Magneto-optische val met krypton dateert oud water

Een nieuwe techniek op basis van een magneto-optische val en krypton is in staat water- en ijsmonsters te dateren, met leeftijden tot een miljoen jaar. Daarmee is deze methode, die met apparatuur van bescheiden omvang werkt, een welkome aanvulling op dateringen aan de hand van koolstof-14. De laatste reikt niet verder dan circa 50.000 jaar (Review of Scientific Instruments, oktober 2004).

Atom Trap Trace Analysis (ATTA), zoals de methode gedoopt is, is ontwikkeld door fysici van het Argonne National Laboratory (Illinois). Hij werkt op basis van een zeldzame isotoop van het edelgas krypton. Dit instabiele krypton-81, met een halveringstijd van 229.000 jaar, wordt hoog in de atmosfeer permanent aangemaakt onder invloed van kosmische straling. Het voorkomen van krypton-81 in gewoon atmosferisch krypton is ruim 1 op 10.000.000.000.000, en dat terwijl krypton op zichzelf al een zeldzaam gas is. Krypton-81 mengt met de atmosfeer en wordt opgeslagen in water en ijs. Datering van water/ijs met de zogeheten kalium-argonmethode is ondoenlijk omdat de betreffende kaliumisotoop vooral in gesteentes voorkomt.

Terwijl in de atmosfeer aanmaak en afbraak van krypton-81 elkaar in evenwicht houden, is in een ondergrondse waterbron van aanmaak geen sprake meer. Hoe ouder het water, des te kleiner de relatieve aanwezigheid van de instabiele isotoop. Door in een water- of ijsmonster te kijken naar de verhouding tussen de aanwezige hoeveelheden atomen krypton-81 en gewoon krypton, en de uitkomst te vergelijken met die verhouding in atmosferisch krypton, valt de leeftijd van het monster te achterhalen. Alles analoog aan dateringen op basis van koolstof-14, zij het op een andere tijdschaal.

In de ATTA-aanpak houdt een laser in een zogeheten magneto-optische val individuele atomen krypton-81 gedurende 100 milliseconden `vast'. Dat is voldoende om ze tot fluorescentie aan te zetten en langs die weg te tellen. Het is een uiterst gevoelige techniek die aan ruim 50 microliter kryptongas genoeg heeft om tot een betrouwbare datering te komen. Zo'n sample bevat circa een miljoen atomen krypton-81, waaruit de laser er in 20 uur tijd 240 weet te vangen. De methode is recentelijk toegepast op een oude waterbron in westelijk Egypte (uitkomst: een half miljoen jaar). Door de zeer slechte oplosbaarheid van krypton in water vergt de ATTA-methode overigens twee ton aan grondwater of ijs, waaruit het kryptongas geïsoleerd dient te worden.

Het ATTA-team hoopt de krypton-datering ook te kunnen inzetten om de ouderdom van poolijs te bepalen. Analyse van luchtinsluitsels zou bij kunnen dragen aan een reconstructie van het klimaat.