Absolute Datierungsmethoden Dr. Gnoyke, Bi-GK 13.1 Methoden zur Altersbestimmung von Fossilfunden
Datierungsmethoden Datierungsmethoden relative Datierungsmethoden Absolute Datierungsmethoden z. B. Stratigrafie (Schichtenanalyse) z. B. Radiocarbonmethode Kalium-Argon-Methode Im Idealfall lagern sich jüngere über älteren Schichten ab. Die obersten Schichten und die darin eingebetteten Objekte sind also jünger als die darunter liegenden.
Sekundäre Höhenstrahlung Trifft die kosmische Strahlung, der sog. Sonnenwind, auf die Atmosphäre, so entstehen sehr viele verschiedene Teilchen. Die Strahlung wird aus diesem Grund sekundäre Höhenstrahlung genannt.
Entstehung des Kohlenstoffisotops 14 C Trifft ein Neutron der sekundären Höhenstrahlung auf einen Stickstoffkern, so kann das Kohlenstoffisotop 14 C entstehen. Dieses Isotop ist ein radioaktiver Betastrahler mit einer Halbwertszeit von 5730 a (Jahre). Es mischt sich mit den chemisch identischen und stabilen Kohlenstoffisotopen 12 C und 13 C.
Gleichgewichte in der Bio- und in der Atmosphäre Durch das Wettergeschehen werden 14C -Atome gleichmäßig in der gesamten Biosphäre der Erde verteilt. Auf lange Sicht stellen sich zwei Gleichgewichte ein: 1. Ein Gleichgewicht zwischen den der Biosphäre zerfallenen und den in der oberen Atmosphäre neu entstehenden Atomen. 2. Ein Gleichgewicht (fester Prozentsatz) zwischen 14C und 12C bzw. 13C-Atomen der Biosphäre.
Radioaktiver C in der Nahrungskette Durch die Fotosynthese wird der in der Luft als 14 CO 2 vorkommende radioaktive Kohlenstoff in die lebende Pflanze eingebaut. Er gelangt so in die Nahrungskette von Tier und Mensch. Nach dem Tod der Pflanze wird der 14 C-Kohlenstoff baut sich mit einer Halbwertszeit von T1/2 = 5730 a ab, der andere Kohlenstoff baut sich nicht ab.
Altersbestimmung der Fundprobe Möglichkeit 1: Ablesen der Altersuhr mit dem Zählrohr Bestimmen der Aktivitäten vergleichbarer Stoffmengen Kohlenstoff in der antiken Probe und in einer noch lebenden Probe: Da die Aktivität A(t) der Anzahl N(t) der noch unzerfallenen Kerne direkt proportional ist: A(t) = λ N(t) gilt auch: A(t) = A(0) e-λ t In dem Beispiel ist A(0) = 230 Becquerel pro kg Kohlenstoff und A(t) = 170 Becquerel pro kg Kohlenstoff.
Zeichnerische Lösung Vorüberlegung: Der Anfangswert 230 entspricht 1 im Diagramm. Der Endwert 170 entspricht 170 : 230 0,74 im Diagramm. Die Zeichnung ergibt etwa 0,42 Halbwertszeiten: 0,42 5730 a 2400 a Das Alter des Fundes ist 2400 Jahre.
Altersbestimmung der Fundprobe Möglichkeit 2: Ablesen der Altersuhr mit dem Massenspektrograph Man schickt 1 mg einer präparierten Kohlenstoffprobe des "Ötzis durch den Massenspektrographen und zählt die Anzahl der 14 C- Atome. Bei Ötzi zählt man N(t) = 2,3 10 5 dieser 14 C-Atome Bei einer Vergleichsprobe zählte man N(0) = 4,0 10 5 dieser 14 C-Atome.
Zeichnerische Lösung Vorüberlegung: Der Anfangswert 4,0 10 5 entspricht 1 im Diagramm. Der Endwert 2,3 10 5 entspricht 2,3 : 4,0 0,58 im Diagramm. Die Zeichnung ergibt etwa 0,79 Halbwertszeiten: 0,79 5730 a 4500 a Das Alter des Ötzis ist 4500 Jahre.
Der Erzeugung von 14C steht der ständige Zerfall gegenüber. In einem offenen System stellt sich so ein Gleichgewicht ein, so dass das Verhältnis von dem radioaktiven 14C zu den stabilen Isotopen 12C und 13C konstant bleibt. Bei Kohlenstoff liegt dieses Isotopen- Verhältnis 14C : 12C in der Atmosphäre bei 1 : 1012. Dieses Verhältnis findet man auch in allen lebenden Organismen, da bei Stoffwechsel-Prozessen alle Isotope eines Elementes in gleichem Maße beteiligt sind. Stirbt der Organismus ab, so findet nur noch der Zerfall des instabilen Isotops mit der Halbwertszeit von 5730 Jahren statt. Die14C-Uhr beginnt zu laufen.
Kalium-Argon-Methode Kalium-Argon-Datierung (K/Ar) Die Kalium-Argon-Datierung basiert wie die Radiokarbondatierung auf dem Prinzip des radioaktiven Zerfalls. Kalium 40 ist ein radioaktives Isotop des in den meisten Mineralien enthaltenen Elementes Kalium. Seine Halbwertszeit beträgt 1,3 Mrd. Jahre. Ein Zerfallsprodukt des K 40 ist das Edelgas Argon. Die Altersbestimmung ergibt sich aus der Messung des im Gestein enthaltenen Argon im Vergleich zum noch nicht zerfallenen Kaliumisotop K 40. Diese Methode wird vor allem bei Vulkangestein angewendet. Die frühen afrikanischen Hominiden-Fossilien werden meist über K/Ar datiert, da die Fundschichten lagenweise mit vulkanischem Tuff durchsetzt sind.