Radiometrische Datierung - Wikipedia

Radiometrische Datierung Radioaktive Datierung oder Radioisotop-Datierung ist eine Technik, mit der Materialien wie Gesteine ​​oder Kohlenstoff datiert werden, bei denen Spuren radioaktiver Verunreinigungen selektiv aufgenommen wurden, als sie vorhanden waren gebildet. Die Methode vergleicht die Häufigkeit eines natürlich vorkommenden radioaktiven Isotops im Material mit der Menge seiner Zerfallsprodukte, die sich bei einer bekannten konstanten Zerfallsrate bilden. ^[1] Die Verwendung der radiometrischen Datierung wurde erstmals 1907 von Bertram Boltwood ^[2] veröffentlicht ] und ist jetzt die Hauptinformationsquelle über das absolute Alter von Gesteinen und anderen geologischen Merkmalen, einschließlich des Zeitalters versteinerter Lebensformen oder des Alters der Erde selbst, und kann auch verwendet werden, um eine Vielzahl von natürlichen und Materialien hergestellt.

Zusammen mit stratigraphischen Prinzipien werden radiometrische Datierungsmethoden in der Geochronologie verwendet, um die geologische Zeitskala festzulegen. ^[3] Zu den bekanntesten Techniken gehören die Radiokohlenstoffdatierung, die Kalium-Argon-Datierung und die Uran-Blei-Datierung. Durch die Festlegung geologischer Zeiträume bietet es eine wichtige Informationsquelle über das Alter der Fossilien und die daraus abgeleiteten evolutionären Veränderungen. Radiometrische Datierung wird auch verwendet, um archäologische Materialien einschließlich alter Artefakte zu datieren.

Verschiedene radiometrische Datierungsmethoden unterscheiden sich in der Zeitspanne, in der sie genau sind, und den Materialien, auf die sie angewendet werden können.

Grundlagen [ bearbeiten ]

Radioaktiver Zerfall [ bearbeiten ]

Beispiel einer radioaktiven Zerfallskette aus Blei-212 ( ²¹² Pb) zu Blei-208 ( ²⁰⁸ Pb). Jedes übergeordnete Nuklid zerfällt spontan durch einen α-Zerfall oder einen β- ^- -Zerfall in ein Tochter-Nuklid (das Zerfallsprodukt). Das endgültige Zerfallsprodukt, Blei-208 ( ²⁰⁸ Pb), ist stabil und kann nicht mehr einem spontanen radioaktiven Zerfall unterliegen.

Alle gewöhnlichen Stoffe bestehen aus Kombinationen chemischer Elemente mit jeweils eigenen Atomelementen Anzahl, die die Anzahl der Protonen im Atomkern angibt. Darüber hinaus können Elemente in verschiedenen Isotopen vorhanden sein, wobei sich jedes Isotop eines Elements in der Anzahl der Neutronen im Kern unterscheidet. Ein bestimmtes Isotop eines bestimmten Elements wird Nuklid genannt. Einige Nuklide sind von Natur aus instabil. Das heißt, zu einem bestimmten Zeitpunkt wird ein Atom eines solchen Nuklids radioaktiv zerfallen und sich spontan in ein anderes Nuklid umwandeln. Diese Umwandlung kann auf verschiedene Weise erreicht werden, einschließlich des Alpha-Zerfalls (Emission von Alphateilchen) und des Beta-Zerfalls (Elektronenemission, Positronenemission oder Elektroneneinfang). Eine andere Möglichkeit ist die spontane Spaltung in zwei oder mehr Nuklide.

