Radiometrische Datierung – Wikipedia. Grundlagen der radiometrischen Datierung. Bearbeiten. Alle gewöhnliche Materie ist aus Kombinationen chemischer Elemente zusammengesetzt. Jedes chemische Element hat seine eigene Ordnungszahl, welche die Anzahl der Protonen im Atomkern des chemischen Elements angibt. Neben den Protonen tragen alle chemischen Elemente außer Wasserstoff eine Anzahl von Neutronen im Atomkern. Die Elemente können in verschiedenen Isotopen vorkommen, wobei sich die Isotope eines Elementes nur durch die Anzahl der Neutronen in ihren Kernen unterscheiden und eine gleiche Anzahl an Protonen haben und deshalb mit der gleichen Ordnungszahl einem chemischen Element untergeordnet sind. Ein bestimmtes Isotop eines bestimmten Elements nennt man Nuklid. Einige Nuklide sind instabil. Das heißt, zu einem zufälligen Zeitpunkt wird ein Atom eines solchen Nuklids in ein anderes Nuklid umgewandelt, diesen Prozess nennt man Radioaktiven Zerfall. Diese Umwandlung geht einher mit der Emission solcher Teilchen wie Elektronen (sog. Betastrahlung) oder Alphateilchen. Während der Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Kern zerfällt, zufällig ist, zerfallen in einer hinreichend großen Ansammlung von Atomen eines radioaktiven Nuklids exponentiell zufällig jeweils einzelne Atome mit einer Rate, die durch einen als Halbwertszeit bezeichneten Parameter beschrieben werden kann und typisch für ein Nuklid ist. Die Halbwertszeit wird in der Regel in Jahren angegeben, wenn es um Datierungsmethoden geht. Wenn eine Halbwertszeit vergangen ist, ist etwa eine Hälfte der Atome des betreffenden Nuklids zerfallen. Viele radioaktive Substanzen zerfallen von einem Nuklid zu einem finalen, stabilen Zerfallsprodukt in einer Serie von Schritten, die als Zerfallskette bezeichnet werden. In diesem Fall ist die angegebene Halbwertszeit normalerweise die dominante (längste) der gesamten Kette, nicht nur ein Schritt in der Kette. Nuklide, die zur Radiometrischen Datierung verwendet werden, können Halbwertszeiten zwischen einigen Tausend bis zu einigen Milliarden Jahren haben. In den meisten Fällen beruht die Halbwertszeit eines Nuklids ausschließlich auf der Beschaffenheit seines Kerns; sie wird nicht von der Temperatur, der chemischen Umgebung, Magnetfeldern oder elektrischen Feldern beeinflusst.[1] Die Halbwertszeit jedes Nuklids wird als konstant über die Zeit angenommen. Obwohl der Zerfall durch radioaktiven Beschuss beschleunigt werden kann, hinterlässt solcher Beschuss normalerweise Spuren. Deshalb ändert sich in jedem Material, das ein radioaktives Nuklid enthält, das Verhältnis des ursprünglichen Nuklids zu seinen Zerfallsprodukten in vorhersagbarer Weise, während das Nuklid zerfällt. Diese Vorhersagbarkeit erlaubt es, die relative Häufigkeit verwandter Nuklide als Zeitmesser zu benutzen, der die Zeit angibt, die von der Aufnahme der ursprünglichen Nuklide in das Untersuchungsmaterial bis zur Gegenwart verstrichen ist. Die Vorgänge, durch die bestimmte Materialien entstehen, sind oft ziemlich selektiv, was die Aufnahme bestimmter Elemente während der Entstehung angeht. Im Idealfall nimmt das Material das Ursprungsnuklid auf, das Zerfallsprodukt aber nicht. In diesem Fall müssen alle Zerfallsprodukte, die bei der Untersuchung gefunden werden, seit der Entstehung des Materials entstanden sein. Wenn ein Material sowohl die ursprünglichen Nuklide als auch die Zerfallsprodukte bei seiner