Trzy stabilne izotopy, 36Ar, 38Ar i 40Ar, są rozważane w dyskusji na temat gazów szlachetnych. Z siedmiu radioaktywnych izotopów argonu, 37Ar i 39Ar są również wykorzystywane w badaniach hydrologicznych i omówione poniżej. Wykorzystanie stosunku 40Ar/36Ar w zastosowaniach hydrologicznych jest również omówione.

• Koszt analizy
• Pochodzenie
• Techniki pomiarowe
• Zastosowania hydrologiczne
• Odniesienia i dalsze Reading
• Internet resources

Cost of Analysis (return to top)

Nie ma obecnie laboratoriów wykonujących analizy izotopu argonu dla społeczeństwa.

Zobacz USGS Reston Chlorofluorocarbon Laboratory, aby uzyskać więcej informacji)

Origin (powrót do góry)

Kosmogeniczny
39Ar jest produkowany w atmosferze przez bombardowanie neutronami:

Jednakże w wodach gruntowych 39Ar może być produkowany in situ w wyniku następujących reakcji:

39Ar (t½ = 269 lat) ulega rozpadowi beta z powrotem do 39K.

Litogeniczny
37Ar (t½ = 35 dni) jest stale produkowany pod ziemią z reakcji 40Ca(n,a)37Ar w matrycy skalnej.

Techniki pomiarowe (powrót do góry)

Liczenie proporcjonalne gazów
Analiza argonu ma obecnie charakter wyłącznie badawczy ze względu na bardzo małe stężenie argonu w wodzie. Argon stanowi mniej niż jeden procent wszystkich gazów w atmosferze. Równowaga z atmosferą wytwarza zatem znikome stężenia rozpuszczonego argonu w wodzie. Wielkość próbek wody waha się od 2 litrów (jeśli stosuje się odgazowanie próżniowe) do 15 metrów sześciennych (jeśli próbka ma być gotowana) (Clark & Fritz 1997). Próbki są analizowane przez wysokie ciśnienie gazu proporcjonalnego liczenia. Ponieważ aktywność 39Ar jest bardzo niska (około 2 zliczenia na godzinę), do analizy potrzebny jest około 1 miesiąc (Cook i Herczeg 2000).

(Więcej informacji o procesie GPC można znaleźć na stronie poświęconej liczeniu rozpadów).

Zastosowania hydrologiczne (powrót na górę)
37Ar
Z powodu krótkiego czasu połowicznego zaniku 37Ar, w prawie żadnych wodach gruntowych nie występują kosmogenicznie wytworzone formy tego izotopu. Jednak produkcja podpowierzchniowa jest powszechna. Mierząc ilość obecnego 37Ar, hydrogeolodzy mogą określić szybkość produkcji podpowierzchniowej (co z kolei może pomóc w określeniu strumienia neutronów), a także wydajność transferu minerałów do wody (Cook i Herczeg 2000). Obie te wartości są przydatne do ograniczenia stosowania innych izotopów litogenicznych w zastosowaniach hydrologicznych.

39Ar w datowaniu wód podziemnych
39Ar był głównie stosowany w datowaniu wód podziemnych w połączeniu z innymi izotopami. Jego okres półtrwania 269 lat pozwala na porównanie wieku z wysokim końcem zakresu trytu i niskim końcem zakresu 14C. 39Ar jest przydatny do datowania wód podziemnych w epoce przednowoczesnej (~40 do ~1000 lat p.n.e.), ponieważ wypełnia lukę niepewności pomiędzy najczęściej stosowanymi izotopami w datowaniu wód podziemnych (3H i 14C).

Zalety i wady stosowania 39Ar do datowania wody
Istnieją liczne zalety i wady stosowania 39Ar do datowania wody. Na pozytywnej stronie, argon jest gazem szlachetnym i dlatego jest obojętny. Nie ma komplikacji związanych z reakcjami ubocznymi, a jego konserwatywne zachowanie czyni go doskonałym znacznikiem hydrologicznym. Po drugie, produkcja 39Ar nie wzrosła w wyniku testowania bomb termojądrowych. Jego aktywność pozostała prawie niezmienna przez co najmniej ostatnie 1000 lat.

Jednakże w obszarach wód podziemnych, gdzie uran i tor są obecne, produkcja in situ 39Ar może być znaczna. Ponieważ stężenia 39Ar są bardzo niskie w wodach gruntowych, produkcja in situ może produkować stężenia 39Ar, które zagłuszają stężenia atmosferyczne w wodzie. Inne wady wynikają z technik pobierania próbek i technik analitycznych dla 39Ar, głównie wielkości próbki i czasu pomiaru.

Inne zastosowania 39Ar
39Ar może być używany do datowania mas wody w oceanie. Zastosowanie jest tu bardzo podobne do datowania wód podziemnych, z tą różnicą, że produkcja in situ 39Ar jest znikoma. 39Ar jest również używany w lodu coring.

40Ar/36Ar Ratio in Groundwater Dating
Stosunek 40Ar/36Ar został również użyty do pomocy datowania wód podziemnych. Stosunek ten ma stałą wartość w atmosferze 295,5. Większość warstw wodonośnych zawiera minerały potasonośne. 40K (o okresie połowicznego rozpadu 125 x 109 lat) rozpada się beta na 40Ar i dlatego z czasem ten stosunek się zwiększa. Jeśli znana jest szybkość produkcji 40Ar, stosunek ten może być użyty do datowania bardzo starych wód podziemnych. Jednakże stosunek ten może być znacznie zaburzony i podwyższony przez transport radiogenicznego 40Ar z sąsiednich warstw skalnych poza warstwą wodonośną. Bardziej ilościowa ocena stosunków 40Ar/36Ar do analizy czasów przebywania wody będzie wymagała lepszego zrozumienia procesów wietrzenia skał i roli inkluzji płynów (Rauber et al. 1991).

References and further reading (return to top)

• 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.