Während der Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Kern zerfällt, nicht vorhersagbar ist, zerfällt eine Ansammlung von Atomen eines radioaktiven Nuklids exponentiell mit einer Geschwindigkeit, die durch einen als Halbwertzeit bekannten Parameter beschrieben wird, der bei der Datierung üblicherweise in Einheiten von Jahren angegeben wird Techniken. Nach Ablauf einer Halbwertszeit ist eine Hälfte der Atome des betreffenden Nuklids zu einem "Tochter" -Nuklid oder Zerfallsprodukt zerfallen. In vielen Fällen ist das Tochternuklid selbst radioaktiv, was zu einer Zerfallskette führt, die schließlich mit der Bildung eines stabilen (nichtradioaktiven) Tochternuklids endet; Jeder Schritt in einer solchen Kette ist durch eine bestimmte Halbwertzeit gekennzeichnet. In diesen Fällen ist die für die radiometrische Datierung relevante Halbwertszeit in der Regel die längste in der Kette. Dies ist der geschwindigkeitsbestimmende Faktor für die endgültige Umwandlung des radioaktiven Nuklids in seine stabile Tochter. Isotopische Systeme, die für radiometrische Datierungen genutzt werden, haben Halbwertszeiten von nur etwa 10 Jahren (z. B. Tritium) bis über 100 Milliarden Jahre (z. B. Samarium-147). ^[4]

For Bei den meisten radioaktiven Nukliden hängt die Halbwertszeit ausschließlich von den nuklearen Eigenschaften ab und ist im Wesentlichen konstant. Es wird nicht von äußeren Faktoren wie Temperatur, Druck, chemischer Umgebung oder dem Vorhandensein eines magnetischen oder elektrischen Feldes beeinflusst. ^[5][6][7] Die einzigen Ausnahmen sind Nuklide, die durch den Prozess des Elektroneneinfangs zerfallen, wie Beryllium-7, Strontium- 85 und Zirkonium-89, deren Zerfallsrate durch die lokale Elektronendichte beeinflusst werden kann. Bei allen anderen Nukliden ändert sich das Verhältnis des ursprünglichen Nuklids zu seinen Zerfallsprodukten auf vorhersagbare Weise, da das ursprüngliche Nuklid mit der Zeit zerfällt. Diese Vorhersagbarkeit ermöglicht, dass die relativen Häufigkeiten verwandter Nuklide als Uhr verwendet werden, um die Zeit vom Einbau der ursprünglichen Nuklide in ein Material bis zur Gegenwart zu messen.

Genauigkeit der radiometrischen Datierung [ edit ]

Die Grundgleichung der radiometrischen Datierung erfordert, dass weder das Stammnuklid noch das Tochterprodukt nach seiner Bildung in das Material eindringen oder es verlassen können. Die möglichen Verwirrungseffekte einer Kontamination von Mutter- und Tochterisotopen müssen ebenso berücksichtigt werden wie die Auswirkungen eines Verlusts oder Gewinns solcher Isotope seit der Erstellung der Probe. Daher ist es wichtig, möglichst viele Informationen über das zu datierende Material zu haben und auf mögliche Anzeichen von Veränderungen zu prüfen. ^[8] Die Präzision wird erhöht, wenn an mehreren Stellen des Gesteins mehrere Messungen durchgeführt werden. Wenn mehrere verschiedene Mineralien aus derselben Probe datiert werden können und angenommen werden, dass sie durch dasselbe Ereignis gebildet werden und sich bei ihrer Bildung im Gleichgewicht mit dem Reservoir befanden, sollten sie alternativ ein Isochron bilden. Dies kann das Problem der Kontamination verringern. Bei der Uran-Blei-Datierung wird das Concordia-Diagramm verwendet, wodurch auch das Problem des Nuklidverlusts verringert wird. Schließlich kann eine Korrelation zwischen verschiedenen isotopischen Datierungsmethoden erforderlich sein, um das Alter einer Probe zu bestätigen. Zum Beispiel wurde das Alter der Amitsoq-Gneise aus Westgrönland mit [126905] vor 3,6 ± 0,05 Millionen Jahren (MA) mit Uran-Blei-Datierung und 3,56 ± 0,10 Ma mit Blei bestimmt. Blei-Datierung, Ergebnisse, die miteinander übereinstimmen. ^{[9]: 142–143}

