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physikalische Altersbestimmung

 
     
  eine Altersbestimmung aufgrund instabiler Isotope (radiometrische Altersdatierung), bei denen das Aktivitätsverhältnis von Tochter- zu Mutterisotop das Alter ergibt, oder anhand von Strahlenschäden, die sich über die Zeit in der Probe anreichern. Bei der Verwendung instabiler Isotope sind prinzipiell alle Isotopenkombinationen innerhalb sämtlicher Zerfallsreihen möglich, jedoch wird die Auswahl für Datierzwecke durch die Möglichkeit der Isolierung und des Nachweises der Isotope und deren Halbwertszeit, die das Ausbilden nachweisbarer Konzentrationsunterschiede von Tochter- und Mutterisotop innerhalb des gewünschten Zeitmassstabes ermöglichen sollte, eingeschränkt. Ferner müssen die Elementeigenschaften der beiden Isotope die Ausbildung des radioaktiven Ungleichgewichtes durch einen natürlichen Vorgang, der datiert wird, erlauben, wie auch der Stoffhaushalt bekannt sein sollte und der Einbau in organische oder anorganische Substanzen in nachweisbaren Mengen erfolgen sollte.


Bei Anlegen dieser Kriterien eignen sich für die Datierpraxis einige Glieder der Uran-Zerfallsreihen wie 230Th/234U (Thorium-Uran-Datierung), 231Pa/235U und 234U/238U, die unter der Sammelbezeichnung Uranreihen-Datierungen subsumiert werden. Diese wie auch die Kalium-Argon-Datierung und die Rubidium-Strontium-Datierung basieren auf primordialen Elementen, während andere instabile Isotope ständig durch die Einwirkung kosmischer Strahlung (kosmogen) in der Atmosphäre oder nahe der Erdoberfläche neu gebildet werden. Die Bildungsrate ist dabei zeitlichen Veränderungen durch die Aktivität von Sonne und irdischem Magnetfeld sowie räumlichen Änderungen wegen der Bündelung der Magnetfeldlinien an den Polen (zu niederen Breiten abnehmende Intensität der kosmischen Strahlung) unterworfen. Bei konstanter Bildungsrate stellt sich in den jeweiligen Reservoiren, in die das Isotop gelangt (Atmosphäre, Ozean etc.) ein radioaktives Gleichgewicht ein, wenn Verweil- und Durchmischungsdauer gemessen an der Halbwertszeit kurz sind.


Zu den Methoden mit kosmogenen Radionukliden zählen die Radiokarbon-Datierung, die Tritium-Datierung, Beryllium-Datierung, Aluminium-Datierung und Verfahren mit 21Ne, 32Si, 36Cl, 41Ca und 81Kr. Da die Altersberechnung aufgrund der Mengenverhältnisse von Tochter- zu Mutterisotop erfolgt, ist eine Mindestkonzentration des Ausgangselements beim Schliessen des Systems notwendig. Das Schliessen des Systems (Kristallbildung, Unterschreiten der Schliesstemperatur, letzte Durchmischung oder Entgasung) bestimmt, welches Ereignis datiert wird und sollte im Verhältnis zum Probenalter einen kurzen Vorgang darstellen. Dieser führt zur Ausbildung eines radioaktiven Ungleichgewichtes (mit einem initialen Isotopenverhältnis), das zu einer Anreicherung (z.B. bei der 238U/234U-Datierung) oder einer Abreicherung (z.B. bei der Thorium-Uran-Datierung) des Tochterisotops im Verhältnis zum Mutterisotop führt. Unter der Voraussetzung eines geschlossenen Systems stellt sich das radioaktive Gleichgewicht gemäss der Zerfallsgesetze wieder ein. Die Halbwertszeit bestimmt die maximale Dateierreichweite, wobei gilt, dass um so ältere Proben datiert werden können, je grösser die Halbwertszeit ist. Aufgrund von methodischen Einschränkungen (Nachweisgrenze) beträgt die maximale Datierreichweite in der Regel fünf Halbwertszeiten.


Die physikalischen Altersdatierungen aufgrund von Strahlenschäden, die eine Probe während der Lagerungszeit im Sediment erhalten hat, nutzen die Probe als Dosimeter. Die Strahlenschäden werden quantifiziert, indem Spuren pro Flächeneinheit ausgezählt werden (Spaltspurdatierung) oder physikalisch aufgrund von magnetischen oder Ladungsdefekten (Elektronenspin-Resonanz-Datierung, Lumineszenz-Datierung) nachgewiesen werden. Bei letzteren Verfahren ergibt sich das Alter aus dem Quotienten von akkumulierter Dosis AD (Menge der Schädigungen) und Dosisleistung Do (natürliche Radioaktivität von Probe und Umgebungsmaterial). Vorauszusetzen ist generell die Langzeitstabilität der Schadstellen und ein vollständiges Eliminieren der bereits vorhandenen Strahlenschäden durch einen natürlichen Vorgang, dessen Alter ermittelt wird (Mineralbildung, Erhitzung, Belichtung, Druck).
 
 

 

 

 
 
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