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Physikalische Methoden Radiometrische Methoden Gestörte radioaktive Gleichgewichte Strahlenschädigungen als Grundlage der Altersbestimmung Partikelspuren.

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Präsentation zum Thema: "Physikalische Methoden Radiometrische Methoden Gestörte radioaktive Gleichgewichte Strahlenschädigungen als Grundlage der Altersbestimmung Partikelspuren."—  Präsentation transkript:

1 Physikalische Methoden Radiometrische Methoden Gestörte radioaktive Gleichgewichte Strahlenschädigungen als Grundlage der Altersbestimmung Partikelspuren Paläo- und Archäomagnetik

2 Mutter-/Tochter-Isotopen-Verhältnis Quelle: [ ]

3 Radiogene Edelgase Kalium-Argon und Argon/Argon-Methoden Kalium-Argon und Argon/Argon-Methoden Im Einzelnen: Im Einzelnen: Konventionelle K/Ar-Methode ( 40 Ar/ 40 K) Konventionelle K/Ar-Methode ( 40 Ar/ 40 K) Argon-Argon-Methode ( 40 Ar/ 39 Ar) Argon-Argon-Methode ( 40 Ar/ 39 Ar) Argon-Lasertechnik Argon-Lasertechnik

4 Radiogene Edelgase – die 40 K/ 40 Ar-Methode Dualer Zerfallsmechanismus von Kalium-40 -Strahler K-Einfang Edelgase sind chemisch nicht reaktiv werden beim Erwärmen des Gesteins völlig ausgetrieben Dadurch: Uhr wird auf Null gesetzt

5 Grundlagen Datierbar: Datierbar: Völlige Entgasung K-haltiger Minerale. Im jungen Altersbereich v.a. Vulkanite. Präzision <1% heute erreichbar. Völlige Entgasung K-haltiger Minerale. Im jungen Altersbereich v.a. Vulkanite. Präzision <1% heute erreichbar. Erste Anwendung Smits & Gentner 1950 an tertiären Kalisalzen von Buggingen/ORG. Erste Anwendung Smits & Gentner 1950 an tertiären Kalisalzen von Buggingen/ORG. Fast gesamte Erdgeschichte abdeckbar. Fast gesamte Erdgeschichte abdeckbar. 3 K-Isotope: 39 K (93,258%), 40 K (0,01167%, instabil, dualer Zerfall), 41 K (6,73%) 3 K-Isotope: 39 K (93,258%), 40 K (0,01167%, instabil, dualer Zerfall), 41 K (6,73%) 3 Ar-Isotope: Ar ges = 36 Ar (0,337%), 38 Ar (0,063%), 40 Ar (99,6%) (0,134% der Atm.) 3 Ar-Isotope: Ar ges = 36 Ar (0,337%), 38 Ar (0,063%), 40 Ar (99,6%) (0,134% der Atm.) Größter Teil des atmosphärischen Argons ist radiogen! Größter Teil des atmosphärischen Argons ist radiogen!

6

7 Geyh 2005

8 40 K 40 K 40 Ar Elektroneneinfang ß 40 Ca Verzweigungsverhältnis R = e / g e (5,543* a -1 ) (0,581* a -1 )(4,962* a -1 )

9 Geyh 2005

10 Altersgleichung Bei völliger Entgasung und Retention: Bei völliger Entgasung und Retention: t=1/ g *ln[1+(1+R)( 40 Ar rad / 40 K)] t=1/ g *ln[1+(1+R)( 40 Ar rad / 40 K)] Durch Einsetzung numerischer Werte ( g, R, 40 Ar rad [cm 3 (STP)]: Durch Einsetzung numerischer Werte ( g, R, 40 Ar rad [cm 3 (STP)]: t=1,8041*10 9 *ln[1+142,63* 40 Ar rad /K] t=1,8041*10 9 *ln[1+142,63* 40 Ar rad /K] Für t<2Ma angenähert durch lineare Beziehung: Für t<2Ma angenähert durch lineare Beziehung: t=2,573*10 12 *( 40 Ar rad /K) t=2,573*10 12 *( 40 Ar rad /K) Konventionelle K/Ar-Technik (chem. K-Analyse, K-gesamt) Konventionelle K/Ar-Technik (chem. K-Analyse, K-gesamt)