Eine genaue radiometrische Datierung erfordert im Allgemeinen, dass der Elternteil eine ausreichend lange Halbwertzeit hat, um anwesend zu sein In signifikanten Mengen zum Zeitpunkt der Messung (außer wie nachstehend unter "Datierung mit kurzlebigen erloschenen Radionukliden" beschrieben) ist die Halbwertzeit des Elternteils genau bekannt, und es wird genug des Tochterprodukts produziert, um genau gemessen und unterschieden zu werden von der anfänglichen Menge der im Material vorhandenen Tochter. Die Verfahren zur Isolierung und Analyse der Mutter- und Tochter-Nuklide müssen präzise und genau sein. Normalerweise handelt es sich dabei um eine Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie. ^[10]

Die Genauigkeit einer Datierungsmethode hängt zum Teil von der Halbwertzeit des beteiligten radioaktiven Isotops ab. Zum Beispiel hat Kohlenstoff-14 eine Halbwertszeit von 5.730 Jahren. Nachdem ein Organismus seit 60.000 Jahren tot ist, verbleibt so wenig Kohlenstoff-14, dass eine genaue Datierung nicht möglich ist. Andererseits fällt die Konzentration an Kohlenstoff-14 so steil ab, dass das Alter relativ junger Menschen auf wenige Jahrzehnte genau bestimmt werden kann. ^[11]

Verschlusstemperatur [] ] 19659025] Wenn ein Material erhitzt wird, das das Tochter-Nuklid selektiv zurückweist, werden durch die Diffusion angesammelte Tochter-Nuklide durch Diffusion verloren, wodurch die isotopische "Uhr" auf Null gesetzt wird. Die Temperatur, bei der dies geschieht, wird als Schließtemperatur oder Blockierungstemperatur bezeichnet und ist spezifisch für ein bestimmtes Material und ein Isotopensystem. Diese Temperaturen werden im Labor experimentell bestimmt, indem Probenmineralien in einem Hochtemperaturofen künstlich zurückgesetzt werden. Wenn das Mineral abkühlt, beginnt sich die Kristallstruktur zu bilden und die Diffusion der Isotope ist weniger einfach. Bei einer bestimmten Temperatur hat sich die Kristallstruktur ausreichend gebildet, um eine Diffusion von Isotopen zu verhindern. Diese Temperatur ist die sogenannte Schließtemperatur und stellt die Temperatur dar, unterhalb derer das Mineral ein geschlossenes System für Isotope ist. Daher beginnt ein magmatischer oder metamorpher Gestein oder eine schmelzende Schmelze, die langsam abkühlt, erst messbaren radioaktiven Zerfall zu zeigen, bis er unter die Schließtemperatur abkühlt. Das durch radiometrische Datierung ermittelbare Alter ist somit der Zeitpunkt, zu dem das Gestein oder Mineral auf Schließtemperatur abgekühlt ist. ^[12][13] Die Datierung verschiedener Mineralien und / oder Isotopensysteme (mit unterschiedlichen Schließtemperaturen) innerhalb desselben Gesteins kann dies ermöglichen Verfolgung der thermischen Geschichte des betreffenden Gesteins mit der Zeit und damit die Geschichte metamorpher Ereignisse kann im Detail bekannt werden. Dieses Gebiet ist als Thermochronologie oder Thermochronometrie bekannt.

Die Altersgleichung [ edit ]

Sm / Nd Isochron von Proben ^[14] des Großen Deichs, Simbabwe. Das Alter wird aus der Steigung des Isochrons (Linie) und der Originalzusammensetzung aus dem Schnittpunkt des Isochrons mit der y-Achse berechnet.

Der mathematische Ausdruck, der den radioaktiven Zerfall mit der geologischen Zeit in Beziehung setzt, lautet ^[12][15]

D = D ₀ + N ( t ) ( e ^λt - 1)

wobei

t ist das Alter der Probe,

D ist die Anzahl der Atome der Tochterisotope in der Probe,

D ₀ ist die Anzahl der Atome der Tochter Isotop in der ursprünglichen Zusammensetzung,

N (t) ist die Anzahl der Atome des Mutterisotops in der Probe zum Zeitpunkt t (Gegenwart), angegeben durch N ( t ) = N _o e ^{- λt} und

λ ist die Zerfallskonstante des Mutterisotops, gleich der Invers von die radioaktive Halbwertszeit des Mutterisotops ^[16] mal den natürlichen Logarithmus von 2.

