Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe Isotopengeochemie und Geochronologie

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Friederike Bachmeier
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1 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe

2 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe Ionium Datierung von Eis 2 Möglichkeiten von Ungleichgewichten in den U-Zerfallsreihen: a) Tochternuklid ist durch Fraktionierungsprozesse aus Reihe entfernt und somit vom Mutterisotop getrennt worden (Anreicherung des Tochterisotops im getrennten System): separater Zerfall nach Zerfallskonstante des Tochterisotops b) Fraktionierung von Mutter- und Tochterisotop derart, dass das Mutterisotop im getrennten System angereichert ist: zusätzlich gebildetes Tochterisotop bis das säkuläre Gleichgewicht wieder erreicht ist

3 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe Ionium-Methode ( 230 Th) Fraktionierung von U und Th im oxidativen Bereich (z.b. Verwitterung): U U VI, Th bleibt Th IV U bleibt sehr lange im Wasser (Grundwasser, Meerwasser): ca a Residenzzeit Th kurze Residenzzeit (ca. 300 a), wird in neugebildete Minerale eingeschlossen und adsorbiert Zusätzliches 230 Th in Sedimenten Zerfall von 230 Th wird zur Datierung verwendet (λ = a)

4 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe 234 U/ 238 U-Methode 234 U wird gegenüber 238 U im Wasser angereichert im Ozean Mischung aller Wässer Verhältnis der Aktivitäten von 234 U/ 238 U = 1.15 im Ozean Aktivität: A = cλn (c Zählrate, λ Zerfallskonstante, N Anzahl der Atome) Datierung mittels 234 U/ 238 U Datierung von Sedimenten, die aus dem Meeerwasser ausgefällt wurden (z.b. Karbonate)

5 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe 230 Th/ 238 U-Methode

6 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe 230 Th/ 234 U-Methode

7 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe Ungleichgewichte in Vulkaniten Fraktionierung von 238 U zu 230 Th während der Schmelzprozesse: excess 230 Th A( 230 Th) A( 230 Th) A( 238 U) A( 232 Th) A( 232 Th) (e λ230t ) A( 232 Th) excess (1 e λ230t ) 230 Th aus excess Th 230 Th aus 238 U-Zerfall

8 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe Methode eignet sich zur Datierung von jungen Vulkaniten: 1000 bis a

9 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe

10 Datierung mittels Ungleichgewichten der Uran-Zerfallsreihe

11 Sulfide (Galenit, Pyrit, Chalkopyrit) Feldspäte Gesteine

13 Geochrone = Isochrone mit 4.55 Ga Meteorite und rezentes Erdmaterial

14 1. Einstufen-Modell

16 Zur Zeit t 206 Pb 206 Pb 238 U 238 U 204 ( e Pb 204 Pb 204 Pb λ238t -1) 204 Pb i ( e λ238t -1) 206 Pb 206 Pb 238 U 204 Pb 204 Pb 204 Pb ( eλ238t -e λ238t ) a 0 µ i a 0 = 9, Pb µ b 204 Pb 137,88 ( eλ235t -e λ235t 0 ) b 0 = 10, Pb 204 Pb c ( e λ232t -e λ232t 0 ω ) c 0 = 29,475

17 aber einige Sulfid- Lagerstätten kamen rechts von der Geochrone zu liegen

18 2. Zweistufen-Modell Bei 3.7 Ga erhöht sich µ sprunghaft von auf = Modell der Entwicklung der Erdkruste

19 3. Kontinuierliches Modell (Cumming & Richards, 1975) 4. Plumbotektonisches Modell (Doe & Zartmann, 1979)

21 Informationen des Pb/Pb-Systems a) Altersabschätzung (Modellalter) b) Pb-Isotopengeochemie zur Herkunftsbestimmung

25 Einige Anwendungsbeispiele 1. Herkunft und genetische Beziehung von Lagerstätten ( fingerprint ) Fiedler (2001)

26 2. Herkunft archäometrischer Funde

27 3. Umweltverschmutzung Quellen

28 Bracke (1997)

29 Horn et M. al. Tichomirowa (1993)

30 Horn et al. (1993)

31 Die verwendeten Abbildungen sind aus: - Faure G. (1986): Principles of Isotope Geology, J. Wiley & Sons (eds), New York, 589 pp. - Stosch H.-G. (1999): Einführung in die Isotopengeochemie, Vorlesungsscript, 226 S. im Internet zu finden: - Geyh M. A. & Schleicher H. (1990): Absolute Age Determinations. Physical and Chemical Dating Methods and their Application, Springer Verlag, Berlin, 503 pp. - Bracke G. (1997): Bleiisotope als Tracer für Umweltbelastungen in der Uranbergbaufolgelandschaft Schlema-Alberoda/ Sachsen, Tübinger Geowissenschaftliche Arbeiten 5/98, 136 S. - Bracke G. & Satir M. (1994): Isotopenverhältnisse zur Herkunftsbestimmung der Bleibelastung im Uranerzbergbaugebiet Schlema (Sachsen), Europ. J. Mineralogy, 6, Beiheft 1, Fiedler F. (2001): Bleiisotopie und geochemische Untersuchungen kupferführender Polymetallsulfidlagerstätten im Erzgebirge, Granulitgebirge, Slavkovsky Les und Vergleichsgebieten, unveröff. Diplomarbeit, TU Bergakademie Freiberg, 182 S. - Horn P., Hölzl S., Schaaf P. (1993): Pb- und Sr Isotopensignaturen als Herkunftsindikatoren für anthropogene und geogene Kontamination, Isotopenpraxis, 28,

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