W atmosferze jest znacznie więcej argonu niż dwutlenku węgla, choć prawie nigdy o nim nie mówimy
Argon stanowi około 0,93% suchego powietrza. To mniej niż azot i tlen, ale znacznie więcej niż CO₂, którego udział jest liczony w setnych częściach procenta. Gaz pozostaje mało zauważalny, ponieważ jest bezbarwny, bezwonny i wyjątkowo mało reaktywny. Jeszcze ciekawsze jest jego pochodzenie: ogromna większość atmosferycznego ^40Ar nie była obecna w tej postaci od początku historii Ziemi. Powstaje przez radioaktywny rozpad ^40K w skałach i przez miliardy lat stopniowo gromadziła się w atmosferze. To jednocześnie ślad miliardów lat geologicznej ewolucji Ziemi.
Trzeci najczęstszy gaz atmosfery
Po azocie i tlenie argon jest kolejnym dużym składnikiem suchego powietrza. RSC podaje około 0,93% objętości. Oznacza to mniej więcej jedną cząstkę argonu na sto cząsteczek głównych gazów.
Dlaczego prawie go nie zauważamy
Argon ma zamkniętą powłokę elektronową i w zwykłych warunkach bardzo niechętnie reaguje. Nie uczestniczy znacząco w oddychaniu, spalaniu ani typowej chemii atmosfery, więc rzadko trafia do codziennych rozmów o powietrzu.
Izotopowy skład argonu w atmosferze bardzo różni się od składu pierwotnego argonu słonecznego. Na Ziemi dominuje ^40Ar, ponieważ przez miliardy lat był dopisywany przez rozpad ^40K. W Układzie Słonecznym nieprzetworzonym geologicznie większe znaczenie mają ^36Ar i ^38Ar. Porównanie proporcji izotopów staje się więc zapisem historii planety: atmosfera nie jest po prostu zachowaną próbką gazu z mgławicy, z której powstała Ziemia.
Większość atmosferycznego argonu jest radiogeniczna
Dominujący izotop ^40Ar powstaje z rozpadu radioaktywnego ^40K. Potas-40 jest obecny w minerałach skorupy i płaszcza, a jednym z jego kanałów rozpadu jest wychwyt elektronu prowadzący do argonu-40.
Gaz uwalnia się ze skał
Gdy minerały topią się, wietrzeją albo przechodzą procesy geologiczne, szlachetny argon może wydostać się z sieci krystalicznej. Jako gaz chemicznie mało reaktywny gromadzi się w atmosferze zamiast łatwo wiązać w nowe minerały.
W datowaniu K–Ar szczególnie ważne jest założenie, że po skrystalizowaniu mineralnego „zegara” argon nie ucieka i nie dostaje się z zewnątrz. Ogrzanie skały może jednak uwolnić gaz i zresetować część zapisu. Udoskonalona metoda ^40Ar/^39Ar pozwala analizować kolejne porcje gazu uwalniane podczas stopniowego ogrzewania, co pomaga rozpoznawać złożone historie termiczne. Ten sam obojętny gaz atmosferyczny jest więc narzędziem geochronologii.
To podstawa datowania K–Ar
Ponieważ ^40K rozpada się ze znanym tempem, a powstający ^40Ar może zostać uwięziony w krystalizującym minerale, stosunek izotopów służy do określania wieku skał. Zwykły składnik powietrza jest więc także produktem naturalnego zegara jądrowego.
Odkrycie argonu było trudne mimo jego obfitości
Gaz nie reagował w klasycznych testach chemicznych. Rayleigh i Ramsay wykryli go dzięki precyzyjnej różnicy gęstości między azotem otrzymanym z powietrza i azotem przygotowanym chemicznie. Niewielka rozbieżność ujawniła cały brakujący składnik atmosfery.
Obfitość nie gwarantuje widoczności chemicznej
CO₂ jest dużo rzadszy, ale ma ogromny wpływ biologiczny i klimatyczny. Argon jest obfitszy, lecz jego chemiczna bierność sprawia, że pozostaje tłem. Znaczenie substancji nie wynika wyłącznie z jej stężenia.
To, że argon jest mało reaktywny, ma także praktyczną wartość. Używa się go jako gazu osłonowego w spawaniu i procesach, w których gorący metal trzeba odizolować od tlenu oraz azotu. Żarówki i niektóre źródła światła również korzystają z argonu, bo nie atakuje łatwo rozgrzanych elementów. Bierność, która utrudniła odkrycie pierwiastka, stała się później jego najważniejszą cechą użytkową.
Historia odkrycia argonu pokazała siłę precyzyjnego bilansu masowego. Rayleigh mierzył gęstość azotu przygotowanego różnymi drogami i zauważył różnicę około pół procenta — zbyt małą, by ją zobaczyć bez dobrego aparatu, ale zbyt systematyczną, by zignorować. Ramsay usuwał z powietrza znane składniki, aż pozostawał gaz o nowym widmie. Nazwa argon, od greckiego „leniwy”, oddawała brak reaktywności, który wcześniej ukrywał pierwiastek przed chemikami. Odkrycie otworzyło drogę do rozpoznania całej grupy gazów szlachetnych i zmiany układu okresowego. To szczególnie piękny przypadek, bo nieznany składnik nie był rzadkim śladem: stanowił niemal jeden procent atmosfery. Problemem nie była ilość, lecz brak charakterystycznej reakcji chemicznej. Czasem nowy pierwiastek odkrywa się nie przez gwałtowny efekt, ale przez uporczywe pół procenta niezgodności.
Argon jest także dobrym przykładem różnicy pomiędzy „składnikiem powietrza” i „gazem cieplarnianym”. Choć jest znacznie obfitszy od CO₂, jednoatomowy Ar nie ma drgań molekularnych zdolnych efektywnie pochłaniać ziemskie promieniowanie podczerwone. Sama obfitość nie wyznacza więc wpływu radiacyjnego atmosfery.