Datierung in der Paläontologie

Präsentation zum Thema: "Datierung in der Paläontologie"—  Präsentation transkript:

1 Datierung in der Paläontologie
22. November 2012 Thorsten Soyka Alexander vom Stein Datierung in der Paläontologie

2 Inhalt Unterschied relative / absolute Datierung Stratigraphien
Fluormethode Wiederholung Isotope Radiometrie Aminosäuredatierung

3 Relative und absolute Datierung
Mit relativen Datierungsmethoden lässt sich das Alter nur ungenau bestimmen. Vor allem werden Funde ins Verhältnis gesetzt. Mit absoluten Datierungsmethoden lässt sich das Alter genau bestimmen.

4 Relative Datierungsmethoden
Stratigraphie Magnetostratigraphie Biostratigraphie (Leitfossiltechnik) Fluormethode

5 Stratigraphie Untersuchung der zeitlichen Bildungsfolge von Gesteinen
Stratigraphisches Prinzip (Nicolaus Steno) Viele verschiedene Arten

6 Chemische Änderungen in Gesteinen
Schallhärte / akustische Impedanz Auf und Ab des Weltmeeres-spiegels Änderung des Paläomagnet- feldes Klimaänderungen, die auf Variationen der Bahnelemente der Erde basieren Klimavariationen Abgrenzung von Schichten an Materialwechseln und Leitbänken

7 Magnetostratigraphie
Ferrimagnetische Minerale  Richtung und Intensität des Erdmagnetfeldes

8 Biostratigraphie Bestimmung des Alters von Gesteinsschichten anhand der Fossilien, die darin vorkommen Leitfossilien Prinzip der Fossilfolge / Leitfossilprinzip

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11 Fluormethode Knochen nehmen Fluor aus dem Boden auf  je höher der Fluorgehalt, desto älter

12 e- Isotope Atomkerne mit gleicher Ordnungszahl, aber verschiedener Neutronenzahl Massenzahl = Anzahl von Protonen und Neutronen P+ n nn n n Also, zuerst einmal zur kurzen Wiederholung: Was sind Isotope? Das etwas vereinfachte Schalenmodell der Atome sieht so aus, dass um einen positiv geladenen Atomkern der aus Protonen und Neutronen besteht die negativ geladenen Elektronen kreisen. Diese sind für die chemischen Eigenschaften des Atoms verantwortlich, die uns hier jedoch nicht interessieren. Die Anzahl der Protonen im Atomkern ist die sogenannte Ordnungszahl des Atoms. Sie ist für jedes Element charakteristisch, d.h. Kohlenstoff hat beispielsweise immer 6 Protonen, Stickstoff 7 usw. Die Neutronen dagegen sind ja nicht geladen und ihre Anzahl in einem Atomkern kann deshalb variieren! Als Isotope bezeichnet man deshalb Atome, die die gleiche Anzahl an Protonen haben, aber deren Neutronenzahl variieren kann. So gibt es beispielsweise Kohlenstoffatome mit 6,7 und 8 Neutronen. Aufgeschrieben wird die Anzahl der Atome in der sog. Massenzahl. Da Protonen und Neutronen etwa gleich schwer sind, wird ihre Anzahl einfach addiert und in dieser Zahl zusammengefasst. Also ist dieser Atomkern hier mit 6 Protonen und 6 Neutronen C-12, ein Neutron mehr und es ergibt sich C-13 und noch eines mehr und wir haben unser C-14! 12C 13C 14C

13 Radioaktiver Beta-Zerfall
Neutron zerfällt in Proton und Elektron Massenzahl gleich, Ordnungszahl ändert sich -> anderes Element Von äußeren Einflüssen unabhängig P+ n nn e- P+ n n 14 N 14C + e-

14 C-14 Bildung 14N 14C Kosmische Strahlung erzeugt freie Neutronen
In Erdatmosphäre Kosmische Strahlung erzeugt freie Neutronen Neutron ersetzt Proton Bildung ist Umkehrprozess des Zerfalls P+ n nn P+ n n 14N 14C

15 Der Weg in den Organismus
C-14 gelangt über CO2 in die Nahrungskette und damit in alle Organismen Konzentration im lebenden Organismus immer gleich der atmosphärischen Konzentration = 1 zu 1 Billionen

