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Radiometrische Altersbestimmungen

Erdzeitalter

Evolution

Die Radiokarbonmethode

Die Radiokarbon - Bestimmungsmethode beruht darauf, dass Radioaktive Stoffe (Isotopen) in einer genau bestimmten Halbwertszeit zerfallen. Dies bedeutet dass nach dieser Zeit nur noch die Hälfte aller Isotopen vorhanden ist.

Mittels der Radiokarbonmethode können organische Überreste bis zu einem Alter von ca. 50.000 Jahren bestimmt werden. Dazu bedient man sich dem Umstand das es ein radioaktives Kohlenstoffisotop gibt, das 14C. Dieses Isotop wird in den höheren Schichten der Atmosphäre durch die Kosmische Strahlung gebildet.

Diese Kosmische Strahlung (Bzw. die Primärstrahlung) besteht aus Protonen (p+) (80 %), Alphateilchen (19%) sowie anderen Atomen.

Durch diese Strahlung werden in den obersten Atmoshärenschichten freie Neutronen (n) dargestellt. Trifft dieses auf ein Stickstoff Isotop (14N), so erfolgt eine Kernreaktion in der das Neutron eingefangen wird. (Und gleichzeitig ein Proton abgespalten). Daraus entsteht der Radioaktive 14C Kern.

In der Luft kommt dieses heutzutage im Gesamtkohlenstoffgehalt zu 0,0000000001% Prozent vor(Neben 12C zu 98,89% und 13C zu 1,11%, wobei diese Isotope aber stabil sind). Diese drei Isotope werden natürlich in den normalen Kohlenstoffkreislauf aufgenommen.

Wenn nun ein Organismus stirbt, stoppt dies die Aufnahme von Kohlenstoff, und damit auch die Aufnahme von 14C. Dieses zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren. Dabei passiert nun folgendes: Das 14C zerfällt unter Abgabe eines Elektrons (e-) wieder in 14N.

Abb.1 Schematischer Kreislauf von 14C

Analytik

Um nun herauszufinden wie viel 14C bereits zerfallen ist, und damit das Alter einer Probe zu bestimmen, kann man sich zwei Methoden bedienen. Die erste ist die "klassische" Methode im Zählrohr.

Dabei wird die Probe chemisch so aufbereitet wird das diese nur noch Kohlenstoff (Also 12C, 13C und 14C) enthält. Durch Messen des Zerfalls Von 14C zu 14N kann dann die Menge bestimmt werden. Problematisch dabei ist aber das durch den extrem geringen Anteil an 14C (Welcher ja aufgrund der Halbwertszeit noch geringer ist als im Ausgangsstadium) sehr lange Messzeiten sowie eine große Menge an Probenmaterial benötigt wird.

Die zweite Methode ist die AMS Methode.

Dabei wird ein Massenspektrometer (mit vorgeschaltetem Beschleuniger) verwendet. Diese ist bekannt unter dem Namen AMS (Accelerator Mass Spectrometry). Da diese Geräte etwas komplexer aufgebaut sind, hier nur eine kurze Einführung zu deren Funktion:

Die einzelnen Atome werden ionisiert (Haben also eine Negative Ladung) und werden über den Beschleuniger in ein Massenspektrometer geschossen wo diese Aufgrund eines elektr. Feldes angezogen werden. Je nach Masse des Atoms werden diese stärker oder schwächer abgelenkt und treffen so früher oder später auf den Ionensammler, welcher dies als elektrisches Signal registriert.

Da hier direkt die Menge des 14C bestimmt wird ist diese Methode wesentlich genauer und erlaubt bessere Datierungen bei geringerer Probenmenge.

Die so ermittelten Radiokarbon Jahre sind aber nicht gleich den Kalenderjahren.

Man muss also die 14C Jahre (Welche eine konstante 14C Entstehungsrate voraussetzen) umrechnen in Kalenderjahre und so Schwankungen ausgleichen, da die 14C Entstehungsrate abhängig von der Höhenstrahlung nicht konstant war.

Dabei entsteht das Problem wie man den 14C Gehalt vergangener Jahrtausende bestimmen kann. Da man diese nicht direkt messen kann (Eine Probenname ist ja schlecht möglich) bedient man sich z.B. den Umweg der Dendrochronologie. Aber auch Warfenbildung in Eiskernen wird als Eichrefenenz herangezogen.

Wie geht man dabei vor?

Am Beispiel der Dendrochronologie kann man dies sehr gut erklären.

Baumringe sind ja im Wachstum geprägt vom Klima, bzw. Winter / Sommer. Je nachdem wie hart Winter ausfallen und wie mild Sommer sind, ergibt sich in Baumringen ein spezifisches Muster. Durch Überlappung verschieden alter Holzstücke kann dies in Einklang gebracht werden, und durch Auszählen auch das Alter in Kalenderjahren. Durch die 14C Messung kann nun das 14C Alter bestimmt werden. Über eine Eichkurve kann so die Umrechnung von Proben von 14C Alter zu Kalenderjahren erfolgen.

Analog zu dieser Methode ist auch die Kalibrierung von Warven, nur mit dem Unterschied das diese weitaus älter sein können.

Mittels Eisbohrkernen kommt man dann sogar auf die oben genannten 50.000 Jahre. Die Kerne selber gehen sogar noch weiter zurück, allerdings lässt sich da durch den 14C Zerfall nicht mehr allzu viel messen

Bei beiden Methoden (Warfen und Eisbohrkernen) kann man sich den Umstand zunutze machen dass durch jährliche Klimaschwankungen (Sommer und Winter) unterschiedliche Inhaltstoffe (Eben auch organisches Material und damit 14C) in die Schichten eingelagert werden. Diese kann man auszählen, wie Baumringe.

Mit diesen Methoden kann man also die Schwankungen des 14C Gehaltes in der Messung ausgleichen. Das einzige Problem das die Messungen verfälschen kann ist Kontamination der Proben.

Bildquellen:

Abb.1: Herkunft unbekannt (Internet)

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