De tre stabila isotoperna 36Ar, 38Ar och 40Ar behandlas i diskussionen om ädelgaserna. Av de sju radioaktiva argonisotoperna 37Ar och 39Ar används också i hydrologiska studier och diskuteras nedan. Användningen av förhållandet 40Ar/36Ar i hydrologiska tillämpningar diskuteras också.
- Kostnad för analys
- Ursprung
- Mätmetoder
- Hydrologiska tillämpningar
- Referenser och vidare.
- Internetresurser
Analysekostnad (tillbaka till början)
Det finns för närvarande inga laboratorier som utför analyser av argonisotoper för allmänheten.
Se USGS Reston Chlorofluorocarbon Laboratory för mer information)
Origin (return to top)
Kosmogent
39Ar produceras i atmosfären genom neutronbombardemang:
I grundvatten kan 39Ar dock produceras in situ genom följande reaktioner:
39Ar (t½ = 269 år) genomgår betasönderfall tillbaka till 39K.
Litogena
37Ar (t½ = 35 dagar) produceras ständigt under jord från 40Ca(n,a)37Ar-reaktioner i bergsmatrisen.
Mätmetoder (tillbaka till början)
Gasproportionell räkning
Argonanalys är för närvarande enbart forskningsbaserad på grund av den mycket låga koncentrationen av argon i vatten. Argon utgör mindre än en procent av de totala gaserna i atmosfären. Jämvikt med atmosfären ger därför ytterst små koncentrationer av löst argon i vatten. Vattenprovets storlek varierar från 2 liter (om vakuumavgasning används) till 15 kubikmeter (om provet ska kokas) (Clark & Fritz 1997). Proverna analyseras genom proportionell räkning med högtrycksgas. Eftersom aktiviteten av 39Ar är mycket låg (cirka 2 räkningar per timme) krävs cirka 1 månad för analys (Cook och Herczeg 2000).
(Se sidan om sönderfallsräkning för mer information om GPC-processen).
Hydrologiska tillämpningar (tillbaka till början)
37Ar
På grund av den korta halveringstiden för 37Ar har nästan inget grundvatten kosmogent producerade former av denna isotop närvarande. Produktion under markytan är dock vanlig . Genom att mäta mängden 37Ar kan hydrogeologer bestämma produktionshastigheten under jordytan (vilket i sin tur kan bidra till att bestämma neutronflödet) och även effektiviteten i överföringen från mineral till vatten (Cook och Herczeg 2000). Båda dessa värden är användbara för att begränsa användningen av andra litogena isotoper i hydrologiska tillämpningar.
39Ar i grundvattendatering
39Ar-datering har huvudsakligen använts för att datera grundvatten tillsammans med andra isotoper. Dess halveringstid på 269 år gör det möjligt att jämföra åldrar med den övre delen av tritiumområdet och den nedre delen av 14C-området. 39Ar är användbart för att datera submoderna grundvatten (~40 till ~1000 år f.v.t.) eftersom det fyller denna lucka av osäkerhet mellan de mest använda isotoperna vid datering av grundvatten (3H och14C).
Fördelar och nackdelar med att använda 39Ar för att datera vatten
Det finns många för- och nackdelar med att använda 39Ar för att datera vatten. På den positiva sidan är argon en ädelgas och därför inert. Det finns inga komplikationer av sidoreaktioner och dess konservativa beteende gör den till en utmärkt hydrologisk spårare. För det andra har 39Ar-produktionen inte ökat till följd av tester av termonukleära bomber. Dess aktivitet har varit nästan konstant under åtminstone de senaste 1 000 åren.
I grundvattenområden där uran och torium förekommer kan dock in situ-produktionen av 39Ar vara betydande. Eftersom 39Ar-koncentrationerna är mycket låga i grundvatten kan in situ-produktion ge upphov till 39Ar-koncentrationer som överröstar de atmosfäriska koncentrationerna i vattnet. Andra nackdelar beror på provtagnings- och analysmetoderna för 39Ar, främst provstorlek och mättid.
Andra tillämpningar av 39Ar
39Ar kan användas för att datera vattenmassor i havet. Tillämpningen här är mycket lik grundvattendatering, förutom att in situ-produktionen av 39Ar är försumbar. 39Ar används också vid isborrning.
40Ar/36Ar-förhållandet vid grundvattendatering
40Ar/36Ar-förhållandet har också använts för att underlätta grundvattendatering. Detta förhållande har ett konstant värde i atmosfären på 295,5. De flesta akviferer innehåller kaliumhaltiga mineraler. 40K (med en halveringstid på 125 x 109 år) betasönderfaller till 40Ar och därför blir detta förhållande med tiden större. Om produktionshastigheten för 40Ar är känd kan detta förhållande användas för att åldersdatera mycket gammalt grundvatten. Detta förhållande kan dock vara avsevärt försämrat och förhöjt genom transport av radiogent 40Ar från angränsande bergskikt utanför en akvifer. En mer kvantitativ utvärdering av 40Ar/36Ar-förhållanden för analys av vattnets uppehållstid kommer att kräva en förbättrad förståelse av vittringsprocesser i bergarter och den roll som vätskeinlutningar spelar (Rauber et al. 1991).
Referenser och vidare läsning (återgå till början)
- 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. och P. Fritz, Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers, Boca Raton, 1997.
- Cook. P.G. och A.L. Herczeg, redaktörer, 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 och B.E. Lehmann, 40Ar/36Ar ratios, i kapitel 6 i 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.