Die drei stabilen Isotope, 36Ar, 38Ar und 40Ar, werden in der Diskussion über die Edelgase behandelt. Von den sieben radioaktiven Argon-Isotopen werden 37Ar und 39Ar auch in hydrologischen Studien verwendet und weiter unten besprochen. Die Verwendung des 40Ar/36Ar-Verhältnisses in hydrologischen Anwendungen wird ebenfalls diskutiert.

• Kosten der Analyse
• Herkunft
• Messtechniken
• Hydrologische Anwendungen
• Referenzen und weitere Lektüre
• Internetquellen

Analysekosten (zurück zum Anfang)

Es gibt derzeit keine Labors, die Argonisotopenanalysen für die Öffentlichkeit durchführen.

Siehe USGS Reston Chlorofluorocarbon Laboratory für weitere Informationen)

Herkunft (zurück zum Seitenanfang)

Kosmogenes
39Ar wird in der Atmosphäre durch Neutronenbeschuss erzeugt:

Im Grundwasser kann 39Ar jedoch in situ durch folgende Reaktionen erzeugt werden:

39Ar (t½ = 269 Jahre) unterliegt einem Beta-Zerfall zurück zu 39K.

Lithogenes
37Ar (t½ = 35 Tage) wird ständig unterirdisch aus 40Ca(n,a)37Ar-Reaktionen in der Gesteinsmatrix erzeugt.

Messtechniken (zurück zum Anfang)

Gasproportionales Zählen
Die Argonanalyse ist wegen der sehr geringen Argonkonzentration im Wasser derzeit rein forschungsbasiert. Argon macht weniger als ein Prozent der gesamten Gase in der Atmosphäre aus. Das Gleichgewicht mit der Atmosphäre führt daher zu winzigen Konzentrationen von gelöstem Argon im Wasser. Die Größe der Wasserproben reicht von 2 Litern (bei Vakuumentgasung) bis zu 15 Kubikmetern (wenn die Probe gekocht werden soll) (Clark & Fritz 1997). Die Proben werden mittels Hochdruck-Gasproportionalzählung analysiert. Da die Aktivität von 39Ar sehr gering ist (etwa 2 Zählungen pro Stunde), wird etwa 1 Monat für die Analyse benötigt (Cook und Herczeg 2000).

(Weitere Informationen über das GPC-Verfahren finden Sie auf der Seite zur Zerfallszählung).

Hydrologische Anwendungen (zurück zum Anfang)
37Ar
Aufgrund der kurzen Halbwertszeit von 37Ar gibt es fast kein Grundwasser, in dem kosmogen produzierte Formen dieses Isotops vorhanden sind. Eine unterirdische Produktion ist jedoch üblich. Durch Messung der vorhandenen 37Ar-Menge können Hydrogeologen die unterirdische Produktionsrate (die wiederum zur Bestimmung des Neutronenflusses beitragen kann) und auch die Effizienz des Mineral-Wasser-Transfers bestimmen (Cook und Herczeg 2000). Beide Werte sind nützlich, um die Verwendung anderer lithogener Isotope in hydrologischen Anwendungen einzuschränken.

39Ar in der Grundwasserdatierung
39Ar-Datierungen wurden hauptsächlich bei der Datierung von Grundwasser in Verbindung mit anderen Isotopen verwendet. Seine Halbwertszeit von 269 Jahren ermöglicht den Vergleich von Altersangaben mit dem oberen Ende des Tritiumbereichs und dem unteren Ende des 14C-Bereichs. 39Ar ist für die Datierung von submodernem Grundwasser (~40 bis ~1000 Jahre v. Chr.) nützlich, da es die Unsicherheitslücke zwischen den am häufigsten verwendeten Isotopen für die Grundwasserdatierung (3H und14C) füllt.

