Radiometrische Datierung

Die radiometrische Datierung (oft als radioaktive Datierung bezeichnet) ist ein Weg, um herauszufinden, wie alt etwas ist. Die Methode vergleicht die Menge eines natürlich vorkommenden radioaktiven Isotops und seiner Zerfallsprodukte in Proben. Die Methode verwendet bekannte Zerfallsraten. Es ist die am häufigsten verwendete Methode der Geochronologie, die wichtigste Methode, um das Alter von Gesteinen und anderen geologischen Merkmalen, einschließlich des Altersder Erde selbst, zu ermitteln.

Es wird zur Datierung vieler Arten von natürlichen und künstlichen Materialien verwendet. Fossilien können durch Entnahme von Gesteinsproben von oberhalb und unterhalb der ursprünglichen Position des Fossils datiert werden. Die radiometrische Datierung wird auch zur Datierung archäologischer Materialien, einschließlich antiker Artefakte, verwendet.

Radiometrische Datierungsmethoden werden verwendet, um die geologische Zeitskala festzulegen. Zu den bekanntesten Techniken gehören die Radiokohlenstoffdatierung, die Kalium-Argon-Datierung und die Uran-Blei-Datierung.

Die Ale-Steine in Kåseberga, etwa zehn Kilometer südöstlich von Ystad, Schweden, wurden um 600 n. Chr. mit der Kohlenstoff-14-Methode auf organisches Material datiert, das an der Fundstelle gefunden wurde.
Die Ale-Steine in Kåseberga, etwa zehn Kilometer südöstlich von Ystad, Schweden, wurden um 600 n. Chr. mit der Kohlenstoff-14-Methode auf organisches Material datiert, das an der Fundstelle gefunden wurde.

Radioaktiver Zerfall

Alle gewöhnliche Materie besteht aus Kombinationen chemischer Elemente, jedes mit einer eigenen Ordnungszahl, die die Anzahl der Protonen im Atomkern angibt. Elemente existieren in verschiedenen Isotopen, wobei sich jedes Isotop eines Elements in der Anzahl der Neutronen im Kern unterscheidet. Ein bestimmtes Isotop eines bestimmten Elements wird als Nuklid bezeichnet. Einige Nuklide sind von Natur aus instabil. Das heißt, daß sich ein Atom eines solchen Nuklids zu irgendeinem Zeitpunkt durch radioaktiven Zerfall spontan in ein anderes Nuklid verwandelt. Der Zerfall kann durch Emission von Teilchen (gewöhnlich Elektronen (Beta-Zerfall), Positronen oder Alpha-Teilchen) oder durch spontane Kernspaltung und Elektroneneinfang erfolgen.

Die Altersgleichung

Der mathematische Ausdruck, der den radioaktiven Zerfall mit der geologischen Zeit in Beziehung setzt, lautet:

D = D0 + N(eλt - 1)

wo

t ist das Alter der Stichprobe,

D ist die Anzahl der Atome des Tochterisotops in der Probe,

D0 ist die Anzahl der Atome des Tochterisotops in der ursprünglichen Zusammensetzung,

N ist die Anzahl der Atome des Ausgangsisotops in der Probe, und

λ ist die Zerfallskonstante des Ausgangsisotops, gleich dem Kehrwert der radioaktiven Halbwertszeit des Ausgangsisotops mal dem natürlichen Logarithmus von 2.

Diese Gleichung verwendet Informationen über die Mutter- und Tochterisotope zum Zeitpunkt der Verfestigung des Materials. Dies ist für die meisten Isotopensysteme gut bekannt. Zur graphischen Lösung der Altersgleichung wird ein Isochron (geradliniger Graph) aufgetragen. Es zeigt das Alter der Probe und die ursprüngliche Zusammensetzung.

Samarium-Neodym (Sm/Nd)-Isochron-Plot von Proben. aus dem Great Dyke, Simbabwe. Das Alter wird aus der Steigung des Isochrons (Linie) und der ursprünglichen Zusammensetzung aus dem Schnittpunkt des Isochrons mit der y-Achse berechnet.
Samarium-Neodym (Sm/Nd)-Isochron-Plot von Proben. aus dem Great Dyke, Simbabwe. Das Alter wird aus der Steigung des Isochrons (Linie) und der ursprünglichen Zusammensetzung aus dem Schnittpunkt des Isochrons mit der y-Achse berechnet.

Voraussetzungen

Die Methode funktioniert am besten, wenn weder das Elternnuklid noch das Tochterprodukt nach seiner Entstehung in das Material eintritt oder es verlässt. Alles, was die relativen Mengen der beiden Isotope (Original- und Tochterisotop) verändert, ist zu beachten und wenn möglich zu vermeiden. Eine Kontamination von außen oder der Verlust von Isotopen zu irgendeinem Zeitpunkt aus der ursprünglichen Formation des Gesteins würde das Ergebnis verändern. Es ist daher wichtig, möglichst viele Informationen über das zu datierende Material zu haben und auf mögliche Anzeichen von Veränderungen zu prüfen.

Die Messungen sollten an Proben aus verschiedenen Teilen des Gesteinskörpers vorgenommen werden. Dies hilft, den Auswirkungen von Erhitzung und Quetschung entgegenzuwirken, die ein Gestein in seiner langen Geschichte erfahren kann. Verschiedene Datierungsmethoden können erforderlich sein, um das Alter einer Probe zu bestätigen. Bei einer Untersuchung der Amitsoq-Gneise aus Westgrönland wurden beispielsweise fünf verschiedene radiometrische Datierungsmethoden verwendet, um zwölf Proben zu untersuchen, und man kam zu einer Übereinstimmung innerhalb von 30 Millionen Jahren bei einem Alter von 3.640my.

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