氩是一种广泛存在于自然界中的惰性气体元素，具有三种稳定同位素：³⁶Ar、³⁸Ar和⁴⁰Ar。其中，⁴⁰Ar是来源于放射性衰变。 在自然界中，氩同位素的分布和演化过程受多种因素的影响，包括地球内部物质循环、大气层演化、水体循环和岩石圈作用等。例如，地壳中的岩石和矿物可以释放氩气。通过对氩同位素在不同环境中的分布和比例进行研究，可以探究地球内部的物质循环和演化历史，以及地球表层环境的变化和演化过程。  在自然界中，⁴⁰Ar/³⁶Ar比值的范围非常广泛，通常在 300 到 2000 之间，具体数值取决于样品来源和演化历史。在大气中，⁴⁰Ar/³⁶Ar比值约为 298.56。大气中的氩主要来源于地球内部的放射性元素（如钾、钙等）在衰变过程中会产生氩气，其中^40Ar是最主要的同位素。这些氩气从地下逸出到地表，然后通过大气的循环过程进入到大气中。除此，太阳风中含有大量的气体分子和离子，其中也包括氩气。这些氩气会随着太阳风穿过地球的磁场层，进入到地球的大气中。

     地壳来源的氩气主要来自于地球内部的放射性元素衰变。地球的地壳主要由岩石组成，而这些岩石中含有放射性同位素，如钾、钙等，这些同位素在衰变过程中会产生氩气。这些氩气通过岩石中的气孔和裂隙进入到地表，然后经过大气的循环过程，部分氩气被吸附到沉积物和岩石中，而另一部分则进入到大气中。在地壳和岩石中，⁴⁰Ar/³⁶ArAr比值通常高于大气中的比值，因为地壳和岩石中的氩气主要来自于钾和钙等放射性元素的衰变，这些元素中含有⁴⁰K和⁴⁰Ca。  需要注意的是，不同岩石和矿物中的⁴⁰Ar/³⁶ArAr比值也可能存在差异，这是由于岩石和矿物中的氩气来源和演化历史不同所致。因此，在使用⁴⁰Ar/³⁶Arr比值测定岩石或矿物年龄时，需要根据具体样品的特征和演化历史进行综合分析。  氩同位素地球化学的研究涉及到多个领域，如地球化学、矿物学、地球物理学、环境科学等。目前，氩同位素地球化学已广泛应用于地质年代学、地球内部物质循环和演化历史、矿床成因研究、地下水和大气层演化等领域，为人类认识地球的历史和未来提供了重要的科学依据。

氩稀有气体同位素地球化学应用领域：

1.地球年代学：氩同位素定年是一种广泛应用于地质和行星科学领域的放射性同位素定年方法。氩同位素定年是基于地球内部放射性同位素的衰变过程，通过测量同位素比值来确定地质事件的年代。氩同位素定年主要应用于岩石和矿物的年代测定，其中最常见的应用是钾-氩(K-Ar)定年和氩-氩(Ar-Ar)定年。K-Ar定年是通过钾同位素衰变产生的氩同位素进行年代测定，而Ar-Ar定年则是通过同位素分析确定样品中不同氩同位素的比例，进而计算出样品的年龄。K-Ar定年和Ar-Ar定年都基于同位素分析技术，测定样品中的氩同位素比例。

   在K-Ar定年中，样品中的钾同位素衰变成⁴⁰Ar和⁴⁰Ca，其中⁴⁰Ca不参与年代测定，而⁴⁰Ar是稳定的惰性气体，因此被认为是年代测定的“时钟”。“K-Ar时钟”测定的是钾元素衰变所产生的⁴⁰Ar和初始样品中自由氩气（指不来自钾元素衰变）的比例，从而确定样品的年代。在Ar-Ar定年中，除了测量样品中的⁴⁰Ar含量，还需要同时测量样品中的³⁹Ar含量，以消除样品中原有的⁴⁰Ar对年龄计算的影响。通过测量样品中⁴⁰Ar和^39Ar的比例，可以计算出样品的年龄。

2.油气地球化学研究： 稀有气体同位素（氦/氩等）在石油和天然气勘探开发中发挥了重要作用。稀有气体同位素实验室可对天然气等样品的同位素组成进行分析，从而可以确定其来源和成因。通过测量天然气中氦同位素的比例，可以推断出气体来源和储存条件，这对于油气勘探中的矿藏定位和评估至关重要。其次，还可以对断层气等样品的稀有气体同位素组成进行分析，帮助确定断层气的来源和运移路径，进而推断出潜在的油气藏位置和储集条件。此外，还可以对矿物岩石包裹体进行同位素组成分析，该分析可用于判断包裹体中气体的来源和演化历史，从而更好地理解油气成因和运移过程。稀有气体同位素在油气地球化学领域中的应用非常广泛，为油气勘探开发提供了重要的技术支持和参考依据

3.地球内部物质循环和演化历史：氩同位素地球化学可以用于研究地球内部物质的循环和演化历史。通过测定不同地质环境中氩同位素的比例，可以推断地壳、地幔和核的组成和演化历史。⁴⁰Ar/³⁶Ar比值可以用来判断地幔岩石的演化历史。由于地幔中的氩气主要来自于地球内部的放射性元素衰变，因此地幔中的⁴⁰Ar/³⁶Ar比值通常较大，约为 2000 左右。但是，地幔中的⁴⁰Ar/³⁶Ar比值也会受到地幔柱状流的影响，因为地幔柱状流的上升过程中可能会导致气体的分离和混合，从而改变地幔中氩同位素的比值。

4.矿床成因研究：氩同位素地球化学可以用于研究矿床的成因。在矿床形成过程中，氩同位素的分布和比例会受到多种因素的影响，如地质作用、流体运移、氧化还原状态等。通过对氩同位素在矿床中的分布和比例进行研究，可以揭示矿床的形成过程和矿床成因机制。

5.地下水和大气层演化：氩同位素地球化学可以用于研究地下水和大气层的演化。地下水和大气层中的氩同位素组成和比例会受到多种因素的影响，如水循环、地质作用等。通过对氩同位素在地下水和大气层中的分布和比例进行研究，可以揭示水文循环机制。

稀有气体同位素质谱

图片及资料来源：中科院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心稀有气体同位素实验室网站http://www.lig.cas.cn/huaxuefenxi/sypt/202209/t20220917_6514078.html