Die Gleichung wird am bequemsten in gemessenen Mengen ausgedrückt N ( t ) anstelle des konstanten Anfangswerts N _o .

Die obige Gleichung verwendet Informationen über die Zusammensetzung der Mutter- und Tochterisotope zu dem Zeitpunkt, zu dem das zu testende Material unter seine Schließtemperatur abgekühlt wurde. Dies ist für die meisten Isotopensysteme gut etabliert. ^[13][17] Für die Konstruktion eines Isochrons sind jedoch keine Angaben zu den ursprünglichen Zusammensetzungen erforderlich, wobei lediglich die gegenwärtigen Verhältnisse der Mutter- und Tochterisotope zu einem Standardisotop verwendet werden. Das Aufzeichnen eines Isochrons wird verwendet, um die Altersgleichung grafisch zu lösen und das Alter der Probe sowie die ursprüngliche Zusammensetzung zu berechnen.

Moderne Datierungsmethoden [ edit ]

Die radiometrische Datierung wird seit 1905 durchgeführt, als sie von Ernest Rutherford als Methode erfunden wurde, mit der man das Alter der Erde bestimmen könnte. Seit dem Jahrhundert sind die Techniken stark verbessert und erweitert worden. ^[16] Die Datierung kann jetzt mit einem Massenspektrometer an Proben im Nanogrammbereich durchgeführt werden. Das Massenspektrometer wurde in den 1940er Jahren erfunden und wurde in den 1950er Jahren in der radiometrischen Datierung eingesetzt. Es erzeugt einen Strahl ionisierter Atome aus der zu testenden Probe. Die Ionen wandern dann durch ein magnetisches Feld, das sie in verschiedene Probensensoren umleitet, die als "Faraday-Becher" bezeichnet werden, abhängig von ihrer Masse und ihrem Ionisationsgrad. Beim Aufprall in den Bechern erzeugen die Ionen einen sehr schwachen Strom, der gemessen werden kann, um die Aufprallgeschwindigkeit und die relativen Konzentrationen verschiedener Atome in den Strahlen zu bestimmen.

Uran-Blei-Datierungsmethode [ edit ]

Ein Concordia-Diagramm, wie es bei der Uran-Blei-Datierung verwendet wird, mit Daten aus dem Pfunze-Gürtel, Simbabwe. ^[18] Alle Beispiele zeigen Verlust von Bleiisotopen, aber der Schnittpunkt der Fehlerchronik (gerade Linie durch die Abtastpunkte) und der Concordia (Kurve) zeigt das korrekte Alter des Gesteins. ^[13]

Radiometrische Datierung von Uran-Blei beinhaltet die Verwendung von Uran-235 oder Uran-238, um das absolute Alter einer Substanz zu bestimmen. Dieses Schema wurde dahingehend verfeinert, dass die Fehlerspanne bei Datumsangaben von Gesteinen in zweieinhalb Milliarden Jahren weniger als zwei Millionen Jahre betragen kann. ^[14][19] Eine Fehlerspanne von 2 bis 5% war erreicht bei jüngeren mesozoischen Gesteinen. ^[20]

Die Uran-Blei-Datierung wird häufig am Mineralzirkon (ZrSiO ₄ ) durchgeführt, obwohl es auch für andere Materialien verwendet werden kann, z B. Baddeleyit sowie Monazit (siehe: Monazit-Geochronologie). ^[21] Zirkon und Baddeleyit bauen Uranatome als Ersatz für Zirkonium in ihre kristalline Struktur ein, lehnen aber Blei stark ab. Zirkon hat eine sehr hohe Verschlusstemperatur, ist widerstandsfähig gegen mechanische Witterung und chemisch sehr inert. Zirkon bildet während metamorpher Ereignisse auch mehrere Kristallschichten, die jeweils ein Isotopenzeitalter des Ereignisses aufzeichnen können. In-situ-Mikroskopanalyse (19459051) kann durch Laser-ICP-MS- oder SIMS-Techniken erreicht werden. ^[22]

