de sector cu dublă focalizare (Finnigan Element) cu un laser Nd-YAG la o lungime de undă de 213 nm pentru trei cristale de zirconiu de vârste diferite (150, 294 și 577 Ma) și, în consecință, conținuturi diferite de plumb radiogenic de 0,7, 10 și, respectiv, 40 μg g-1, a fost descrisă de Tiepolo (2003). Cu o dimensiune a spotului de 40 μm a fasciculului laser, a fost posibilă geocronologia in situ a Pb cu o precizie internă de 1,1% (concentrația de Pb a fost de aproximativ 40 μg g-1). O rezoluție spațială de 20 μm poate fi adoptată pentru zirconii relativ bogați în Pb, chiar dacă precizia internă este de aproximativ 1,5 ori mai mică decât cu o dimensiune a spotului laser de 40 nm (Tiepolo, 2003).
În afară de studiile de compoziție a zirconilor (Becker și Dietze, 1986) și datarea prin vârstă (Li et al., 2001), analiza microlocală este metoda preferată pentru descifrarea înregistrărilor geologice. De exemplu, vârsta 206Pb/238U a unor singure boabe de zircon (1 846 ± 0,072 Ma) măsurată prin LA-ICP-MS pe bază de cuadrupol este în concordanță cu valoarea TIMS (1 884 ± 0,005 Ma). Pe un singur grăunte de zirconiu, cu un diametru mai mic de 100 μm, vârsta mineralului poate fi determinată prin tehnici de datare a vârstei U-Pb și/sau Pb-Pb, de exemplu, folosind TIMS după separarea chimică a analiților sau direct prin LA-ICP-MS, dacă posibilele interferențe izobare sunt luate în considerare cu atenție (Becker et al. 2007b; Wetzel et al., 1983). Vârstele U-Pb măsurate in situ cu o microsondă ionică sensibilă cu rezoluție mare de masă (SHRIMP) a mai multor zone dintr-un cristal de zirconiu (cu un diametru de 200 μm) dintr-un gneiss leucocratic din Terranele Narryer Gneiss din Australia de Vest înregistrează mai multe evenimente termice de grad înalt între 3,94 și 4,19 Ma, așa cum au constatat Nelson et al. (2000). Mai multe aplicații ale SHRIMP pentru studii geocronologice, în special pentru datarea vârstei pe zirconi (inclusiv zirconi lunari), monazit, apatit, perovskit, retil și alte minerale sunt descrise de diferite grupuri de lucru (Cocheri et al., 2005; Compston, 1996; Compston et al., 1983; Ireland și Wlotzka, 1992; Nelson et al., 2000; Zeitler et al., 1989).
SIMS și LA-ICP-MS fac posibilă caracterizarea in situ nu numai a mineralelor bogate în U, ci și a mineralelor bogate în Th pentru a obține vârste precise U/Th-Pb. O cerință importantă pentru producerea unei vârste exacte este determinarea atentă a rapoartelor 207Pb/206Pb și 206Pb/238U. Potențialul de datare U-Pb a mineralului perovskit cu un conținut ridicat de U și Th, ceea ce îl face un geocronometru potențial util, a fost studiat de Cox și Wilton (2006). Din cauza lipsei unui standard de perovskit adecvat pentru datarea vârstei, au fost utilizate materiale de referință standard de zirconiu pentru calibrarea măsurătorilor raportului izotopic. Cox și Wilton au constatat că vârsta medie ponderată 206Pb/238U din carbonatita Oka, Quebec, Canada, de 131 ± 7 Ma, este în concordanță cu datele geocronologice publicate din regiune. Autorii au sugerat că datarea LA-ICP-MS a perovskitei ar putea fi o tehnică analitică utilă. Costul redus și viteza relativă cu care se poate efectua acest tip de determinare a vârstei ar trebui să facă din LA-ICP-MS o alternativă atractivă la ID-TIMS și SHRIMP (Cox și Wilton, 2006).
Datarea U-Pb cu microsonda de ioni în zircon, monazit și a unui dinte de dinozaur cu o rezoluție spațială de 5-15 μm folosind NanoSIMS a fost descrisă de Sano și colaboratorii (Sano et al., 2006a, 2006b; Takahata et al., 2006).