Bildung aufnimmt, kann es notwendig sein, davon auszugehen, dass die anfänglichen Mengenverhältnisse der radioaktiven Substanz und ihres Zerfallsproduktes bekannt sind. Das Zerfallsprodukt sollte kein Gas mit kleinen Molekülen sein, das aus dem Material entweichen kann, und es muss selbst eine ausreichend lange Halbwertszeit haben, um in ausreichenden Mengen vorhanden zu sein. Zusätzlich sollten das Ausgangselement und das Zerfallsprodukt nicht in nennenswerten Mengen durch andere Reaktionen erzeugt oder vermindert werden. Die Prozeduren, die genutzt werden, um die Reaktionsprodukte zu isolieren und zu analysieren, sollten direkt und verlässlich sein. Wenn ein Material, das die Zerfallsprodukte selektiv absondert, erhitzt wird, gehen alle Zerfallsprodukte, die sich im Laufe der Zeit angesammelt haben, durch Diffusion verloren, so dass die Isotopen- „Uhr“ auf Null zurückgesetzt wird. Die Temperatur, bei der dies geschieht, wird „Sperrtemperatur“ genannt und ist spezifisch für ein bestimmtes Material. Im Gegensatz zu den einfachen radiometrischen Datierungsmethoden benötigt die Isochrone Datierung, die für viele isotopische Zerfallsketten (z. B. Rubidium- Strontium- Zerfallskette) genutzt werden kann, kein Wissen über die ursprünglichen Verhältnisse. Ebenso kann die Argon- Argon- Datierungsmethode für die Kalium- Argon- Zerfallskette genutzt werden, um sicherzustellen, dass kein anfängliches 4. Ar vorhanden war. Geschichte der Methode. Bearbeiten. Erste Ideen zur Nutzung der konstanten Zerfallsrate eines radioaktiven Stoffes zwecks Altersbestimmung von Mineralen hatte zu Beginn des 2.
Hinsichtlich der Datierung fossiler Funde gibt es unterschiedliche Verfahren, die für verschiedene Zeiträume relevant sind. die relative und absolute Datierung. Jahrhunderts Ernest Rutherford. Pionier bei der Anwendung dieser Methode für die absolute Altersbestimmung von Gesteinen war Bertram Boltwood. Boltwood erstmals das absolute Alter von Gesteinen mithilfe des Zerfalls von Uran datierten. Seine Datierung für Gesteine in Sri Lanka zeigte ein Alter von 2,2 Mrd. Jahren. [2]Geht man davon aus, dass die radioaktiven Ausgangselemente zu stabilen Endprodukten zerfallen, ist die mathematische Gleichung, die radioaktiven Zerfall mit der geologischen Zeit verknüpft (die Alters- Gleichung) wie folgt[3]: t=1λln(1+DP){\displaystyle t={\frac {1}{\lambda }}{\ln \left(1+{\frac {D}{P}}\right)}} mitt={\displaystyle t=} Alter der Probe. D={\displaystyle D=} Anzahl der Atome des Zerfallsprodukts in der Probe. P={\displaystyle P=} Anzahl der Atome des Ausgangsisotops in der Probeλ={\displaystyle \lambda =} Zerfallskonstante des Ausgangsisotops (λ=ln(2)t. Logarithmus. Obwohl die radiometrische Datierung prinzipiell genau ist, hängt die Genauigkeit stark von der Sorgfalt, mit der das Verfahren durchgeführt wird, ab. Die möglichen Störeffekte einer anfänglichen Verunreinigung der Ausgangs- und Zerfallsstoffe müssen berücksichtigt werden, ebenso die Effekte, die zu Verlust oder zu Gewinn solcher Isotope geführt haben könnten, seit die Probe entstanden ist. Hinzu kommt, dass die Messung in einem Massenspektrometer durch andere Nuklide mit derselben Massenzahl gestört wird. Korrekturen müssen gegebenenfalls vorgenommen werden durch Bestimmung des Isotopenverhältnisses von Elementen, die sich mit dem gesuchten Isotop überschneiden. Massenspektrometer unterliegen Beeinflussungen und Ungenauigkeiten. Unter diesen ist vor