Vor- und Nachteile der Verwendung von 39Ar zur Wasserdatierung
Die Verwendung von 39Ar zur Wasserdatierung hat zahlreiche Vor- und Nachteile. Positiv ist, dass Argon ein Edelgas ist und daher inert. Es gibt keine Komplikationen durch Nebenreaktionen und sein konservatives Verhalten macht es zu einem ausgezeichneten hydrologischen Tracer. Zweitens hat sich die 39Ar-Produktion infolge der thermonuklearen Bombentests nicht erhöht. Seine Aktivität ist zumindest in den letzten 1000 Jahren nahezu konstant geblieben.

In Grundwassergebieten, in denen Uran und Thorium vorhanden sind, kann die In-situ-Produktion von 39Ar jedoch erheblich sein. Da die 39Ar-Konzentrationen im Grundwasser sehr niedrig sind, kann die In-situ-Produktion 39Ar-Konzentrationen erzeugen, die die atmosphärischen Konzentrationen im Wasser übertönen. Weitere Nachteile ergeben sich aus den Probenahme- und Analysetechniken für 39Ar, insbesondere aus der Probengröße und der Messzeit.

Andere Anwendungen von 39Ar
39Ar kann zur Datierung von Wassermassen im Ozean verwendet werden. Die Anwendung ist hier der Grundwasserdatierung sehr ähnlich, nur dass die in situ Produktion von 39Ar vernachlässigbar ist. 39Ar wird auch bei der Eisbohrung verwendet.

40Ar/36Ar-Verhältnis bei der Grundwasserdatierung
Das 40Ar/36Ar-Verhältnis wurde ebenfalls zur Unterstützung der Grundwasserdatierung verwendet. Dieses Verhältnis hat in der Atmosphäre einen konstanten Wert von 295,5. Die meisten Grundwasserleiter enthalten kaliumhaltige Mineralien. 40K (mit einer Halbwertszeit von 125 x 109 Jahren) zerfällt im Beta-Zustand zu 40Ar, so dass dieses Verhältnis mit der Zeit größer wird. Wenn die Produktionsrate von 40Ar bekannt ist, kann dieses Verhältnis zur Altersbestimmung von sehr altem Grundwasser verwendet werden. Allerdings kann dieses Verhältnis durch den Transport von radiogenem 40Ar aus benachbarten Gesteinsschichten außerhalb eines Grundwasserleiters erheblich beeinträchtigt und erhöht werden. Eine quantitativere Bewertung des 40Ar/36Ar-Verhältnisses für die Analyse der Wasserverweilzeit erfordert ein besseres Verständnis der Gesteinsverwitterungsprozesse und der Rolle des Flüssigkeitseinschlusses (Rauber et al. 1991).

Referenzen und weiterführende Literatur (zurück nach oben)

• Andrews, J.N., et al, The in situ production of radioisotopes in rock matrices with particular reference to the Stripa granite, Geochimica et Cosmochimica Acta, 53, 1803-1815, 1989.
• Clark, I., and P. Fritz, Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers, Boca Raton, 1997.
• Cook. P.G., and A.L. Herczeg, editors, Environmental Tracers in Subsurface Hydrology, Kluwer Academic Publishers, Boston, 2000.
• Lehmann, B.E. et al, Atmospheric and subsurface sources of stable and radioactive nuclides used for groundwater dating, Water Resour. Res. 29(7), 2027-2040, 1993.
• Loosli, H.H., A dating method with 39Ar, Earth and Planetary Science Letters, 63, 51-62, 1983.
• Loosli, H.H., and H. Oeschger, Argon-39, carbon-14 and krypton-85 measurements in groundwater samples, in Isotope Hydrology 1978, vol. 2, 931-997, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1979.
• Pearson, F.J., Applied Isotope Hydrogeology: A Case Study In Northern Switzerland, Elsevier, New York, 1991.
• Rauber, D., H. H. Loosli, and B.E. Lehmann, 40Ar/36Ar ratios, in chapter 6 of Applied Isotope Hydrogeology: A Case Study in Northern Switzerland, Elsevier, Amsterdam, 1991.
• Scholtis, A., et al, Integration of environmental isotopes, hydrochemical and mineralogical data to characterize groundwaters from a potential repository site in central Switzerland, in Isotopes in Water Resource Management, pp. 263-280, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1996.