Einer seiner großen Vorteile besteht darin, dass jede Probe zwei Uhren liefert, eine basierend auf dem Zerfall von Uran-235 zu Blei-207 mit einer Halbwertszeit von etwa 700 Millionen Jahren und einer auf Uran-238-Zerfall in Blei-206 mit einer Halbwertszeit von etwa 4,5 Milliarden Jahren, die einen eingebauten Crosscheck bietet Dies ermöglicht eine genaue Bestimmung des Alters der Probe, auch wenn ein Teil des Bleis verloren gegangen ist. Dies ist im Concordia-Diagramm zu sehen, in dem die Proben entlang einer Fehlerchronik (gerade Linie) gezeichnet werden, die die Concordia-Kurve im Alter der Probe schneidet.

Samarium-Neodym-Datierungsmethode [ edit ]

Dies beinhaltet den Alpha-Zerfall von ¹⁴⁷ Sm bis ¹⁴³ Nd mit einer Hälfte. Lebensdauer von 1,06 x 10 ¹¹ Jahren. Ein Genauigkeitsgrad von zwanzig Millionen Jahren im Alter von zweieinhalb Milliarden Jahren ist erreichbar. ^[23]

Kalium-Argon-Datierungsmethode [ edit

Positronzerfall von Kalium-40 zu Argon-40. Kalium-40 hat eine Halbwertszeit von 1,3 Milliarden Jahren und ist daher auf die ältesten Gesteine ​​anwendbar. Radioaktives Kalium-40 ist in Mikas, Feldspateln und Hornblendes üblich, obwohl die Verschlusstemperatur in diesen Materialien ziemlich niedrig ist, etwa 350 ° C (Glimmer) bis 500 ° C (Hornblende).

Rubidium-Strontium-Datierungsmethode [ edit ]

Dies basiert auf dem Beta-Zerfall von Rubidium-87 zu Strontium-87 mit einer Halbwertzeit von 50 Milliarden Jahren. Dieses Schema wird verwendet, um alte magmatische und metamorphe Gesteine ​​zu datieren, und es wurde auch verwendet, um Mondproben zu datieren. Die Verschlusstemperaturen sind so hoch, dass sie kein Problem darstellen. Die Rubidium-Strontium-Datierung ist nicht so präzise wie die Uran-Blei-Methode, mit Fehlern von 30 bis 50 Millionen Jahren für eine 3 Milliarden Jahre alte Probe.

Uran-Thorium-Datierungsverfahren [ edit ]

Eine relativ kurze Datierungsmethode basiert auf dem Zerfall von Uran-234 in Thorium-230, einer Substanz mit Lebensdauer von etwa 80.000 Jahren. Es wird von einem Schwesterverfahren begleitet, bei dem Uran-235 in Protactinium-231 zerfällt, das eine Halbwertszeit von 32.760 Jahren hat.

Uran ist zwar wasserlöslich, Thorium und Protactinium jedoch nicht. Daher werden sie selektiv in Meeresbodensedimenten abgeschieden, aus denen ihre Verhältnisse gemessen werden. Die Regelung hat eine Reichweite von mehreren hunderttausend Jahren. Eine verwandte Methode ist die Ionium-Thorium-Datierung, bei der das Verhältnis von Ionium (Thorium-230) zu Thorium-232 in Meeressediment gemessen wird.

