Ganz spontan - die Kern- spaltung als geologische Uhr

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Herbert Adenauer
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1 Ganz spontan - die Kern- spaltung als geologische Uhr Ursula Weber Max-Planck Planck-Institut für Kernphysik Forschungsstelle Archäometrie

2 Warum machen wir das? Wir wollen herausfinden Wie alt ist dieses Gestein? Wann waren bestimmte Temperaturen erreicht? Wann fanden archäologische Ereignisse statt? Basaltsäulen Dazu gibt es viele verschiedene Datierungsmethoden Foto: W.J.Pilsak Ursula Weber, MPI-K 2

3 G.A. Wagner Ursula Weber, MPI-K 3

4 Was sind Spaltspuren? 5mm Spaltspuren im Apatitkristall Gleadow et al., 2002 Ursula Weber, MPI-K 4

5 Wie entstehen Spaltspuren? Spontane Kernspaltung von 238 U 136 Xe 95 MeV 100 Sr 70 MeV + 2 n Ursula Weber, MPI-K 5

6 Was passiert im Kristallgitter? HNO 3 Gleadow et al., 2002 Ursula Weber, MPI-K 6

7 Apatite mit angeätzten Spaltspuren 100 µm G.A. Wagner Ursula Weber, MPI-K 7

8 Methode Wir wissen die Halbwertszeit der spontanen Kernspaltung von 238 U. Wir können die Spaltspuren zählen und somit herausfinden, wieviel 238 U zerfallen ist. Wir können ein Alter errechnen, wenn wir herausfinden, wie hoch die Konzentration von im Kristall ist. von U Ursula Weber, MPI-K 8

9 Methode Gleadow et al., 2002 Ursula Weber, MPI-K 9

10 Apatit - Spaltspurenprobe Apatitkörner in Epoxyharz gegossen Detektor Glimmer A Glasträger Ursula Weber, MPI-K 10

11 Spaltspurenanalytik - Labor U. Glasmacher Ursula Weber, MPI-K 11

12 Spaltspurenalter - Zerfallsgleichung D* N = ( ) e λt 1 D* = Anzahl der zerfallenen Atome (Spaltspuren) N = Anzahl der Elternatome 238 U t = Zeit λ = Zerfallsrate des 238 U Ursula Weber, MPI-K 12

13 Stabilität der Spaltspuren Spaltspuren kommen nur unterhalb einer mineralspezifischen Temperatur vor, in Apatit unterhalb von ~110 C. Bei höherer Temperatur verkürzen sich die Spuren über längere Zeiträume verschwinden die Spuren ganz. Dabei verheilt das Kristallgitter und die Atome nehmen ihre Ausgangsposition im Kristallgitter wieder ein. Unterhalb von 60 C in Apatit sind die Spuren stabil zwischen C werden die Spuren mit der Zeit in diesem Temperaturbereich verkürzt. Ursula Weber, MPI-K 13

14 Längenmessung der Spaltspuren Spaltspuren im Apatitkristall Gleadow et al., 2002 Ursula Weber, MPI-K 14

15 Anwendungsbeispiele - Geologie Abhängigkeit der Spaltspuren von Zeit und Temperatur ist von großem Nutzen in der Geologie Modellierung der thermischen Geschichte eines Gesteins mit Spaltspurendaten T(ºC) 60º 110º PAZ Gestein an der Erdoberfläche - heute time (Ma) Gestein in ca. 5 km Tiefe in der Erdkruste - vor 150 Millionen Jahren Ursula Weber, MPI-K 15

16 Anwendungsbeispiele - Geologie Bergell Massiv Apatit Spaltspuren Hebungsraten: 0,3 mm/jahr G.A. Wagner Ursula Weber, MPI-K 16

17 Anwendungsbeispiele - Geologie Ausnahme: wenn Gestein sehr schnell abkühlt wie bei einem Vulkanausbruch ist das Spaltspurenalter auch ein direktes Entstehungsalter Ursula Weber, MPI-K 17

Wagner AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan die Kernspaltung

18 Anwendungsbeispiele - Archäologie geological FT-age: 2.0 ± 0.2 Ma archaeological FT-age: 3.5 ± 0.35 ka PHYSIK G.A. Wagner AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan die Kernspaltung Obsidian, als geologische Uhr Cerro Ursula Tefa Weber, MPI-K / Kolumbien 18

19 Anwendungsbeispiele - Archäologie FT Afrika FT zircon 1.87 ± 0.04 Ma (Gleadow 1980) G.A. Wagner Ursula Weber, MPI-K 19

20 Anwendungsbeispiele - Archäologie Urangläser sind recht gut zu datieren Echtheitsdatierungen G.A. Wagner Ursula Weber, MPI-K 20

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