カリウム-アルゴン法

カリウム-アルゴン法（カリウム-アルゴンほう）は、カリウム40(⁴⁰K)の放射性崩壊を利用した放射年代測定法の一種。

概要

1955年に登場^[1]した手法で、マグマに含まれている放射性元素「カリウム40」(⁴⁰K)は、約13億年の半減期で放射性崩壊して約89%が「カルシウム40」(⁴⁰Ca)に約11%が「アルゴン40」(⁴⁰Ar)という別の元素に変わる^[2]。

カリウム40の崩壊

• ${\displaystyle {\ce {{}^{40}K{}+{\mathit {e}}^{-}->{}^{40}Ar\ +\gamma }}}$${\displaystyle {\rm {(1,505MeV)}}}$ , ${\displaystyle {\rm {\lambda \varepsilon =0,581\cdot 10_{-10}an_{-1}}}}$

• ${\displaystyle {\ce {{}^{40}{K}-> {}^{40}Ca\ + \beta^-}}}$ ${\displaystyle {\rm {\mbox{(1,311 MeV)}}}}$ , ${\displaystyle {\rm {\lambda \varepsilon =4,962.10_{-10}an_{-1}}}}$

こうした変化はマグマの中で常に起きているが、ガスである「アルゴン40」はマグマから抜け出してしまう。しかし火山の噴火などによって地表に出たマグマは冷えて固まる。そうすると「アルゴン40」は岩石の中に閉じ込められ、時間とともにその量を増していく。放射壊変による「カリウム40」の減少のしかた（あるいは「アルゴン40」の増加のしかた）は方程式であらわされている。

• 方程式

${\displaystyle t={\frac {t_{\frac {1}{2}}}{\ln(2)}}\ln \left({\frac {K_{f}+{\frac {Ar_{f}}{0.109}}}{K_{f}}}\right)}$

この方程式を積分することによって、マグマが結晶化した時点から現在までの時間にどれだけ「アルゴン40」が増えたかが予測される。これと観測された「アルゴン40」の量とを比べれば、マグマが固化してから現在までの経過時間がわかる。

誤差

大気中アルゴンの混入^[3]や試料の変質により、実年代と見かけ上の年代に誤差が生じる。例えば試料が長石類の場合、炭酸塩化、絹雲母化、粘土化などの弱い熱水変質を受けるとカリウムが減少し、実際の年代より古い年代が導き出されることがある^[4]。

この欠点を持つカリウム-アルゴン法に代わり、アルゴン - アルゴン法が開発された^[2]。

参考文献

• 『ゼロと無限の科学』(ニュートンムック)ニュートンプレス 2006年2月 ISBN 4315517690