11 Problematik In Gesteinsproben außer 40 Ar rad auch 40 Ar atm In Gesteinsproben außer 40 Ar rad auch 40 Ar atm Atmosphärisches Verhältnis 40 Ar/ 36 Ar=295,5 Atmosphärisches Verhältnis 40 Ar/ 36 Ar=295,5 40 Ar rad = 40 Ar – 295,5* 36 Ar 40 Ar rad = 40 Ar – 295,5* 36 Ar zur Korrektur des Luftbeitrages an Ar (Problem für junge Proben!) zur Korrektur des Luftbeitrages an Ar (Problem für junge Proben!) Oft Überschuss-Argon (Exzess-Ar) in Probe! Zu hohe Alter. Oft Überschuss-Argon (Exzess-Ar) in Probe! Zu hohe Alter. Isotopisch homogen, aber räumlich inhomogen verteilt! Isotopisch homogen, aber räumlich inhomogen verteilt! Kann durch mineral- und ortsauflösende K-Ar-Analyse erkannt werden (bes. Laser-Tchnik, s.u.) Kann durch mineral- und ortsauflösende K-Ar-Analyse erkannt werden (bes. Laser-Tchnik, s.u.) Ar-Verluste in verwitterten Gesteinen und Gläsern möglich (Alters- Unterschätzung!) Ar-Verluste in verwitterten Gesteinen und Gläsern möglich (Alters- Unterschätzung!)

12 39 Ar/ 40 Ar Durch Beschuss von 39 K mit schnellen Neutronen entsteht 39 Ar Durch Beschuss von 39 K mit schnellen Neutronen entsteht 39 Ar 39 K (n,p) 39 Ar mit t 1/2 =269 a; Vorteile: 39 K (n,p) 39 Ar mit t 1/2 =269 a; Vorteile: A) Kein natürliches 39 Ar in Probe; 40 Ar/ 39 Ar~ 40 Ar rad / 40 K A) Kein natürliches 39 Ar in Probe; 40 Ar/ 39 Ar~ 40 Ar rad / 40 K B) Ebenfalls massenspektr. Bestimmung von 39 Ar, höhere Messgenauigkeit! B) Ebenfalls massenspektr. Bestimmung von 39 Ar, höhere Messgenauigkeit! t=1/ g *ln[1+( 40 Ar rad / 39 Ar)*J], wobei t=1/ g *ln[1+( 40 Ar rad / 39 Ar)*J], wobei J = (e g *t` -1)/ ( 40 Ar rad / 39 Ar) mit t = bekanntes Alter eines mitbestrahlten Standards, denn J = (e g *t` -1)/ ( 40 Ar rad / 39 Ar) mit t = bekanntes Alter eines mitbestrahlten Standards, denn Neutronenfluss des Reaktors und Einfangswahrscheinlichkeit für Neutronen müssten genau bekannt sein, um unabhängig von Standard datoeren zu können; daher Trick mit J. Neutronenfluss des Reaktors und Einfangswahrscheinlichkeit für Neutronen müssten genau bekannt sein, um unabhängig von Standard datoeren zu können; daher Trick mit J.

13 39 Ar/ 40 Ar-Lasertechnik Variante der 39 Ar/ 40 Ar-Technik Variante der 39 Ar/ 40 Ar-Technik Erhitzung der Probe durch fokussierten Laserstrahl Erhitzung der Probe durch fokussierten Laserstrahl Vorteil: geringere Probenmenge im mg-Bereich, Vorteil: geringere Probenmenge im mg-Bereich, Höhere Ortsauflösung, Höhere Ortsauflösung, Einzelkörner datierbar, Einzelkörner datierbar, Körner mit gestörtem K-Ar-system erkennbar! Körner mit gestörtem K-Ar-system erkennbar! Alter bis in Holozänbereich möglich (z.B. Sanidine aus Laacher Bimstuff: 13±1 ka (van den Bogaard). Alter bis in Holozänbereich möglich (z.B. Sanidine aus Laacher Bimstuff: 13±1 ka (van den Bogaard). …. ….

14 Bei jungen Proben empfehlenswert, verschiedene Mineralphasen mit unterschiedlichem K-Gehalt zu datieren, damit Bei jungen Proben empfehlenswert, verschiedene Mineralphasen mit unterschiedlichem K-Gehalt zu datieren, damit Isochronendarstellung (s.u.) möglich wird. Isochronendarstellung (s.u.) möglich wird. (Bei gleichem Alter müssen müssen K-reichere Mineralphasen mehr 40 Ar rad haben.) (Bei gleichem Alter müssen müssen K-reichere Mineralphasen mehr 40 Ar rad haben.) Isochronendarstellung bei konventioneller K/Ar- Datierung: 40 Ar/ 36 Ar wird gegen 40 K/ 36 Ar aufgetragen Isochronendarstellung bei konventioneller K/Ar- Datierung: 40 Ar/ 36 Ar wird gegen 40 K/ 36 Ar aufgetragen Sonst: 40 Ar/ 36 Ar wird gegen 39 Ar/ 36 Ar aufgetragen Sonst: 40 Ar/ 36 Ar wird gegen 39 Ar/ 36 Ar aufgetragen

15 Beispielregion: Vulkaneifel Schmincke 2000

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19 Entgasungsspektrum Ar/Ar

20 Isochronendarstellung Ar/Ar

21 Ar/Ar-Einzelkorndatierung (Laser)

22 Vergleich schrittweise Erhitzung/Laser Geyh 2005

23 U-He-Methode

24 U-He-Methode

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