allem die Qualität des Vakuums zu nennen. In einem schlechten Vakuum können gasförmige Atome mit den zu messenden ionisierten Atomen reagieren. Die Auflösung des Empfängers ist ebenfalls ein Faktor, aber moderne Geräte sind hier wesentlich besser als ihre Vorgänger. Die Präzision der Messungen wird verbessert, wenn sie an verschiedenen Proben, die demselben Gesteinskörper an unterschiedlichen Stellen entnommen wurden, wiederholt werden. Alternativ dazu, wenn mehrere verschiedene Minerale derselben Probe datiert werden können und es angenommen werden kann, dass sie bei demselben Ereignis entstanden sind, sollten sie ein Isochron bilden. Abschließend kann Korrelation zwischen verschiedenen isotopischen Datierungsmethoden erforderlich sein, um das Alter einer Probe zu bestätigen. Die Genauigkeit einer Datierungsmethode hängt zum Teil von der Halbwertszeit des beteiligten radioaktiven Isotops ab. Zum Beispiel hat 1. C eine Halbwertszeit von weniger als 6. Jahren. Wenn ein Organismus seit 6. Jahren tot ist, ist so wenig 1. C übrig, dass eine genaue Altersbestimmung unmöglich wird. Andererseits fällt die Konzentration von 1. C so steil ab, dass auch das Alter relativ junger Überreste präzise bis auf wenige Jahrzehnte bestimmt werden kann. Das Isotop, das bei der Uran- Thorium- Datierung verwendet wird, hat eine längere Halbwertszeit, aber andere Faktoren führen dazu, dass diese Methode exakter als die Radiokarbon- Datierung ist. Moderne Datierungs- Methoden. Bearbeiten. Die radiometrische Datierung kann noch an so kleinen Proben wie einem Milliardstel- Gramm durchgeführt werden, wenn ein Massenspektrometer verwendet wird. Das Massenspektrometer wurde in den 1. Jahren erfunden und wird seit den 1. Jahren in der radiometrischen Datierung eingesetzt. Es funktioniert, indem es einen Strahl ionisierter Atome aus der zu untersuchenden Probe erzeugt. Die Ionen bewegen sich dann durch ein Magnetfeld, das entsprechend ihrer Masse und Ionisierungsstärke sie zu Sensoren ablenkt, die als Faradaysche Becher bezeichnet werden. Beim Einschlag in den Bechern erzeugen die Ionen einen sehr schwachen Strom, der gemessen werden kann, um die Einschlagsrate und die relativen Konzentrationen verschiedener Atome in den Strahlen zu messen. Die Uran- Blei- Datierung ist eine der ältesten verfügbaren, und auch eine der anerkanntesten. Sie ist so weit verfeinert worden, dass die Fehler bei der Altersbestimmung etwa drei Milliarden Jahre alter Steine nicht mehr als zwei Millionen Jahre beträgt. Die Uran- Blei- Datierung wird normalerweise mit dem Mineral. Zirkon (Zr. Si. O4) durchgeführt, kann aber auch für andere Materialien verwendet werden. Zirkon baut Uranatome in seinem Kristallgitter an Stelle von Zirconium ein, aber kein Blei. Es hat eine sehr hohe Blockadetemperatur, ist widerstandsfähig gegenüber mechanischer Verwitterung und ist chemisch inert. Zirkon bildet auch multiple Kristallschichten während metamorphischer Ereignisse, die jeweils ein Isotopenalter des Ereignisses abbilden können. Diese können durch eine SHRIMP- Ionen- Mikrosonde bestimmt werden. Einer der großen Vorteile ist, dass jede Probe zwei Zeitmesser liefert, der eine basiert auf dem Zerfall von 2. U zu 2. 07. Pb mit einer Halbwertszeit von ungefähr 7. Millionen Jahren, der andere basiert auf dem Zerfall von 2. U zu 2. 06. Pb mit einer Halbwertszeit von ungefähr 4,5 Milliarden Jahren.
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