Kolme vakaata isotooppia, 36Ar, 38Ar ja 40Ar, käsitellään jalokaasuja koskevassa keskustelussa. Seitsemästä radioaktiivisesta argonin isotoopista 37Ar:a ja 39Ar:a käytetään myös hydrologisissa tutkimuksissa, ja niitä käsitellään jäljempänä. Myös 40Ar/36Ar-suhteen käyttöä hydrologisissa sovelluksissa käsitellään.

• Analyysin kustannukset
• Alkuperä
• Mittaustekniikat
• Hydrologiset sovellukset
• Viittaukset ja edelleen lukeminen
• Internet-lähteet

Analyysin kustannukset (palaa alkuun)

Ei tällä hetkellä ole laboratorioita, jotka tekisivät argon-isotooppianalyysejä yleisölle.

Katso lisätietoja USGS Restonin kloorifluorihiililaboratoriosta)

Alkuperä (palaa alkuun)

Kosmogeenista
39Ar:a syntyy ilmakehässä neutronipommituksella:

Pohjavedessä 39Ar:ta voidaan kuitenkin tuottaa in situ seuraavilla reaktioilla:

39Ar (t½ = 269 vuotta) käy läpi beetahajoamisen takaisin 39K:ksi.

Litogeeninen
37Ar (t½ = 35 päivää) syntyy jatkuvasti maan alla 40Ca(n,a)37Ar-reaktioista kalliomatriisissa.

Mittaustekniikat (paluu alkuun)

Kaasusuhteellinen laskenta
Argonanalyysi on tällä hetkellä puhtaasti tutkimuspohjaista, koska argonpitoisuus vedessä on hyvin pieni. Argonin osuus ilmakehän kaasujen kokonaismäärästä on alle yksi prosentti. Ilmakehän kanssa vallitseva tasapaino tuottaa siis pienen pieniä pitoisuuksia veteen liuennutta argonia. Vesinäytteiden koot vaihtelevat 2 litrasta (jos käytetään tyhjiökaasutusta) 15 kuutiometriin (jos näyte keitetään) (Clark & Fritz 1997). Näytteet analysoidaan korkeapaineisella kaasusuhteellisella laskennalla. Koska 39Ar:n aktiivisuus on hyvin alhainen (noin 2 laskentaa tunnissa), analyysiin tarvitaan noin 1 kuukausi (Cook ja Herczeg 2000).

(Katso lisätietoja GPC-prosessista hajoamislaskennan sivulta).

Hydrologiset sovellukset (palaa alkuun)
37Ar
37Ar
37Ar:n lyhyen puoliintumisajan vuoksi lähes missään pohjavedessä ei esiinny kosmogeenisesti syntyneitä muotoja tästä isotoopista. Maanalainen tuotanto on kuitenkin yleistä . Mittaamalla läsnä olevan 37Ar:n määrää hydrogeologit voivat määrittää maanalaisen tuotannon nopeuden (joka puolestaan voi auttaa määrittämään neutronivirran) ja myös mineraalien siirtymisen tehokkuuden veteen (Cook ja Herczeg 2000). Molemmat näistä arvoista ovat hyödyllisiä rajoitettaessa muiden litogeenisten isotooppien käyttöä hydrologisissa sovelluksissa.

39Ar pohjaveden ajoituksessa
39Ar-datointia on käytetty pääasiassa pohjaveden ajoituksessa yhdessä muiden isotooppien kanssa. Sen 269 vuoden puoliintumisaika mahdollistaa iän vertailun tritiumin alueen yläpäähän ja 14C:n alueen alapäähän. 39Ar on käyttökelpoinen ajoitettaessa submodernia pohjavettä (~40 – ~1000 vuotta eKr.), koska se täyttää pohjaveden ajoituksessa yleisimmin käytettyjen isotooppien (3H ja14C) välisen epävarmuusvajeen.

Hyötyjä ja haittoja 39Ar:n käytöstä veden ajoittamisessa
Veden ajoittamisessa 39Ar:n avulla on lukuisia etuja ja haittoja. Myönteistä on, että argon on jalokaasu ja siten inertti. Sivureaktiot eivät aiheuta ongelmia, ja sen konservatiivinen käyttäytyminen tekee siitä erinomaisen hydrologisen merkkiaineen. Toiseksi 39Ar:n tuotanto ei lisääntynyt lämpöydinpommikokeiden seurauksena. Sen aktiivisuus on pysynyt lähes vakiona ainakin viimeiset 1000 vuotta.

Pohjavesialueilla, joilla esiintyy uraania ja toriumia, 39Ar:n in situ -tuotanto voi kuitenkin olla huomattavaa. Koska 39Ar-pitoisuudet ovat hyvin alhaisia pohjavedessä, in situ -tuotanto voi tuottaa 39Ar-pitoisuuksia, jotka peittävät alleen ilmakehän pitoisuudet vedessä. Muut haitat liittyvät 39Ar:n näytteenotto- ja analyysitekniikoihin, lähinnä näytekokoon ja mittausaikaan.

Muut 39Ar:n sovellukset
39Ar:ää voidaan käyttää valtamerten vesimassojen ajoittamiseen. Sovellus on hyvin samankaltainen kuin pohjaveden ajoitus, paitsi että 39Ar:n in situ -tuotanto on vähäistä. 39Ar:ää käytetään myös jään kairanäytteenotossa.

40Ar/36Ar-suhde pohjaveden ajoituksessa
40Ar/36Ar-suhdetta on myös käytetty pohjaveden ajoituksen apuna. Tämän suhteen vakioarvo ilmakehässä on 295,5. Useimmat pohjavesikerrostumat sisältävät kaliumia sisältäviä mineraaleja. 40K (jonka puoliintumisaika on 125 x 109 vuotta) hajoaa beetahajoavasti 40Ar:ksi, joten ajan myötä tämä suhde kasvaa. Jos 40Ar:n tuotantonopeus tunnetaan, tätä suhdetta voidaan käyttää hyvin vanhan pohjaveden iänmääritykseen. Radiogeenisen 40Ar:n kulkeutuminen pohjavesialueen ulkopuolisista naapurikivikerroksista voi kuitenkin heikentää ja nostaa tätä suhdetta huomattavasti. Kvantitatiivisempi 40Ar/36Ar-suhteiden arviointi veden viipymäaikojen analysoimiseksi edellyttää parempaa ymmärrystä kallion kulumisprosesseista ja nesteen sulkeutumisen roolista (Rauber et al. 1991).

Viittaukset ja lisälukemisto (palaa alkuun)

• 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., ja 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., ja H. Oeschger, Argon-39-, hiili-14- ja krypton-85-mittaukset pohjavesinäytteissä, teoksessa Isotope Hydrology 1978, vol. 2, 931-997, Kansainvälinen atomienergiajärjestö, Wien, 1979.
• Pearson, F.J., Applied Isotope Hydrogeology: A Case Study In Northern Switzerland, Elsevier, New York, 1991.
• Rauber, D., H. H. Loosli ja B.E. Lehmann, 40Ar/36Ar-suhteet, teoksen Applied Isotope Hydrogeology luvussa 6: 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, teoksessa Isotopes in Water Resource Management, s. 263-280, Kansainvälinen atomienergiajärjestö, Wien, 1996.