Metoda Rb-Sr pentru datarea în funcție de vârstă
Metoda geocronologică Rb-Sr se bazează pe β-decadența radioactivă a 87Rb în izobara 87Sr (izotopul radioactiv 87Rb posedă o abundență izotopică naturală de 27,85% și un timp de înjumătățire de 4,88. 1010 ani). Creșterea cantității de 87Sr radiogen într-un mineral bogat în Rb și modificarea raportului izotopic al stronțiului pot fi derivate din ecuația generală a dezintegrării radioactive, așa cum este descrisă în (Becker, 2007; De Laeter, 2001)
cu
87Sr0 este numărul de atomi de 87Sr prezenți la t = 0 și
87Sr/86Sr = raportul dintre acești izotopi de stronțiu la momentul actual t
.
(87Sr/86Sr)0 = raportul inițial al acestor izotopi de stronțiu la momentul (t = 0) când sistemul a devenit închis la Rb și Sr
(87Rb/86Sr) = raportul acestor izotopi la momentul actual t
λ = constanta de dezintegrare a 87Rb (1.42 × 10-11 a-1),
t = timpul scurs de când sistemul a devenit închis la Rb și Sr.
În timp ce abundența de 87Sr în rocile bogate în rubidiu se modifică în timp datorită dezintegrării radioactive β a 87Rb în funcție de concentrația primordială de rubidiu și de vârsta mineralului, abundența izotopului stabil 86Sr și, în consecință, raportul 86Sr/88Sr este constant în natură. Prin urmare, raportul izotopic constant 86Sr/88Sr este adesea utilizat pentru o standardizare internă (corecție a deviației de masă) în timpul măsurătorilor raportului izotopic de stronțiu al 87Sr/88Sr. În metoda de datare a vârstei rubidiu-stronțiu, raporturile izotopice 87Sr/86Sr și 87Rb/86Sr au fost măsurate prin spectrometrie de masă (în principal prin TIMS sau prin ICP-MS), iar raportul primordial de stronțiu (87Sr/86Sr)0 la t = 0 și vârsta t a rocii pot fi derivate din izocron . Vârsta mineralelor va fi determinată din panta izocronului (e-λt-1). Datarea vârstei Rb-Sr este astăzi o tehnică geocronologică consacrată care utilizează spectrometria de masă (TIMS și ICP-MS după separarea analiților) pentru rocile și mineralele purtătoare de Rb (cum ar fi granitul, biotitul, feldspatul, mica, sedimentele și altele).
A fost aplicat ICP-MS cu câmp sectorial cu dublă focalizare pentru datarea vârstei probelor geologice din Egipt prin măsurători ale raportului izotopilor de stronțiu după digestie și separarea Rb și Sr prin cromatografie de extracție prin eter de coroană. Vârsta Rb-Sr a probelor geologice din diferite situri arheologice din deșertul estic al Egiptului a fost determinată prin intermediul unui izocron Rb/Sr ca fiind de 455 ± 34 Ma (Zoriy et al., 2003). Nebel și Mezger au raportat reevaluarea standardului K-feldspat NBS SRM 607, care este utilizat pe scară largă ca material de referință pentru măsurătorile de mare precizie ale raportului izotopic Rb/Sr și Sr prin MC-ICP-MS și TIMS (Nebel și Mezger, 2006). Rapoartele Rb-Sr ale standardelor au fost obținute prin tehnica diluției izotopice. Măsurătorile de rubidiu au fost efectuate pe un MC-ICP-MS (Micromass Isoprobe); raporturile izotopice de stronțiu au fost determinate cu MC-TIMS (Triton, Thermo Fisher Scientific).
