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從鉀到氬：為什麼40Ar/39Ar年代測定法比傳統方法更精準？
隨著科學技術的進步，地質學家一直在尋找更準確的方法來測定岩石和礦物的年代。其中，氬-氬（40Ar/39Ar）年代測定法已被廣泛接受並應用，成為鉀-氬（K/Ar）年代測定法的優越替代方案。在許多研究中，40Ar/39Ar法以其高精度和簡化的操作流程受到推崇，這究竟是為什麼呢？
方法演變
傳統的鉀-氬年代測定法必須將樣本分開進行鉀和氬的單獨測量。而40Ar/39Ar年代測定法僅需使用一個岩石碎片或礦物晶體進行單次的氬同位素測量。
40Ar/39Ar年代測定法依賴於核反應堆的中子照射，將穩定的鉀同位素39K轉換為放射性氬同位素39Ar。
只要與已知年代的標準樣本一同進行中子照射，就可以透過一次的氬同位素測量來計算40K/40Ar*的比例，進而推算未知樣本的年代。
樣本分析過程
通常情況下，樣本會被粉碎並手動挑選出單晶礦物或岩石的碎片進行分析。接著，這些樣本會經過輻射處理，從而將39K轉化為39Ar。然後，樣本在高真空質譜儀中進行脫氣處理，激光或電阻爐的加熱過程會導致礦物晶體結構崩潰，進而釋放出捕獲的氣體。
這些氣體中可能包含大氣中的氣體，如二氧化碳、水和氮，以及由放射性衰變所產生的氬和氦。
40Ar*的豐度會隨著樣本的年代增加而增加，然而這種增長速度會隨著40K的半衰期（約12.48億年）以指數方式衰減。
年齡計算與相對測定
根據40Ar/39Ar方法，年齡計算的公式如下：
t = (1/λ) ln(J × R + 1)
在這個公式中，λ是40K的放射性衰變常數，J是與輻射過程相關的J因子，R則是40Ar*/39Ar的比例。
重要的是要注意，40Ar/39Ar方法僅能測量相對年代。要計算一個樣本的年代，必須首先使用另一種年代測定方法來確定J因子的值。
應用範圍
40Ar/39Ar地球年代學的主要用途是對變質岩和火成岩礦物進行年代測定。儘管此方法可能無法準確提供花崗岩入侵的年代，但在一塊未超過閉合溫度的變質岩中，所測得的年齡通常代表了該礦物結晶的時期。
在不同的礦物中，具體的閉合溫度各不相同，這使得在分析岩石時能獲得不同的「年齡」。
例如，黑雲母的閉合溫度約為300°C，而白雲母的約400°C，因此記錄的年齡能提供岩石的熱歷史資訊。
重新校準的挑戰
雖然氬-氬年代測定法在精度上有其優勢，但仍面臨與其他測定方法稍微不一致的問題。研究指出，微小的校正（約0.65%）是必要的，這一點提醒了研究人員在進行年代測定時必須格外小心。
例如，對於白堊紀-古新世滅絕事件的年代，先前的測定結果被修正為66.0至66.1百萬年前。
這些校準的必要性顯示了即使是最精確的測量方法，也會因外部因素而變化，進一步強調了在科學研究中反覆檢驗的重要性。
結語
整體來看，40Ar/39Ar年代測定法以其高精度及簡化的操作步驟，在地質學研究中提供了可靠的年代測定能力。隨著分析技術的不斷進步，未來的研究如何能進一步提高這些技術的準確性與應用廣度，仍是一個值得深入思考的問題?