Radiocarbon-Datierungsmethode [ edit ]

Ale's Stones in Kåseberga, etwa zehn Kilometer südöstlich von Ystad, Schweden wurden bei 56 CE unter Verwendung der Kohlenstoff-14-Methode anhand des gefundenen organischen Materials datiert am Standort. ^[24]

Radiocarbon-Datierung wird auch einfach als Carbon-14-Datierung bezeichnet. Carbon-14 ist ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff mit einer Halbwertszeit von 5.730 Jahren ^[25][26] (das im Vergleich zu den obigen Isotopen sehr kurz ist) und zerfällt in Stickstoff. ^[27] Bei anderen radiometrischen Datierungsmethoden wird der schwere Elternteil verwendet Isotope wurden durch Nukleosynthese in Supernovas hergestellt, was bedeutet, dass jedes Mutterisotop mit einer kurzen Halbwertszeit jetzt ausgestorben sein sollte. Kohlenstoff-14 wird jedoch kontinuierlich durch Kollisionen von Neutronen erzeugt, die durch kosmische Strahlung mit Stickstoff in der oberen Atmosphäre erzeugt werden, und bleibt daher auf nahezu konstantem Niveau auf der Erde. Der Kohlenstoff-14 endet als Spurenbestandteil in Kohlendioxid der Atmosphäre (CO ₂ ).

Eine auf Kohlenstoff basierende Lebensform erhält während ihrer Lebensdauer Kohlenstoff. Pflanzen erwerben sie durch Photosynthese, und Tiere erwerben sie durch den Verzehr von Pflanzen und anderen Tieren. Wenn ein Organismus stirbt, nimmt er kein neues Kohlenstoff-14 auf und das vorhandene Isotop zerfällt mit einer charakteristischen Halbwertszeit (5730 Jahre). Der Anteil an Kohlenstoff-14, der bei der Untersuchung der Überreste des Organismus übrig bleibt, gibt einen Hinweis auf die Zeit, die seit seinem Tod vergangen ist. Dies macht Carbon-14 zu einer idealen Datierungsmethode, um das Alter der Knochen oder die Überreste eines Organismus zu datieren. Die Kohlenstoff-14-Datierungsgrenze liegt zwischen 58.000 und 62.000 Jahren. ^[28]

Die Entstehungsrate von Kohlenstoff-14 scheint in etwa konstant zu sein, da sich Kohlenstoff-14-Datierungen mit anderen vergleichen Datierungsmethoden zeigen, dass es konsistente Ergebnisse liefert. Lokale Ausbrüche von Vulkanen oder andere Ereignisse, die große Mengen an Kohlendioxid abgeben, können jedoch die lokalen Konzentrationen von Kohlenstoff-14 reduzieren und ungenaue Daten ergeben. Die Freisetzung von Kohlendioxid in die Biosphäre als Folge der Industrialisierung hat auch den Kohlenstoff-14-Anteil um einige Prozent verringert. Umgekehrt wurde die Menge an Kohlenstoff-14 durch oberirdische Atombombentests erhöht, die in den frühen 1960er Jahren durchgeführt wurden. Eine Erhöhung des Sonnenwinds oder des Magnetfelds der Erde über den aktuellen Wert würde außerdem die Menge an Kohlenstoff-14 in der Atmosphäre verringern.

Methode der Spaltungsspurdatierung [ edit ]

Apatitkristalle werden häufig bei der Spaltungsspurdatierung verwendet.

Hierbei wird eine polierte Scheibe eines Materials untersucht, um die Dichte zu bestimmen "Spuren" -Markierungen, die durch die spontane Abspaltung von Uran-238-Verunreinigungen darin hinterlassen wurden. Der Urangehalt der Probe muss bekannt sein, dies kann jedoch bestimmt werden, indem ein Kunststofffilm über die polierte Scheibe des Materials gelegt und mit langsamen Neutronen beschossen wird. Dies verursacht eine induzierte Spaltung von ²³⁵ U im Gegensatz zu der spontanen Spaltung von ²³⁸ U. Die dabei erzeugten Spaltspuren werden in der Kunststofffolie aufgezeichnet. Der Urangehalt des Materials kann dann aus der Anzahl der Spuren und dem Neutronenfluss berechnet werden.

