Cei trei izotopi stabili, 36Ar, 38Ar și 40Ar, sunt luați în considerare în discuția despre gazele nobile. Dintre cei șapte izotopi radioactivi ai argonului, 37Ar și 39Ar sunt, de asemenea, utilizați în studiile hidrologice și sunt discutați mai jos. Utilizarea raportului 40Ar/36Ar în aplicațiile hidrologice este, de asemenea, discutată.

• Costul analizei
• Origine
• Tehnici de măsurare
• Aplicații hidrologice
• Referințe și suplimentare lectură
• Resurse pe internet

Costul analizei (revenire sus)

Nu există în prezent laboratoare care să efectueze analize ale izotopilor de argon pentru public.

Vezi USGS Reston Chlorofluorocarbon Laboratory pentru mai multe informații)

Origine (return to top)

Cosmogen
39Ar este produs în atmosferă prin bombardament cu neutroni:

Cu toate acestea, în apele subterane 39Ar poate fi produs in situ prin următoarele reacții:

39Ar (t½ = 269 ani) suferă dezintegrare beta înapoi la 39K.

Lithogenic
37Ar (t½ = 35 de zile) este produs constant în subteran din reacțiile 40Ca(n,a)37Ar în matricea rocilor.

Tehnici de măsurare (revenire sus)

Contorizarea proporțională a gazelor
Analiza argonului se bazează în prezent exclusiv pe cercetare, din cauza concentrației foarte mici de argon în apă. Argonul reprezintă mai puțin de un procent din totalul gazelor din atmosferă. Prin urmare, echilibrul cu atmosfera produce concentrații infime de argon dizolvat în apă. Dimensiunile probelor de apă variază de la 2 litri (dacă se folosește degazarea în vid) la 15 metri cubi (dacă proba urmează să fie fiartă) (Clark & Fritz 1997). Probele sunt analizate prin numărare proporțională a gazelor la presiune înaltă. Deoarece activitatea 39Ar este foarte scăzută (aproximativ 2 numărători pe oră), este nevoie de aproximativ 1 lună pentru analiză (Cook și Herczeg 2000).

(A se vedea pagina de numărare a dezintegrării pentru mai multe informații despre procesul GPC).

Aplicații hidrologice (return to top)
37Ar
Din cauza timpului de înjumătățire scurt al 37Ar, aproape nici o apă subterană nu are prezente forme produse cosmogenic ale acestui izotop. Cu toate acestea, producția subterană este comună . Măsurând cantitatea de 37Ar prezentă, hidrogeologii pot determina rata de producție subterană (care, la rândul său, poate ajuta la determinarea fluxului de neutroni) și, de asemenea, eficiența transferului de minerale în apă (Cook și Herczeg 2000). Ambele valori sunt utile pentru a constrânge utilizarea altor izotopi litogeni în aplicațiile hidrologice.

39Ar în datarea apelor subterane
Datarea cu 39Ar a fost utilizată în principal în datarea apelor subterane împreună cu alți izotopi. Timpul său de înjumătățire de 269 de ani permite compararea vârstelor cu capătul de sus al intervalului tritiu și cu capătul de jos al intervalului 14C. 39Ar este util pentru datarea apelor subterane submoderne (~40 până la ~1000 de ani B.P.), deoarece umple acest gol de incertitudine între cei mai răspândiți izotopi utilizați în datarea apelor subterane (3H și14C).

Vantaje și dezavantaje ale utilizării 39Ar pentru datarea apei
Există numeroase avantaje și dezavantaje ale utilizării 39Ar pentru datarea apei. În partea pozitivă, argonul este un gaz nobil și, prin urmare, inert. Nu există complicații legate de reacții secundare, iar comportamentul său conservator îl face un excelent trasor hidrologic. În al doilea rând, producția de 39Ar nu a crescut ca urmare a testelor cu bombe termonucleare. Activitatea sa a rămas aproape constantă cel puțin în ultimii 1000 de ani.

Cu toate acestea, în zonele cu ape subterane în care sunt prezente uraniu și toriu, producția in situ de 39Ar poate fi substanțială. Deoarece concentrațiile de 39Ar sunt foarte scăzute în apele subterane, producția in situ poate produce concentrații de 39Ar care îneacă concentrațiile atmosferice din apă. Alte dezavantaje derivă din tehnicile de eșantionare și de analiză pentru 39Ar, în special din dimensiunea eșantionului și timpul de măsurare.

Alte aplicații ale 39Ar
39Ar poate fi folosit pentru a data masele de apă din ocean. Aplicația în acest caz este foarte asemănătoare cu datarea apelor subterane, cu excepția faptului că producția in situ de 39Ar este neglijabilă. 39Ar este, de asemenea, utilizat în carotajul gheții.

Raportul 40Ar/36Ar în datarea apelor subterane
Raportul 40Ar/36Ar a fost, de asemenea, utilizat pentru a ajuta la datarea apelor subterane. Acest raport are o valoare constantă în atmosferă de 295,5. Majoritatea acviferelor conțin minerale purtătoare de potasiu. 40K (cu un timp de înjumătățire de 125 x 109 ani) se dezintegrează beta în 40Ar și astfel, în timp, acest raport devine mai mare. Dacă se cunoaște rata de producere a 40Ar, acest raport poate fi utilizat pentru a da o dată de vârstă a apelor subterane foarte vechi. Cu toate acestea, acest raport poate fi considerabil compromis și ridicat de transportul de 40Ar radiogenic din straturile de roci vecine din afara unui acvifer. O evaluare mai cantitativă a rapoartelor 40Ar/36Ar pentru analiza timpilor de rezidență a apei va necesita o mai bună înțelegere a proceselor de alterare a rocilor și a rolului incluziunii de fluide (Rauber et al. 1991).

Referințe și lecturi suplimentare (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., și A.L. Herczeg, editori, 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., O metodă de datare cu 39Ar, Earth and Planetary Science Letters, 63, 51-62, 1983.
• Loosli, H.H., și H. Oeschger, Argon-39, carbon-14 și kripton-85 measurements in groundwater samples, în Isotope Hydrology 1978, vol. 2, 931-997, Agenția Internațională pentru Energie Atomică, Viena, 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, în capitolul 6 din 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, în Isotopes in Water Resource Management, pp. 263-280, International Atomic Energy Agency, Viena, 1996.