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Wie eine archäologische Sensation (Mumienfund in Pakistan) zu einem modernen Kriminalfall wurde - ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit der Altersbestimmung.

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Präsentation zum Thema: "Wie eine archäologische Sensation (Mumienfund in Pakistan) zu einem modernen Kriminalfall wurde - ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit der Altersbestimmung."—  Präsentation transkript:

1 Wie eine archäologische Sensation (Mumienfund in Pakistan) zu einem modernen Kriminalfall wurde - ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit der Altersbestimmung am Erlanger Tandembeschleuniger mittels der Beschleuniger-Massenspektrometrie Dr. Gerhard Morgenroth, Physikalisches Institut, Universität Erlangen-Nürnberg Der Fund einer Mumie in Pakistan Die Radiokarbonmethode Die Beschleunigermassenspektrometrie Die Datierung der Mumie Das Ergebnis und deren Interpretation (Sensation oder Mordfall ?)

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3 Wali Riki

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7 Die Entstehung von 14 C

8 Der radioaktive Zerfall von 14 C - - Zerfall Halbwertszeit T 1/2 : 5730 Jahre 14 C 14 N + e - (Elektron) + (Antineutrino )

9 Die Voraussetzungen zur Radiokarbonmethode Chemische Extraktion des unveränderten Materials (z.B. Kollagen aus Knochen), bzw. Entfernung von z.B. Karbonate CaCO 3 Die sogenannte Isotopenfraktionierung kann man über Messung des 13 C/ 12 C-Verhältnisses exakt bestimmen und damit den 14 C-Gehalt korrigieren. 14 C-Konzentration in der Atmosphäre variiert leicht in Abhängigkeit von Erd- und Sonnen- magnetfeld, Sonnenaktivität etc. Der Verlauf der 14 C-Konzentration in den letzten Jahren ist durch dendrochronologische Untersuchungen bekannt. Weltweite gleichmäßige Verteilung von 14 CO 2 in der Atmosphäre innerhalb kürzester Zeit. Keine Kontamination Das untersuchte Probenmaterial darf zwischen Absterbezeitpunkt und Probenuntersuchung keinen weiteren Kohlenstoffaustausch haben. Räumliche Invarianz In allen gleichzeitig an verschiedenen Orten lebenden Organismen herrscht dieselbe 14 C-Konzentration. Isotopische Invarianz In allen gleichzeitig an einem Ort lebenden unterschiedlichen Organismen nehmen die Isotope 12 C, 13 C, 14 C mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit auf. Zeitliche Invarianz In der gesamten Vergangenheit war die 14 C-Konzentration konstant.

10 Die Dendrochronologie Klimaschwankungen (feuchte oder trockene Jahre, warme oder kühle Sommer) können sich im Wachstum des Baumbestandes eines einheitlichen Klimagebietes gleichmäßig auswirken. Es ergeben sich unregelmäßige Baumjahresringe, die in der am Querschnitt eines Stammes ablesbaren Ringfolge als Zeitmarken auffallen. Durch Aneinanderreihung von Jahresringen alter Bäumen bekannten Alters und durch Überlappung mit Jahresringen von historischen und archäologischen Holzfunden (Moorbäume) läßt sich eine lückenlose Jahresringfolge über die letzten Jahre erstellen. Somit ist man im Besitz von Eichmaterial bekannten Alters mit deren Hilfe die 14 C-Konzentration in der Atmosphäre über die letzten Jahre bestimmt werden konnte.

11 Nachweis über radioaktiven 14 C- Zerfall (Zählrohr Methode, Libby 1949) Direkte Messung (Beschleunigermassenspektrometer, 1979) Messung der Radioaktivität A(t) = -dN/dt = A 0 exp ( -t ln(2) / T 1/2 ) Messung des Isotopenverhältnisses ( 14 C/ 12 C) = K(t) = K 0 exp ( -t ln(2) / T 1/2 ) Zeit t, seit der der Organismus nicht mehr am Kohlenstoffkreislauf teilgenommen hat Beispiel: 1 mg moderner Kohlenstoff (100 pMC, K 0 = 14 C/ 12 C =1,2* ) enthält 6* C-Atome Nachweis von C-Atome in 1 Min. Vorteil:kurze Meßzeiten kleinste Probenmengen Nachteil:aufwendige teure Apparatur Ein 14 C-Zerfall pro Stunde Vorteil: billige Apparatur Nachteil: lange Meßzeiten große Probenmengen Voraussetzung: A 0 bekannt ( 14 C/ 12 C) t=0 = K 0 bekannt

12 Probleme der konventionellen Massenspektrometrie konventionell < Teilchenenergie 80 keV, positiv geladene Ionen werden in einem Magneten aufgrund ihrer Masse unterschiedlich stark abgelenkt Konzentration des nachzuweisenden Isotops (z.B. 14 C, ) ist um viele Größenordnungen niedriger als der Untergrund Isobare Untergrund zu 14 C: Isobare: 14 N + Moleküle: 13 CH +, 12 CH 2 +, 7 Li 2 + mehrfach geladen: 28 Si 2+, 12 C 16 O 2+, 12 C 13 CH 3 2+ Massen- bzw. Energieauflösung ist nicht hoch genug um Massendefekt nachzuweisen bzw. vom Untergrund deutlich zu trennen

13 Die Erlanger AMS-Anlage

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18 Die Funktionsweise des Tandembeschleunigers Van de Graaf Generator Tandembeschleuniger Elektrisch isolierendes Band Elektrisch positiv geladenes Terminal 5 Millionen Volt Aufsprüh- bürsten.

19 Die Erlanger AMS-Anlage

20 Die Datennahme

21 Die Datenauswertung

22 Atombombenpeak-Kurve Kollagen aus Knochen 115,08 pMC Muskel und Hautgewebe 111,02 pMC

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