Absolute Datierungsmethoden

Absolute Datierungsmethoden
Dr. Gnoyke, Bi-GK 13.1
Methoden zur Altersbestimmung
von Fossilfunden
Datierungsmethoden
Datierungsmethoden
relative
Datierungsmethoden
z. B.
Stratigrafie
(Schichtenanalyse)
Im Idealfall lagern sich jüngere über älteren
Schichten ab. Die obersten Schichten und
die darin eingebetteten Objekte sind also
jünger als die darunter liegenden.
Absolute
Datierungsmethoden
z. B.
Radiocarbonmethode
Kalium-Argon-Methode
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 14C
Trifft ein Neutron der
sekundären Höhenstrahlung auf
einen Stickstoffkern, so kann
das Kohlenstoffisotop 14C
entstehen.
Dieses Isotop ist ein radioaktiver
Betastrahler mit einer
Halbwertszeit von 5730 a
(Jahre). Es mischt sich mit den
chemisch identischen und
stabilen Kohlenstoffisotopen 12C
und 13C.
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 14CO2
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 14C-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 14CAtome.

Bei Ötzi zählt man N(t) =
2,3·105 dieser 14C-Atome
Bei einer Vergleichsprobe
zählte man N(0) = 4,0·105
dieser 14C-Atome.
Zeichnerische Lösung

Vorüberlegung:
Der Anfangswert
4,0·105 entspricht 1 im
Diagramm.
Der Endwert 2,3·105
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 IsotopenVerhältnis 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.