Radiometrische Datierung (oder radioaktive Datierung) ist eine Technik, mit der organische und auch anorganische Materialien aus einem Prozess mit radioaktivem Zerfall datiert werden . Die Methode vergleicht die Häufigkeit eines natürlich vorkommenden radioaktiven Isotops im Material mit der Häufigkeit seiner Zerfallsprodukte, die sich mit einer bekannten konstanten Zerfallsrate bilden.
Alle diese Methoden basieren auf der Tatsache, dass die Geschwindigkeit, mit der radioaktive Kerne zerfallen, von ihrer Umgebung nicht beeinflusst wird. Sie können verwendet werden, um das Alter einer Materialprobe oder eines Objekts, das ein radioaktives Isotop enthält, abzuschätzen. Die Berechnung des Zerfalls radioaktiver Kerne ist relativ einfach, da es nur ein Grundgesetz gibt, das den gesamten Zerfallsprozess regelt.
Das radioaktive Zerfallsgesetz besagt, dass die Wahrscheinlichkeit pro Zeiteinheit, mit der ein Kern zerfällt, unabhängig von der Zeit konstant ist. Diese Konstante wird als Abklingkonstante bezeichnet und mit λ, „Lambda“ bezeichnet. Diese konstante Wahrscheinlichkeit kann zwischen verschiedenen Arten von Kernen stark variieren, was zu den vielen verschiedenen beobachteten Zerfallsraten führt. Der radioaktive Zerfall einer bestimmten Anzahl von Atomen (Masse) ist zeitlich exponentiell.
Gesetz des radioaktiven Zerfalls: N = N 0 .e – λt
Zu den bekanntesten Techniken gehören:
- carbon-14 datierung,
- Kalium-Argon-Datierung,
- Uran-Blei-Datierung .
Radiometrische Datierungsmethoden werden in der Geochronologie verwendet , um die geologische Zeitskala zu bestimmen . Sie können auch verwendet werden, um archäologische Materialien einschließlich antiker Artefakte zu datieren .
Kohlenstoff-14 Datierung – Radiocarbon Datierung
Die Kohlenstoff-14-Datierung , auch bekannt als Radiokohlenstoff-Datierung , ist eine Methode zur Bestimmung des Alters eines Objekts, das organisches Material enthält, unter Verwendung der Eigenschaften von Radionuklid-Kohlenstoff-14. Radioaktiver Kohlenstoff-14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren und unterliegt einem β− -Zerfall , bei dem das Neutron in ein Proton , ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino umgewandelt wird :
Trotz dieser im Vergleich zum Alter der Erde kurzen Halbwertszeit ist Kohlenstoff-14 ein natürlich vorkommendes Isotop. Sein Vorhandensein kann durch die folgende einfache Beobachtung erklärt werden. Unsere Atmosphäre enthält viele Gase, einschließlich Stickstoff-14. Außerdem wird die Atmosphäre ständig mit hochenergetischen kosmischen Strahlen bombardiert , die aus Protonen, schwereren Kernen oder Gammastrahlen bestehen. Diese kosmischen Strahlen interagieren mit Kernen in der Atmosphäre und produzieren auch hochenergetische Neutronen. Diese bei diesen Kollisionen erzeugten Neutronen können von Stickstoff-14 absorbiert werden, um ein Isotop von Kohlenstoff-14 zu erzeugen:
Kohlenstoff-14 kann auch in der Atmosphäre durch andere Neutronenreaktionen erzeugt werden, einschließlich insbesondere 13C (n, γ) 14C und 17O (n, α) 14C. Infolgedessen wird Kohlenstoff-14 in der oberen Atmosphäre durch Wechselwirkung kosmischer Strahlen mit atmosphärischem Stickstoff kontinuierlich gebildet. Im Durchschnitt ist nur eines von 1,3 x 10 12 Kohlenstoffatomen in der Atmosphäre ein radioaktives Kohlenstoff-14-Atom.
Der resultierende Kohlenstoff-14 verbindet sich mit Luftsauerstoff zu radioaktivem Kohlendioxid, das durch Photosynthese in Pflanzen eingebaut wird. Folglich enthalten alle biologischen Systeme wie Pflanzen, Tiere und Menschen einen bestimmten Anteil an radioaktivem Kohlenstoff-14. Solange das biologische System lebt, ist der Spiegel aufgrund der konstanten Aufnahme aller Kohlenstoffisotope konstant. Wenn das biologische System stirbt, hört es auf, Kohlenstoff mit seiner Umgebung auszutauschen, und ab diesem Zeitpunkt beginnt die Menge an Kohlenstoff-14, die es enthält, abzunehmen, wenn der Kohlenstoff-14 radioaktiv zerfällt. Andererseits bleibt die Menge an stabilem Kohlenstoff-12 unverändert. Infolgedessen ändert sich die relative Konzentration dieser beiden Isotope in jedem Organismus nach seinem Tod. Mit dieser Methode können Daten bis vor etwa 20.000 Jahren mit einer Genauigkeit von etwa ± 100 Jahren erstellt werden.
Die Technik der Kohlenstoffdatierung wurde ursprünglich 1949 von Willard Libby und seinen Kollegen vorgeschlagen. 1960 erhielt Willard Libby für diese Arbeit den Nobelpreis für Chemie.
Zeitalter der Erde – Uran-Blei-Datierung
Das Alter der Erde beträgt etwa 4,54 Milliarden Jahre . Diese Datierung basiert auf Beweisen aus der radiometrischen Altersdatierung von Meteoritenmaterial und stimmt mit dem radiometrischen Alter der ältesten bekannten terrestrischen und Mondproben überein.
Eine der ältesten radiometrischen Datierungsmethoden ist die Uran-Blei-Datierung . Das Alter der Erdkruste kann aus dem Verhältnis zwischen den Mengen an Uran-238 und Blei-206 in geologischen Proben geschätzt werden. Aufgrund der langen Halbwertszeit des Isotops Uran-238 (4,51 × 10 9 Jahre) eignet es sich gut zur Abschätzung des Alters der frühesten magmatischen Gesteine und für andere Arten der radiometrischen Datierung, einschließlich Uran-Thorium-Datierung und Uran-Datierung Uran-Datierung.
Die Datierung von Uran-Blei basiert auf der Messung des ersten und des letzten Mitglieds der Uranreihe , einer von drei klassischen radioaktiven Reihen, die mit natürlich vorkommendem Uran-238 beginnen . Diese radioaktive Zerfallskette besteht aus instabilen schweren Atomkernen daß Zerfall durch eine Sequenz von alpha und beta Zerfällebis ein stabiler Kern erreicht ist. Im Fall von Uranreihen ist der stabile Kern Blei-206. Es wird angenommen, dass alle heute in der Probe gefundenen Blei-206-Kerne ursprünglich Uran-238-Kerne waren. Das heißt, bei der Krustenbildung enthielt die Probe keine Blei-206-Kerne. Wenn in der Probe keine anderen Bleiisotope gefunden werden, ist dies eine vernünftige Annahme. Unter dieser Bedingung kann das Alter der Probe berechnet werden, indem ein exponentieller Zerfall von Uran-238 angenommen wird. Das ist:
Die Uran-Blei-Datierungsmethode wird normalerweise am Mineral Zirkon durchgeführt . Zirkone aus Jack Hills in Westaustralien haben ein U-Pb-Alter von bis zu 4,404 Milliarden Jahren ergeben , das als Kristallisationszeitalter interpretiert wird. Damit sind sie die ältesten Mineralien, die bisher auf der Erde datiert wurden.
