a) radiometrische Altersdatierung (aufgrund instabiler Isotope)

Kalium-Argon-Methode

Liegen ältere Fossilien vor, so verwendet man die Kalium-Argon-Methode. Hierbei kann man ehemals geschmolzenem Gestein benutzen. Wenn z.B. Lava ausbricht und darin enthaltenes Kalium zu Argon zerfällt, so entweicht das Argon. Wird die Lava allerdings zu Vulkangestein, dann kann Argon nicht mehr entweichen und sammelt sich an. Es wird also das Verhältnis von Kalium zu Argon gemessen. Je weniger Kalium und je mehr Argon, desto älter das Gestein. Die Halbwertszeit von Kalium beträgt 1,28 Mrd. Jahre.

BEISPIEL: Geologische Erkenntnisse über Fossilien, Meteoriten und Apollo-Mondproben, sowie das Alter unseres Sonnensystems (4,6 Mrd. Jahre) wurden mit Hilfe dieser Methode datiert.

Bild von Huhu Uet

Das Bild zeigt die Apollo 17- Mission, die letzte Mondmission bis heute. Das dort gefundene Mondgestein wurde mittels der Kalium-Argon-Methode datiert.

Uran-Blei-Methode

Die Uran-Blei-Datierung ist eine absolute Datierungsmethode, bei der die radioaktiven Zerfallsreihen von Uran zu Blei ausgenutzt werden, um Proben zu datieren. Durch das Verhältnis von Uran zu Blei kann dann das Alter der Probe ermittelt werden.

BEISPIEL: Irdisches Gestein oder auch Meteoriten wurden datiert. Das heute angenommene Alter der Erde von 4,55 Milliarden Jahren wurde zuerst von Clair Cameron Patterson mit der Uran-Blei-Datierung bestimmt.

Methode: Erstellen einer Zerfallsgleichung Zuerst sucht man das radioaktive Isotop in einer so genannten Karlsruher Nuklidkarte, die alle Isotope eines Elements enthält. Aus der Nuklidkarte kann man auch die jeweilige Strahlungsarten (alpha-, beta- Strahlung), die Atommasse und die Halbwertszeit herauslesen. Im nebenstehenden Beispiel beginnt die Zerfallsreihe mit dem radioaktiven Nuklid 23592 U. Um den weiteren Zerfall in der Gleichung darzustellen, muss man die Strahlungsart herauslesen. Uran ist ein alpha-Strahler, also kann man auf die rechte Seite der Gleichung schreiben:42alpha. (=> Bei Alphazerfall trägt das Alphateilchen zwei Protonen und zwei Neutronen fort.) Als nächsten Schritt sucht man das aus der nun erstellten Gleichung entstandene Isotop (23190 Th), ermittelt die Strahlungsart (hier: beta- Strahlung) und führt die Zerfallsreihe fort. (=> Bei Betazerfall verliert das Atom ein Elektron). Des Weiteren entsteht beim Kernzerfall sogenannte Gammastrahlung. Diese Strahlungsart begleitet immer Alpha- und Betastrahlung und ist äußerst energiereich. Sie hat auch im Gegensatz zu Alpha- (Zentimeterbereich) umd Betastrahlung (Meterbereich) eine weitaus größere Reichweite und kann zum Beispiel mit einer dicken Bleiplatte nur zu ungefähr 50% absorbiert werden. Als einzige dieser drei Strahlungsarten kann sie weder in Magnet- noch in Elektrischen Feldern abgelenkt werden.

Nachdem ihr jetzt wisst wie, seid Ihr an der Reihe, nun könnt ihr die Zerfallsreihe von²³⁵₉₂ Uran zu ²²⁷₉₀Thorium entwickeln. (Tipp: Die Nuklidkarte hilft euch!)

Die (animierten) Lösung versteckt sich unter den Quiz-karten!

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Tritium-Methode

Die Tritiummethode ist eine kostengünstige Analysemethode unter Verwendung des Wasserstoffisotops Tritium. Sie wird in der Geschichtsforschung zur Datierung von Weinen, Wasserproben und wasserhaltigen Funden (gelagert->kein Einfluss durch Atomversuche) ab 1954 verwendet. Bei Gewässern ist die Zeitspanne, die das Wasser im Untergrund verweilte und zirkulierte, seit der Niederschlag im Untergrund versickert ist, die Verweildauer. Sie ist ein Maß für die Dauer der Reinigungs- bzw. Filterwirkung des geologischen Untergrundes. Da sich im Grund- oder Mineralwasser jedoch die Niederschläge mehrerer Jahrgänge vermischen, lässt sich keine exakte Verweildauer errechnen, man spricht daher von einer mittleren Verweilzeit. Speziell in der Tritiumgehaltsbestimmung sind mittlere Verweilzeiten von einigen Jahren bis zu mehreren Jahrzehnten möglich.