16 Beispielhafte Zählmethode
Vergleichsmaterial Probe 1 Zähler 11 13 15 10 14 12 2 3 1 2 1 9 3 8 6 5 4 7 3 Zerfallsprozesse / min =1/5 der Ausgangsaktivität 15 Zerfallsprozesse / min = Aktivität nach 0 Jahren C-14-Atome Stickstoff-Atome

17 Probe 1 ist also etwa 15 000 Jahre alt.
Ausgehend von diesem Wissen entwickelte zuerst Willard Frank Libby 1950 eine Methode, mit der man nun das Alter eines organischen Gegenstandes bestimmen kann. Dafür erhielt er 1960 sogar den Chemie-Nobelpreis. In der von ihm entwickelten Zählmethode wird bei einer Probe von wenigen Milligramm durch ein Zählrohr die Anzahl der radioaktiven Zerfälle bestimmt. In einem Gramm lebender organischer Substanz zerfallen pro Minute durchschnittlich C-14-Atome. Diesen Wert vergleicht man mit dem Messwert. Zerfallen pro Minute noch 7,65 Atome, also halb so viele, so kann man aus diesem Verhältnis das Alter ableiten. Die sog. Halbwertszeit von C-14, also die Zeit, in der statistisch die Hälfte aller betrachteten Atome zerfällt, beträgt bei C Jahre. Eine Probe, bei der noch 7,65 Atome/min zerfallen, ist also etwa 5740 Jahre alt, wenn nur noch 3,825, also ein Viertel so viel zerfällt, dann ist die Probe Jahre alt. Es existieren mittlerweile auch noch weitere, genauere Methoden, die Atome oder Zerfallsereignisse zu zählen und dementsprechend genauer das Alter zu berechnen. Probe 1 ist also etwa Jahre alt.

18 Massenspektrographie
Vergleichsmaterial Magnete Verhältnis: 1 C-14-Atom auf 1 Billionen C-12-Atome C-12 C-14 1 Billionen C-12-Atome 1 C-14- Atom

19 Massenspektrographie
Probe 2 Verhältnis: 1 C-14-Atom auf 3 Billionen C-12-Atome = 33 % des Ausgangswertes C-12 C-14 1 Billionen C-12-Atome 1 C-14- Atom

20 Probe 2 ist also etwa 10000 Jahre alt.
Ausgehend von diesem Wissen entwickelte zuerst Willard Frank Libby 1950 eine Methode, mit der man nun das Alter eines organischen Gegenstandes bestimmen kann. Dafür erhielt er 1960 sogar den Chemie-Nobelpreis. In der von ihm entwickelten Zählmethode wird bei einer Probe von wenigen Milligramm durch ein Zählrohr die Anzahl der radioaktiven Zerfälle bestimmt. In einem Gramm lebender organischer Substanz zerfallen pro Minute durchschnittlich C-14-Atome. Diesen Wert vergleicht man mit dem Messwert. Zerfallen pro Minute noch 7,65 Atome, also halb so viele, so kann man aus diesem Verhältnis das Alter ableiten. Die sog. Halbwertszeit von C-14, also die Zeit, in der statistisch die Hälfte aller betrachteten Atome zerfällt, beträgt bei C Jahre. Eine Probe, bei der noch 7,65 Atome/min zerfallen, ist also etwa 5740 Jahre alt, wenn nur noch 3,825, also ein Viertel so viel zerfällt, dann ist die Probe Jahre alt. Es existieren mittlerweile auch noch weitere, genauere Methoden, die Atome oder Zerfallsereignisse zu zählen und dementsprechend genauer das Alter zu berechnen. Probe 2 ist also etwa Jahre alt.

21 Andere Isotope Methode Mutterisotop -> Tochterisotop
Datierbarer Bereich Halbwertszeit Radiocarbon 14 C -> 14 N Jahre 5,73*103 Uran-Blei 238U -> 206Pb oder 235U -> 207Pb – Jahre 4,5 * 109 Jahre Oder 0,7*109 Jahre Thorium-Blei 232Th -> 208Pb 1,4*1010 Jahre Rubidium - Strontium 87 Rb -> 87 Sr Jahre 4,7*1010Jahre Kalium-Argon 40K -> 40Ar Bis zu Jahre 1,3*109Jahre

22 Aminosäuredatierung Aminosäuren wandeln sich von L- in D-Form
Datierung ansonsten ähnlich zur Radiometrie Stark von Temperatur abhängig