칼륨 - 아르곤 連帶 測定 (Potassium-Argon dating, K-Ar dating)은 칼륨-40 이 아르곤-40 으로 崩壞하는 것을 利用한 放射能 連帶 測定 이다. 이 方法은 1950年代 開發된 ^[1] 가장 오래된 地質學的 連帶 測定 方法 中 하나로 몇 가지 短點에도 不拘하고 分析 技術의 發達로 現在도 巖石의 年代 測定에 利用되고 있다. 連帶가 젊은 火山巖 이나 單層 粘土의 境遇 칼륨-아르곤 連帶 測定은 가장 쉬운 連帶 測定法으로 알려져 있다. ^[2]

槪要 [ 編輯 ]

칼륨-40 이 아르곤-40 으로 崩壞하는 것은 늘 일어나는 現象이지만, 巖石이 鎔融되면 氣體인 아르곤-40은 마그마 를 벗어나게 된다. 그러다 巖石이나 鑛物이 식어 固體가 되면 아르곤은 더 以上 放出되지 않고 鑛物의 結晶格子 속에 갇히게 된다. 火山의 分化 等으로 인해 地表面에서 마그마 가 식어 固體가 된 때부터 아르곤-40이 다시 累積되는데, 이 孃을 칼륨-40의 量과 比較함으로써 마그마가 凝固된 때로부터 現在까지 經過된 時間을 推定할 수 있다. ^[3]

⁴⁰ K ( 半減期 12億年) → ⁴⁰ Ar (安定)

原理 [ 編輯 ]

  칼륨 同位 元素 文書를 參考하십시오.

칼륨 의 放射線 同位元素 칼륨-40 은 全體 칼륨 의 羊 中 約 0.012%를 차지한다. ^[4] 칼륨-40 의 89.52%는 베타 崩壞 를 통해 칼슘-40 이 되고 나머지 10.48%만이 電子 捕獲 과 陽電子 放出(β ⁺ 또는 量의 베타 崩壞 )을 통해 아르곤-40 이 된다. ^[5] 陽電子 放出에 依한 羊의 베타 崩壞 는 全體 放射線 崩壞의 0.001% 未滿이므로 이를 無視하고 電子 捕獲 에 依한 崩壞 常數를 칼륨-40이 칼슘-40으로 崩壞될 때의 崩壞 常數( ${\displaystyle {\lambda }_{ec}}$)로 看做할 수 있고 그 값은 0.581×10 ^-10 yr ^-1 이며 半減期 는 約 11億 年이다. ^[6]

칼륨-40 中에서 아르곤-40으로 崩壞되는 量은 [ ${\displaystyle {\lambda }_{ec}/{\lambda }_{total}({\lambda }_{total}={\lambda }_{ec}+{\lambda }_{\beta })}$, 全體(베타 崩壞+電子 捕獲)에 對한 電子 捕獲에 依한 崩壞 常數의 比率] 로 나타낼 수 있으며 이를 放射線 崩壞의 一般 式에 代入하면 다음과 같다.

${\displaystyle 40Ar_{total}=40Ar_{i}+({\lambda }_{ec}/{\lambda }_{total}40K\cdot (e^{{\lambda }totalT})-1)}$

巖石의 生成 時에 아르곤 이 完全히 빠져나갔다면(Outgasing), 위 式에서 아르곤 의 初期값은 없어지고( ${\displaystyle 40Ar_{i}=0}$) 式은 아래와 같이 簡單해진다.

${\displaystyle 40Ar_{total}=({\lambda }_{ec}/{\lambda }_{total})40K\cdot (e^{{\lambda }totalT}-1)}$

이 式을 連帶 T에 對해 整理하면 K-Ar 連帶 測定食餌 만들어진다.

${\displaystyle T={\frac {1}{{\lambda }_{total}}}\cdot \ln({\frac {40Ar^{*}}{40K}}\cdot {\frac {{\lambda }_{total}}{{\lambda }_{ec}}}+1)}$

${\displaystyle 40Ar^{*}}$는 칼륨-40의 放射線 崩壞에 依해 만들어지는 아르곤 을 의미한다. 이 式을 適用해 巖石이나 鑛物의 K-Ar 年代를 計算할 때 試料가 아르곤과 칼륨에 對해 閉鎖系를 이루어야 하며 閉鎖溫度 以下의 溫度에서 同位元素의 組成이 일정하다는 假定을 前提로 한다. 또한 大氣 祈願의 아르곤-40에 對한 適切한 補正이 必要하고 아르곤-40과 칼륨에 對한 正確한 濃度를 測定하여야 한다. ^[2]

短點 [ 編輯 ]

칼륨-아르곤 連帶 測定의 短點으로는 2가지가 있다. 첫째로, 損失 및 過剩 아르곤 (excess argon)에 對한 情報를 얻을 수 없다. 鑛物 試料가 風化되었거나 再加熱될 境遇 아르곤의 損失이 發生할 수 있다. 또한 外部의 決定들이 混入되는 再決定이 發生할 수도 있다. ^[3] 特히 아르곤 을 過剩 含有하여 元來의 年齡보다 더 오래된 年齡이 算出될 可能性이 存在한다. ^{[7] [8] [9] [10]} 둘째, 칼륨 및 아르곤 의 分離 測定에 따른 試料의 不均質性 問題가 있다. ^[11] 이 가운데 첫番째 아르곤 의 過剩 問題는 國內에서 玉童 單層 에 依해 잘린 萇山 硅巖層 의 K-Ar 連帶를 測定할 때 發生한 적 있다.

