Fakultät für Physik und Astronomie Ruprecht-Karls-Universität ...

Methoden zur Probenaufbereitung von Eis- und
Grundwasserproben zur 39 Ar-Datierung mittels ” atom trap
trace analysis“
Zusammenfassung
39 Ar ist ein idealer Tracer zur Datierung paläoklimatischer Systeme mit Altern zwischen 50 und 1000
Jahren. Eine vielversprechende neue Methode zum Messen von 39 Ar ist die ” atom trap trace analysis“
(ATTA), bei der selektiv 39 Ar-Atome in einer Magneto-Optischen Falle gefangen und detektiert werden.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Probenaufbereitung für Eis- und Grundwasserproben zur Messung
mit ATTA. Eine Methode zur Extraktion von Argon aus kleinen Mengen Gas, Getterung an heißen Titanoberflächen,
wurde getestet. Zusätzlich wurde eine Anlage zum Entgasen von Eis und zur Separation
des Argons vom dabei gewonnenen Gas entworfen und an Proben vom Grenzgletscher (Schweiz) getestet.
µl ST P
Titanschwamm absorbierte 60 Gas, die Absorptionsgeschwindigkeit betrug (67,9 ± 6,9)
ml ST P
gT i
mingT i
für N2 bei 800◦C und war für O2 noch um einiges höher. Nach dem Getterprozess betrug die Argonkonzentration
mehr als 92%. Grenzgletschereis wurde entgast und separiert, eine Datierung mittels ATTA
war noch nicht möglich. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit einer bestehenden Separationsanlage
für Grundwasser. Ein Quadrupol-Massenspektrometer wurde angeschlossen und getestet. Bei
der Untersuchung der Separationsgeschwindigkeit und -qualität zwischen -118 und -130◦C zeigte sich eine
starke Temperaturabhängigkeit. Erste Grundwasserproben wurden in drei Brunnen im Hessischen Ried
genommen.
Abstract
39 Ar is an ideal tracer for dating palaeoclimatic systems covering ages between 50 and 1000 years. A
promising method for measuring 39 Ar is ” atom trap trace analysis“ (ATTA) where 39 Ar-atoms are selectively
trapped in a magneto-optical trap and detected. This thesis deals with the sample preparation
for groundwater and glacier ice for ATTA-based 39 Ar-measurements. A method to extract argon from
small amounts of gas was tested, namely gettering on hot titanium surfaces. In addition, a system was
designed for degassing ice samples and separating argon from the gained gas. It was tested with ice from
ml ST P
Grenzgletscher (Switzerland). Titanium sponge was found to absorb 60 gas, the absorption rate
gT i
µl ST P
for N2 was (67,9 ± 6,9) mingT i at 800◦C and much higher for O2. In the residual gas, the concentration
of Argon was found to be higher than 92%. Ice from Grenzgletscher was degassed and separated, dating
with ATTA was not possible yet. The second part of this thesis deals with an existing system for argon
separation of groundwater. A quadrupol mass spectrometer was implemented and tested. The velocity
and quality of separation was found to be strongly dependent on temperature between -118 ◦ C and -130 ◦ C.
First groundwater samples were taken from three wells in ” Hessisches Ried“.