Biotita este, de obicei, un mineral magmatic primar al granitoizilor și este utilizată pe scară largă pentru datarea vârstei Rb-Sr (dar și pentru K-Ar). Alterarea biotitei eliberează nutrienți anorganici esențiali pentru creșterea plantelor și izotopi de Sr utili în urmărirea ciclurilor hidrologice regionale și globale (Erel et al., 2004). În timpul transformării biotitei oxidate, 87Sr și 40Ar au fost eliberați în mod preferențial în raport cu Rb și, respectiv, K, prin difuzie în stare solidă prin rețeaua de biotit, ceea ce a dus la o reducere drastică a vârstei izotopice originale. Rapoartele izotopice de Sr în timpul proceselor complexe de meteorizare au fost studiate, de exemplu, prin MC-TIMS (VG 54-30, echipat cu 9 cupe Faraday) (Joeng et al., 2006).
Metode Sm-Nd pentru datarea vârstei
Samariul și neodimul sunt elemente de pământuri rare (ETR) în care izotopul stabil 147Nd se formează din izotopul mamă 147Sm (t1/2 = 1,06 × 1011 a) prin dezintegrare alfa. Datarea prin vârstă Sm-Nd a fost aplicată pe scară largă în studiile geochimice și geocronologice (Faure, 2005; Li et al., 2011). Timpul de înjumătățire lung al 147Sm permite datarea prin vârstă a probelor geologice extrem de vechi. Pentru această sarcină este necesară o măsurare izotopică Nd de înaltă precizie mai bună de (0,005%). Ambele elemente de pământuri rare sunt distribuite pe scară largă în minerale și roci, cu concentrații în intervalul mic de μg g-1 și mai mici. Aplicarea inițială a metodei Sm-Nd s-a axat pe lucrări cosmochimice de caracterizare a meteoriților și a probelor lunare. Tehnica geocronologică permite datarea rocilor igoase, a acondritelor și a chondritelor meteorice până la vârsta precambriană. Evoluția izotopică a Nd în Pământ este descrisă de dezintegrarea 147Sm într-un „rezervor uniform condritic”, așa-numitul CHUR (Faure, 2005).
Multiple-collector (MC) TIMS și MC-ICP-MS este utilizat în prezent pentru măsurarea precisă a rapoartelor izotopice ale neodimului, cu precizii interne și externe de aproximativ 0,002% și, respectiv, aproximativ 0,005%. Recent, Li și colaboratorii au descris o metodă MC-TIMS cu instrumentul Triton pentru determinarea directă a rapoartelor izotopice 143Nd/144Nd în fracția REE pentru eșantioane geologice fără separarea Sm-Nd (Li et al., 2011). Această metodă fusese dezvoltată anterior pentru o analiză izotopică precisă prin MC-ICP-MS (Yang et al., 2010).
Metode Lu-Hf pentru datare
A fost recunoscut faptul că sistemul izotopic Lu-Hf din zircon este un instrument puternic pentru a descifra evoluția crustei și a mantalei Pământului (Hakesworth și Kemp, 2006; Harrison et al., 2005; Kinny și Maas, 2003). Zirconul conține în mod normal 0,5-2% în greutate Hf, ceea ce duce la un raport Lu/Hf extrem de scăzut (176Lu/177Hf <0,002) și, în consecință, la o creștere radiogenică neglijabilă a 176Hf datorată dezintegrării β- a 176Lu. Prin urmare, raportul 176Hf/177Hf al zirconului poate fi considerat ca fiind valoarea inițială în momentul cristalizării acestuia. LA-ICP-MS aplicând un instrument cu colector multiplu de ioni a fost utilizat pentru a studia compoziția izotopică a hafniului din standardele de zircon și baddeleyit în geocronologia U-Pb (Wu et al., 2006).
Metoda Re-Os pentru datare
Metoda Re-Os prezintă un interes deosebit pentru datarea minereurilor, mineralelor sau meteoriților foarte vechi bogate în Re, în care 187Os se formează prin dezintegrarea β- a izotopului 187Re de lungă durată de viață, cu un timp de înjumătățire de 4,23 × 1010. În 1937, Nier a efectuat o analiză izotopică a osmiului folosind OsO4 (Nier, 1937). Prima dovadă a existenței unui 187Os puternic îmbogățit (~99,5%) în molibdenit a fost găsită de Hintenberger et al. (1954). De atunci, 187Os a fost folosit ca un puternic trasor geochimic măsurat prin analiza izotopică sensibilă și precisă a Os (Meisel et al., 2001; Völkening et al., 1991). 187Os foarte îmbogățit (format ca urmare a dezintegrării radioactive a 187Re) poate fi preparat din minereuri bogate în Re din Precambrian cu un conținut inițial scăzut de osmiu (Boulyga et al., 2002a). Herr și colab. (Herr și Merz, 1955; Herr și colab, 1961) au demonstrat că metoda Re-Os poate fi utilizată pentru datarea meteoriților de fier și a probelor terestre, cum ar fi molibdenitul.