Argon contained in such inclusions may be considered a possible source of error in dating very young or low potassium minerals by the K-Ar method

? Excess Radiogenic Argon in Fluid Inclusions (1965) ^[7]

玉童 單層 과 萇山層 의 K-Ar 年齡 關聯 問題 [ 編輯 ]

 이 部分의 本文은 萇山層 § 萇山 硅巖層의 堆積時期에 對한 論難 입니다.

朝鮮 累層軍 萇山 硅巖層 또는 萇山層은 그 地質時代 에 論難이 있는 地層이다. 萇山層 은 一般的으로 캄브리아기 로 認定되고 있으나 윤현수(1983)는 寧越郡 玉童 地域에서 玉童 單層 에 發達한 絹雲母 石英 片巖 試料로부터 235±5 Ma, 266±5 Ma, 그리고 562±5 Ma의 3個 K-Ar 年齡을 報告하였으며 ^[12] 이에 根據하여 이용일 外(2016)는 萇山 硅巖層 이 선캄브리아기 의 地層이라고 主張하였다. ^[13]

김명정과 박계헌(2018)은 이용일 外(2016)의 "太白山盆地에 分布하는 萇山層의 堆積時期 및 巖石 特性 再考察" 論文 ^[13] 에서 引用된, 玉童 單層 臺를 따라 發達한 下部 萇山 硅巖層 內 絹雲母 石英 片巖의 K-Ar 年齡이 玉童 單層의 活動 時期와 玉童 斷層이 切斷하는 萇山層 의 堆積時期를 限定하는데 活用할 수 있다는 點에 注目하고, 報告된 年齡 分析資料의 信賴度와 地質學的 意味에 對하여 다음과 같이 說明하였다.

絹雲母는 最後의 單層 活動 時期에 生成되었다고 하더라도 分析된 年齡값은 斷層 運動의 時期를 나타내는 것으로 보기 어렵다. '絹雲母 農집部分'으로 記述된 標品의 境遇 칼륨 含量이 1.44%으로 매우 낮으며 이는 다른 鑛物에 비해 매우 낮은 값인데 巖石 自體가 絹雲母 石英片巖이기 때문에 絹雲母가 아닌 石英 이 相當量 包含되어 있다. 石英이 問題가 되는 理由는 石英 이 元來 칼륨 을 높은 濃度로 갖는 鑛物이 아니기 때문에 比較的 적은 量의 過剩 아르곤 의 存在도 칼륨-아르곤 連帶 測定에 深刻한 影響을 줄 수 있다. 相對的으로 오래된 年齡을 나타내는 石英이 包含되어 있기 때문에 實際의 單層 活動 時期는 이보다 매우 젊은 時期일 것으로 推定된다. 正確한 單層 活動 時期를 求하기 爲해서는 石英의 含量도 計算하여야 한다.

따라서, 分析된 巖石 標品에 含有된 石英 은 相當量의 過剩 아르곤 을 包含하는 것으로 推定되기 때문에 萇山層 의 年齡을 限定하는 根據로 活用하는 것은 不適切하며, 윤현수(1983)가 提示한 K-Ar 年齡을 玉童 單層 의 活動 時期로 解釋하거나 이에 根據하여 玉童 斷層이 切斷하는 萇山層의 年齡을 선캄브리아기로 解釋하는 것은 適切하지 않다. ^[10]

韓國 [ 編輯 ]

韓國基礎科學支援硏究院 에서는 1997年 새로운 칼륨-아르곤 連帶 測定 裝備를 導入하여 大韓民國 에서 唯一하게 鑛物과 巖石의 칼륨-아르곤 連帶 測定을 遂行하고 있다. 韓國基礎科學支援硏究院 에 設置된 K-Ar 年代測定시스템은 黑鉛電氣로, 가스 精製 裝置, 不活性 氣體 質量分析器, 資料 蒐集裝置로 構成된다. 電氣로(爐)는 黑鉛 發熱體와 탄탈럼 튜브로 構成되며 試料는 1450°C의 溫度에서 10分間 加熱된다. ^[2]

같이 보기 [ 編輯 ]

• 아르곤-아르곤 連帶 測定
• 放射性 炭素 年代 測定
• ESR 年代측정法
• 칼륨 同位 元素

各州 [ 編輯 ]