Das heute in der Hydrosphäre vorhandene Tritium stammt zum größten Teil aus den Kernwaffenversuchen der Jahre 1953 bis 1963. Das Maximum des Inputs wurde etwa 1963 erreicht. Während der Niederschläge in diesen Jahren stieg die Tritiumkonzentration um mehr als das Tausendfache der natürlichen Konzentration an. Bei Proben aus früheren Zeiten in denen natürliches Tritium enthalten ist, ist die Tritiummethode trotzdem anwendbar. Tritium gehört wohl mit zu den bedeutendsten Umweltisotopen in der Hydrogeologie, nicht nur seitdem große Mengen an Tritium durch atmosphärische Atomtests in den Wasserkreislauf eingebracht wurden.

BEISPIEL: Der Tritiumgehalt in Niederschlägen wird von der International Atomic Energy Agency (IAEA) und der World Meteorological Organisation (WMO) weltweit monatsweise gemessen. Aufgrund seiner kurzen Halbwertszeit (12,33 Jahrte) sind kontinuierlich abnehmende Tritium-Gehalte festzustellen.

Aufbau eines Tritium-Moleküls

C14-Datierung

Hier geht's zur genauen Erklärung der C14-Methode.

b) dosimetrische Altersdatierung (aufgrund von Strahlenschäden)

Thermolumineszenz-Methode

Thermolumineszenz wird in der Archäologie als Methode zur Altersbestimmung von Keramikobjekten oder anderweitig gebrannten Artefakten verwendet. Sie dient dabei als Ergänzung zur C14-Datierung, insbesondere dort, wo Datierungen jenseits der begrenzten Reichweite der C14-Datierung benötigt werden oder wo kein organisches Material zur Verfügung steht. Geringe Mengen radioaktiver Substanzen in den Rohstoffen der Keramik setzen beim Zerfall Energie frei, wodurch der Thermolumineszenz-Effekt angereichert wird (innere Quellen). Zudem trägt - je nach Lagerung der Funde im Boden - Kosmische Strahlung und auch das umgebende Sediment zu dieser Aufladung bei (äußere Quellen). Die Methode ist kompliziert und ihre Genauigkeit begrenzt. Sie liegt bei etwa 10% des geschätzten Alters der Probe. Ihre Reichweite beträgt mehr als 50.000 Jahre, je nach gemessenen Objekten. Unter guten Voraussetzungen wurden auch 500.000 Jahre erreicht. Ebenfalls verwendet wurde die Methode zur zeitliche Zuordnung aufgrund von Sedimenten. Geologische Altersbestimmung nach dem Prinzip: Untere Schichten sind eher abgelagert worden als obere, und somit sind ältere Schichten unter jüngeren zu finden (Stratigraphisches Prinzip= Sedimentschichten im Liegenden („unten“) sind älter als Sedimentschichten im Hangenden (geologischer Begriff für „oben“)).

DATIERUNG: Zur Altersbestimmung werden die keramischen Proben unter Laborbedingungen ausgeheizt, wobei Energie in Form von sichtbaren Lichtimpulsen frei wird. Diese Energie ist Maß für die radioaktive Eigen-­ und Umgebungsstrahlung welche auf die Mineralien der Keramik seit des letzten Brennens einwirken konnte. Je mehr Eigen­- und Umgebungsstrahlung gespeichert wurde, desto älter ist die Keramik einzuordnen.

BEISPIEL: Bronze-Skulpturen, -Platten, -Anhänger und -Gedenkköpfe werden mittels Thermolumineszenz datiert, hierbei wird jedoch mindestens eine Gusskern-Masse von 40-200mg benötigt, um durch Testreihen von ca. 10 Proben ein recht genaues Entstehungsdatum feststellen zu können. Man benötigt den Gusskern, da sich in ihm die wenigsten Unreinheiten im Metall befinden und somit keine Verfälschung durch z.B. zermahlenen Ton entstehen. Wenn zudem die Temperaturen beim Schmelzvorgang nicht hoch genug waren, kann es sein, dass die "innere Uhr" nicht auf "null gestellt" wurde und das ürsprüngliche Entstehungsdatum(z.B. ein Vulkanausbruch) als Ergebnis herauskommmt.

Durch die Thermolumineszenz-Methode konnten diese drei Bronzestatuen aus Japan auf das Jahr 1709 datiert werden.