Pour dater des matériaux géologiques très anciens, on a recours à des radioéléments dont la périodeest comprise entre quelques centaines de millions d'années et quelques milliards d'années. La décroissance de ces éléments, dont le plus connu est l'uranium-238, joue le rôle de chronomètre.

Coulée de lave lors d’une éruption de l’Etna. Des coulées anciennes sont datées par la méthode Potassium-Argon. Au moment où le magma se solidifie, le potassium-40 se retrouve emprisonné. Il se transforme ensuite lentement, du fait de sa radioactivité en atomes d’argon qui restent également captifs dans la roche. L’âge de celle-ci est donné par la proportion retrouvée des deux éléments.

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La datation des laves par la technique du Potassium-Argon est un exemple d'utilisation en géologie de ces radioéléments. Le potassium est un élément abondant dont un des isotopes radioactifs existe à l'état naturel. Sa période extrêmement longue en fait un excellent chronomètre pour mesurer l'âge de laves anciennes. L'Argon-40, qui est un gaz noble, est l'un des deux produits de désintégration de ce potassium. 

Lorsqu'un noyau de potassium-40 (40K) présent dans un cristal se désintègre en argon-40, cet isotope - gazeux - reste prisonnier dans le réseau cristallin. Il ne s'en échappe que quand le minerai est fondu ou chauffé. 

Au moment où la lave se cristallise en se solidifiant, elle contient une certaine quantité de potassium mais pas d'argon. Ce dernier s'accumule lors de la très lente désintégration du 40K dont la période est de 1,26 milliard d'années. La quantité d'argon, accumulée dans la roche depuis qu'elle s'est solidifiée, mesure l'âge de la lave.

Pour une bonne datation, il faut que la roche ne contienne pas d'argon au moment de sa formation, et ne laisse pas s'échapper le gaz de l'échantillon. La méthode s'applique aux feldspaths, et micas que l'on trouve dans les roches volcaniques.

Le dosage du potassium-40 et de l'argon-40 nécessite l'emploi de techniques raffinées de spectrométrie de masse effectuées dans des laboratoires spécialisés. Cette méthode permet de dater des laves et roches volcaniques dont l'âge se situe entre 100 000 ans et 2 millions d'années. 

D'autres techniques permettent de dater des âges extraordinairement variés. Par exemple, la méthode uranium-plomb permet de mesurer l'âge de 4,5 milliards d'années de la terre, et celle de l'uranium-thorium d'évaluer jusqu'à quelques centaines de milliers d'années des âges géologiques récents comme ceux des coraux.