Vârsta unui mineral poate fi calculată prin tehnica izocronă utilizând
cu
187Os/186Os = raportul dintre acești izotopi de osmiu la momentul actual
(187Os/186Os)0 = raportul inițial al acestor izotopi de osmiu în momentul în care sistemul a devenit închis la Re și Os (t = 0)
(187Re/186Os) = raportul dintre acești izotopi în prezent
λ = constanta de dezintegrare a 187Re (1.5 × 10-11 a-1),
t = timpul scurs de când sistemul a devenit închis pentru Re și Os.
Un eșantion natural de 187Os foarte îmbogățit cu o abundență izotopică de 99,44% (Becker și Dietze, 1995) (valoarea tabelară IUPAC: 1,96% (1999)) a fost caracterizat prin ICP-QMS în mai multe laboratoare europene, în comparație cu SIMS, SNMS și GDMS, cu o bună concordanță. Cea mai bună precizie pentru o măsurare a abundenței izotopice a 187Os a fost obținută în 1995 prin SIMS cu un singur colector de ioni (CAMECA 4f IMS; 187Os = 99,46 ± 0,01%). Boulyga et al. (2002a) au investigat eșantioane naturale de Os îmbogățite cu 187Os măsurate prin ICP-MS cu câmp de focalizare dublă în sector cu sisteme de colectoare de ioni unici și colectoare de ioni multipli în laboratorul autorului, iar o lucrare similară a fost realizată și de Halicz în cadrul Geological Survey Israel. S-a constatat că abundența de 187Os, de exemplu, de 98,93%, obținută cu diferite instrumente, este în bună concordanță. Această îmbogățire a 187Os în ambele probe este rezultatul dezintegrării β a 187Re în minerale vechi. Precizia măsurătorilor raportului izotopic 188Os/192Os pe proba de osmiu metalic a fost de 0,09% pentru ICP-MS cu câmp de sector cu dublă focalizare cu un singur colector de ioni, de 0,08% pentru ICP-MS cvadripolar cu o celulă de coliziune hexapolară (ICP-CC-QMS) și de 0,003% utilizând MC-ICP-MS de la Nu Instruments (Boulyga et al., 2002a). Analiza in situ a raportului izotopic Os al iridosminelor cu o precizie pentru măsurarea raportului izotopic microlocal de 0,05% a fost realizată de Hirata și colaboratorii cu LA-MC-ICP-MS utilizând VG Plasma 54 (Hirata et al., 1998). Pearson et al. (2002) au raportat măsurătorile in situ ale izotopilor Re-Os în sulfurile mantalei prin LA-MC-ICP-MS (Nu Instrument) și în molibdenit în comparație cu NTIMS de către Selby și Creaser (2004).
Sistemul potasiu-argon/calciu
Tehnica de datare a vârstei potasiu-argon creată de Aldrich și Nier (1948) este una dintre cele mai timpurii metode geocronologice care utilizează spectrometria de masă cu sursă de gaz pentru a determina 40Ar radiogenic în minerale bogate în potasiu. 40K este un nuclid radioactiv cu un timp de înjumătățire de t1/2 = 1,26 × 109 a, din care 11,2% se dezintegrează în 40K prin captare de electroni și 88,8% în 40Ca. Ambele dezintegrări pot fi utilizate pentru studii geocronologice.
