Die Radiometrische Datierung

Radiometrische Datierung ist eine Methode der Altersbestimmung. Sie basiert auf dem Wissen über die Zerfallsraten natürlich vorkommender Isotope, ihres üblichen Vorkommens und der Bestimmung des Isotopenverhältnisses.

Grundlagen der radiometrischen Datierung

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. die 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 40Ar vorhanden war.

Weiteres dazu im Link:

https://de.wikipedia.org/wiki/Radiometrische_Datierung