Dieses Schema gilt für eine Vielzahl geologischer Daten. Für Daten bis zu einigen Millionen Jahren werden am besten Mikas, Tektite (Glasscherben von Vulkanausbrüchen) und Meteoriten verwendet. Ältere Materialien können mit Zirkon, Apatit, Titanit, Epidot und Granat datiert werden, die einen unterschiedlichen Gehalt an Uran aufweisen. ^[29] Da die Spaltungsspuren durch Temperaturen über 200 ° C geheilt werden, weist die Technik sowohl Einschränkungen als auch Vorteile auf. Die Technik hat potentielle Anwendungen zum Detaillieren der thermischen Geschichte einer Lagerstätte.

Chlorine-36-Datierungsmethode [ edit ]

Große Mengen ansonsten seltener ³⁶ Cl (Halbwertzeit ~ 300ky) wurden durch Bestrahlung von Meerwasser während des Jahres erzeugt Atmosphärische Detonationen von Atomwaffen zwischen 1952 und 1958. Die Verweildauer von ³⁶ Cl in der Atmosphäre beträgt etwa 1 Woche. Als Ereignismarker von Wasser in Boden und Grundwasser der 1950er Jahre ³⁶ Cl ist auch für die Datierung von Gewässern weniger als 50 Jahre vor der Gegenwart nützlich. ³⁶ Cl wurde in anderen Bereichen der Geowissenschaften eingesetzt, einschließlich der Datierung von Eis und Sedimenten.

Lumineszenzdatierungsmethoden [ edit ]

Lumineszenzdatierungsmethoden sind keine radiometrischen Datierungsmethoden, da sie zur Berechnung des Alters nicht auf eine Fülle von Isotopen angewiesen sind. Sie sind vielmehr eine Folge der Hintergrundstrahlung bestimmter Mineralien. Mit der Zeit wird ionisierende Strahlung von Mineralkörnern in Sedimenten und archäologischen Materialien wie Quarz und Kaliumfeldspat absorbiert. Die Strahlung bewirkt, dass die Ladung in strukturell instabilen "Elektronenfallen" innerhalb der Körner verbleibt. Durch Sonneneinstrahlung oder Hitze werden diese Ladungen freigesetzt, die Probe "gebleicht" und die Uhr auf Null zurückgestellt. Die eingeschlossene Ladung sammelt sich mit der Zeit mit einer Rate, die durch die Menge der Hintergrundstrahlung an der Stelle bestimmt wird, an der die Probe begraben wurde. Die Stimulierung dieser Mineralkörner entweder mit Licht (optisch stimulierte Lumineszenz oder Infrarot-stimulierte Lumineszenzdatierung) oder Wärme (Thermolumineszenzdatierung) bewirkt, dass ein Lumineszenzsignal abgegeben wird, wenn die gespeicherte instabile Elektronenenergie freigesetzt wird, deren Intensität in Abhängigkeit von der Strahlungsmenge variiert absorbiert während der Bestattung und spezifischen Eigenschaften des Minerals.

Diese Methoden können verwendet werden, um das Alter einer Sedimentschicht zu bestimmen, da darauf abgelagerte Schichten verhindern, dass die Körner durch Sonnenlicht "gebleicht" und zurückgesetzt werden. Keramikscherben können auf das letzte Mal, als sie eine signifikante Hitze erfahren haben, datiert werden, im Allgemeinen, wenn sie in einem Ofen gebrannt wurden.

Andere Methoden [ edit ]

Andere Methoden umfassen:

Datierung mit Zerfallsprodukten kurzlebiger erloschener Radionuklide [ edit ]

Die absolute radiometrische Datierung erfordert einen messbaren Bruchteil des Mutterkerns im Probengestein. Für Gesteine, die auf den Beginn des Sonnensystems zurückgehen, sind extrem langlebige Mutterisotope erforderlich, so dass das genaue Alter dieser Gesteine ​​ungenau wird. Um das relative Alter von Gesteinen von so altem Material unterscheiden zu können und um eine bessere zeitliche Auflösung zu erhalten als von langlebigen Isotopen, können kurzlebige Isotope verwendet werden, die nicht mehr im Gestein vorhanden sind. ^[31]