Un spectrometru de masă cu sursă statică de gaz a fost combinat cu extracția on-line cu argon (Dalrymple și Lanphere, 1969). Evident, radionuclidul mamă 40K este mai puțin abundent (0,017%). Abundența de K în majoritatea mineralelor este mare, iar argonul este un gaz nobil rar în minerale. Prin urmare, geocronometrul K-Ar este o tehnică foarte utilă utilizată astăzi pe minerale care conțin K și pe roci care rețin cantitativ argonul radiogenic. Geocronologia K-Ar este aplicată pentru datarea biotitelor, muscoviților și a hornblendei din rocile metamorfice igneo plutonice și a feldspatului din rocile vulcanice din materiale mai tinere, până la vârsta precambriană (Faure, 2005).
Dificultățile în datarea prin vârstă K-Ar apar din cauza pierderii de Ar din diferite faze minerale, cum ar fi feldspatul sau biotitul, care este mai mare decât în hornblenda, ceea ce duce la datarea incorectă a rocilor (Hart, 1964).
Pentru că 40Ca este cel mai abundent izotop natural al Ca, cu o abundență izotopică de 96,93%, iar Ca este un element abundent în scoarța terestră, în timp ce nuclidul mamă 40K (0.017%) este un izotop puțin abundent al potasiului, îmbogățirea 40Ca datorată dezintegrării radioactive a 40K în probele geologice este foarte mică și, prin urmare, detectarea 40Ca radiogenic în prezența Ca „comun” este extrem de dificilă. În plus, pot exista efecte de fracționare a izotopilor de Ca pe materialele provenite de pe Pământ și de la alte corpuri din sistemul solar (Russell et al., 1978) și efecte de fracționare în timpul pregătirii probelor și al măsurătorilor spectrometrice de masă (fracționare izotopică instrumentală), astfel încât sistemul K-Ca este mai puțin robust și mai dificil de utilizat pentru geocronologie, cu excepția unor aplicații speciale. Problemele legate de utilizarea geocronometrului K-Ca pentru studii petrogenice și micele arhaice într-un mod similar cu sistemul Rb-Sr folosind MC-TIMS au fost examinate de Nelson și McCulloch (1989a) și Fletcher et al. (1997a,b). Este puțin probabil ca metoda K-Ca să înlocuiască tehnicile K-Ar și Rb-Sr pentru datarea rocilor ionice cristaline, deoarece este mai dificil de aplicat și de obținut o precizie comparabilă (Faure, 2005).
14C datare
14C cu un timp de înjumătățire de 5730 a este produs prin interacțiunea neutronilor razelor cosmice printr-o reacție (n,p) cu 14N și este supus dezintegrării β- pentru a forma izotopul stabil 14N. 14C este cel mai important radionuclid cosmogenic pentru datarea vârstei materialului carbonat. Pentru a caracteriza eșantioane mai recente, datarea cu radiocarbon prin 14C cu ajutorul spectrometriei de masă cu accelerator (AMS) este metoda de alegere pentru măsurarea 14C în eșantioanele produse de precipitațiile produse de exploziile nucleare (de exemplu, în medicina legală) (Kutschera, 2005). Această tehnică permite studierea variațiilor de 14C de dinainte și de după bombardament în profilurile moderne de turbă (până la o vârstă de 400 a) pentru construirea unor modele de vârstă-profunditate (Goslar et al., 2005). Datarea pe vârste a probelor moderne este posibilă prin măsurători precise de radiocarbon cu ajutorul AMS, datorită vârfului mare al concentrației atmosferice de 14C din bomba nucleară, integrat pe un anumit interval de timp cu lungimea specifică secțiunii de turbă. În straturile de turbă acoperite de vârful bombei, vârstele calendaristice ale probelor individuale de turbă pot fi determinate aproape cu o precizie de 2-3 ani (Goslar et al., 2005). Datarea cu radiocarbon a fost utilizată pentru a determina, de exemplu, vârsta celebrului om al ghețurilor „Ötzi”, analizând mici bucăți de țesut și oase. Măsurătorile 14C/12C cu ajutorul AMS au arătat că Ötzi a trăit între 5100 și 5350 de ani în urmă (Kutschera, 2005). Pe lângă datarea cu radiocarbon, 14C este utilizat în studiile climatice, în aplicațiile biomedicale și în multe alte domenii. (Hellborg și Skog, 2008)
.