De drie stabiele isotopen, 36Ar, 38Ar en 40Ar, komen aan de orde bij de bespreking van de edelgassen. Van de zeven radioactieve argonisotopen worden 37Ar en 39Ar ook gebruikt in hydrologische studies en hieronder besproken. Het gebruik van de verhouding 40Ar/36Ar in hydrologische toepassingen wordt eveneens besproken.

• Kosten van analyse
• Oorsprong
• Meettechnieken
• Hydrologische toepassingen
• Referenties en verdere reading
• Internetbronnen

Kosten van analyse (terug naar boven)

Er zijn momenteel geen laboratoria die argonisotopenanalyses uitvoeren voor het publiek.

Zie het USGS Reston Chlorofluorocarbon Laboratory voor meer informatie)

Oorsprong (terug naar boven)

Cosmogeen
39Ar wordt in de atmosfeer geproduceerd door neutronenbombardement:

In grondwater kan 39Ar echter in situ worden geproduceerd door de volgende reacties:

39Ar (t½ = 269 jaar) ondergaat bètaverval terug naar 39K.

Lithogene
37Ar (t½ = 35 dagen) wordt ondergronds voortdurend geproduceerd uit 40Ca(n,a)37Ar-reacties in de rotsmatrix.

Meettechnieken (terug naar boven)

Gasproportionele telling
Argonanalyse is momenteel puur onderzoeksgebaseerd vanwege de zeer kleine concentratie argon in water. Argon vertegenwoordigt minder dan één procent van het totaal aan gassen in de atmosfeer. Evenwicht met de atmosfeer levert dus minieme concentraties opgelost argon in water op. De grootte van watermonsters varieert van 2 liter (als vacuümontgassing wordt gebruikt) tot 15 kubieke meter (als het monster moet worden gekookt) (Clark & Fritz 1997). De monsters worden geanalyseerd met behulp van gasproportionele telling onder hoge druk. Aangezien de activiteit van 39Ar zeer laag is (ongeveer 2 tellingen per uur), is ongeveer 1 maand nodig voor de analyse (Cook en Herczeg 2000).

(Zie de pagina over vervaltelling voor meer informatie over het GPC-proces).

Hydrologische toepassingen (terug naar boven)
37Ar
Wegens de korte halveringstijd van 37Ar zijn er in bijna geen enkel grondwater kosmogeen geproduceerde vormen van deze isotoop aanwezig. Ondergrondse productie is echter wel gebruikelijk . Door de aanwezige hoeveelheid 37Ar te meten, kunnen hydrogeologen de productiesnelheid in de ondergrond bepalen (die op zijn beurt de neutronenflux kan helpen bepalen) en ook de efficiëntie van de overdracht van mineralen naar water (Cook en Herczeg 2000). Beide waarden zijn nuttig voor het beperken van het gebruik van andere lithogene isotopen in hydrologische toepassingen.

39Ar in Groundwater Dating
39Ar datering is voornamelijk gebruikt voor het dateren van grondwater in combinatie met andere isotopen. De halveringstijd van 269 jaar maakt vergelijking mogelijk van ouderdommen met het hoogste eind van het tritiumbereik en het laagste eind van het 14C-bereik. 39Ar is nuttig voor datering van submodern grondwater (~40 tot ~1000 jaar v. Chr.) omdat het dit gat van onzekerheid vult tussen de meest toegepaste isotopen in grondwaterdatering (3H en14C).

Voordelen en nadelen van het gebruik van 39Ar om water te dateren
Er zijn talrijke voor- en nadelen verbonden aan het gebruik van 39Ar om water te dateren. Positief is dat argon een edelgas is en dus inert. Er zijn geen complicaties van nevenreacties en zijn conservatieve gedrag maakt het tot een uitstekende hydrologische tracer. Ten tweede is de productie van 39Ar niet toegenomen als gevolg van thermonucleaire bomexperimenten. Zijn activiteit is bijna constant gebleven voor ten minste de afgelopen 1000 jaar.

In grondwatergebieden waar uranium en thorium aanwezig zijn, kan de in situ productie van 39Ar echter aanzienlijk zijn. Aangezien 39Ar-concentraties in grondwater zeer laag zijn, kan in situ productie concentraties van 39Ar opleveren die de atmosferische concentraties in het water overstemmen. Andere nadelen vloeien voort uit de bemonsterings- en analysetechnieken voor 39Ar, voornamelijk de monstergrootte en de meettijd.

Andere toepassingen van 39Ar
39Ar kan worden gebruikt om watermassa’s in de oceaan te dateren. De toepassing is hier zeer vergelijkbaar met grondwaterdatering, behalve dat de in situ productie van 39Ar verwaarloosbaar is. 39Ar wordt ook gebruikt in ijsboring.

40Ar/36Ar Ratio in Groundwater Dating
De 40Ar/36Ar ratio is ook gebruikt om grondwaterdatering te helpen. Deze verhouding heeft een constante waarde in de atmosfeer van 295,5. De meeste watervoerende lagen bevatten kaliumhoudende mineralen. 40K (met een halveringstijd van 125 x 109 jaar) vervalt in bèta tot 40Ar en dus wordt deze verhouding na verloop van tijd groter. Als de productiesnelheid van 40Ar bekend is, kan deze verhouding worden gebruikt om zeer oud grondwater te dateren. Deze verhouding kan echter aanzienlijk worden gecompromitteerd en verhoogd door het transport van radiogeen 40Ar uit naburige gesteentelagen buiten een aquifer. Een meer kwantitatieve evaluatie van 40Ar/36Ar-ratio’s voor de analyse van de verblijftijd van water vereist een beter begrip van de verweringsprocessen in gesteenten en de rol van vloeistofinsluiting (Rauber et al. 1991).

Referenties en verdere lectuur (terug naar het begin)

• 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, Wenen, 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, Internationaal Agentschap voor Atoomenergie, Wenen, 1996.