Zu Beginn des Sonnensystems gab es mehrere relativ kurzlebige Radionuklide wie ²⁶ Al, ⁶⁰ Fe, ⁵³ ] Mn und ¹²⁹ Ich präsentiere mich im Sonnennebel. Diese Radionuklide - möglicherweise durch die Explosion einer Supernova erzeugt - sind heute ausgestorben, aber ihre Zerfallsprodukte lassen sich in sehr altem Material nachweisen, beispielsweise in Meteoriten. Durch Messung der Zerfallsprodukte von ausgestorbenen Radionukliden mit einem Massenspektrometer und unter Verwendung von Isochron-Plots ist es möglich, das relative Alter verschiedener Ereignisse in der Frühgeschichte des Sonnensystems zu bestimmen. Datierungsmethoden basierend auf ausgestorbenen Radionukliden können auch mit der U-Pb-Methode kalibriert werden, um ein absolutes Alter zu erhalten. Somit kann sowohl das ungefähre Alter als auch eine hohe zeitliche Auflösung erhalten werden. Im Allgemeinen führt eine kürzere Halbwertszeit zu einer höheren Zeitauflösung auf Kosten der Zeitskala.

Der ¹²⁹ I - ¹²⁹ Xe-Chronometer [ edit ]

¹²⁹ . ¹²⁹ Xe mit einer Halbwertzeit von 16 Millionen Jahren. Das Iod-Xenon-Chronometer ^[32] ist eine Isochron-Technik. Proben werden in einem Kernreaktor Neutronen ausgesetzt. Dies wandelt das einzige stabile Isotop von Jod ( ¹²⁷ I) in ¹²⁸ Xe über Neutroneneinfang um, gefolgt von einem Beta-Zerfall (von ¹²⁸ I). Nach der Bestrahlung werden die Proben in einer Reihe von Schritten erhitzt und die Xenon-Isotopensignatur des in jedem Schritt entwickelten Gases wird analysiert. Wenn ein konsistentes ¹²⁹ Xe / ¹²⁸ Xe-Verhältnis über mehrere aufeinanderfolgende Temperaturschritte hinweg beobachtet wird, kann dies als Entsprechung zu einem Zeitpunkt interpretiert werden, zu dem die Probe keinen Xenon mehr verliert.

Proben eines Meteoriten namens Shallowater werden normalerweise in die Bestrahlung eingeschlossen, um die Umwandlungseffizienz von ¹²⁷ I bis ¹²⁸ Xe zu überwachen. Die Differenz zwischen den gemessenen ¹²⁹ Xe / ¹²⁸ Xe-Verhältnissen der Probe und Shallowater entspricht dann den verschiedenen Verhältnissen von ¹²⁹ I / ¹²⁷ Ich als sie aufgehört haben, Xenon zu verlieren. Dies entspricht wiederum einem Unterschied im Schließalter im frühen Sonnensystem.

The ²⁶ Al - ²⁶ Mg-Chronometer [ ]

Ein weiteres Beispiel für eine kurzlebige erloschene Radionukliddatierung ist die ^{] 26} Al - ²⁶ Mg-Chronometer, mit dem das relative Alter von Chondrulen geschätzt werden kann. ²⁶ Al zerfällt bis ²⁶ Mg mit einer Halbwertszeit von 720 000 Jahren. Die Datierung ist einfach eine Frage des Auffindens der Abweichung von der natürlichen Häufigkeit von ²⁶ Mg (das Produkt von ²⁶ Al-Zerfall) im Vergleich zum Verhältnis der stabilen Isotope ²⁷ Al / ²⁴ Mg.

Der Überschuss an ²⁶ Mg (oft als ²⁶ Mg * bezeichnet) wird durch Vergleichen des Mg-Verhältnisses ²⁶ 27/19459023] gefunden zu anderen Materialien des Sonnensystems ^[33]

Der ²⁶ Al- ²⁶ Mg-Chronometer gibt eine Schätzung der Zeitdauer für die Bildung des Primitivs an Meteoriten von nur wenigen Millionen Jahren (1,4 Millionen Jahre für die Bildung von Chondrule). ^[34]

Siehe auch [ ]

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Further reading[edit]

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