Sinds een jaar woon ik in Boston wat op dezelfde breedtegraad als Barcelona ligt. Desondanks heeft de winter hier een stuk meer weg van een Scandinavische winter, dan van een Spaanse. Dit grote verschil komt door de Atlantische golfstroom die koud zeewater van de Noordpool naar de VS aanvoert en warm water vanuit de Mexicaanse Golf naar Europa. Onder klimatologen bestaat de zorg dat het smelten van de ijskappen door de huidige klimaatopwarming de golfstroom kan doen omkeren wat desastreus effect op ons klimaat kan hebben.

Betere kennis van de golfstroom is dus waardevol. Een complete cyclus langs de Noordpool en de Mexicaanse Golf duurt zo’n 1000 jaar. Het zou dus mooi zijn als van een monster zeewater de ‘leeftijd’ bepaald kan worden sinds het op een bepaalde plek is geweest. De richting en duur van stromingen aan het oppervlak zijn al goed met satellieten te onderzoeken, maar wat er diep onder water gebeurt is een stuk lastiger te bepalen.

De gangbare methode om de leeftijd van archeologische vondsten te bepalen werkt met koolstofisotopen. Isotopen zijn atomen van hetzelfde element, en dus dezelfde chemische eigenschappen maar zijn te onderscheiden door hun verschillende massa. Doordat de aarde continu met kosmische straling gebombardeerd wordt, bevat de atmosfeer een vaste verhouding van het stabiele koolstof-12 en het radioactieve koolstof-14. Een plant neemt continu koolstof uit de atmosfeer op, en als de plant sterft stopt dit proces en vanaf dat moment begint de koolstofklok te tikken; doordat het koolstof-14 door radioactief verval verdwijnt en het koolstof-12 niet, verandert de verhouding en is dit dus een maat voor hoe lang de plant dood is.

Van een bepaalde hoeveelheid koolstof-14 verdwijnt de helft in een kleine 6000 jaar, dit is te lang om veranderingen in de oceaanstroming te meten, voor het dateren van de oceaanstromingen is dus een ander atoom nodig. Het blijkt dat argon-39 een goede kandidaat is omdat hiervan de helft in 269 jaar verdwijnt. Argon gas uit de atmosfeer wordt door het oppervlakte water van de oceaan opgenomen en zodra het water door een stroming de diepte in verdwijnt, begint de argon klok te tikken; de verhouding van argon-39 en argon-40 in zeewater is dus een maat voor hoe lang het water niet meer in aanraking met de lucht is geweest.

Het klinkt simpel, maar in praktijk vereist het nogal wat kunst en vliegwerk. Argon-39 komt namelijk bijna niet voor: voor elke miljoen-miljard argon-40 atomen is er één argon-39 atoom! Dit is hetzelfde als in de Amerikaanse staatsschuld één specifieke cent weten te vinden. Het was al sinds een paar jaar mogelijk om in grote laboratoria argon-39 te detecteren, maar onderzoekers van het Argonne National Lab in de VS hebben het nu voor elkaar gekregen om deze gevoeligheid op een veel simpelere en meer betrouwbare manier te halen. Met precieze lasers, die alleen een effect hebben op argon-39, kunnen ze atomen stil zetten en zo tellen. Elke paar uur komt er één argon-39 atoom voorbij, dus na een paar dagen kan een verhouding argon-39 en argon-40 bepaald worden daarmee de ‘leeftijd’ van het water te meten.

De tijdschaal waarop deze techniek werkt is erg interessant voor klimatologische processen. En doordat deze methode nu veel toegankelijker is geworden kan het misschien ook toepassingen kunnen vinden in andere delen van klimaatwetenschap. Let the counting begin!