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

Mutter-/Tochter-Isotopen-Verhältnis Quelle: http://gpc.edu/~pgore/myart/radiometric.gif [10.10.2007]

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

Radiogene Edelgase – die 40K/40Ar-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“

Grundlagen Datierbar: 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. Fast gesamte Erdgeschichte abdeckbar. 3 K-Isotope: 39K (93,258%), 40K (0,01167%, instabil, dualer Zerfall), 41K (6,73%) 3 Ar-Isotope: Arges=36Ar (0,337%), 38Ar (0,063%), 40Ar (99,6%) (0,134% der Atm.) Größter Teil des atmosphärischen Argons ist radiogen!

Geyh 2005

40K 40Ar 40Ca lg = le + lb ß Verzweigungsverhältnis R = le/lb = 0,1171 Elektroneneinfang 40Ar ß 40Ca Verzweigungsverhältnis R = le/lb = 0,1171 lg = le + lb (5,543*10-10 a-1) (0,581*10-10 a-1) (4,962*10-10 a-1)

Geyh 2005

t=1/lg*ln[1+(1+R)(40Arrad/40K)] Altersgleichung Bei völliger Entgasung und Retention: t=1/lg*ln[1+(1+R)(40Arrad/40K)] Durch Einsetzung numerischer Werte (lg, R, 40Arrad [cm3(STP)]: t=1,8041*109*ln[1+142,63*40Arrad/K] Für t<2Ma angenähert durch lineare Beziehung: t=2,573*1012*(40Arrad/K) Konventionelle K/Ar-Technik (chem. K-Analyse, K-gesamt)

Problematik In Gesteinsproben außer 40Arrad auch 40Aratm Atmosphärisches Verhältnis 40Ar/36Ar=295,5 40Arrad = 40Ar – 295,5* 36Ar zur Korrektur des Luftbeitrages an Ar (Problem für junge Proben!) Oft Überschuss-Argon (Exzess-Ar) in Probe! Zu hohe Alter. Isotopisch homogen, aber räumlich inhomogen verteilt! 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!)

39Ar/ 40Ar Durch Beschuss von 39K mit schnellen Neutronen entsteht 39Ar 39K (n,p) 39Ar mit t1/2=269 a; Vorteile: A) Kein natürliches 39Ar in Probe; 40Ar/ 39Ar~ 40Arrad/ 40K B) Ebenfalls massenspektr. Bestimmung von 39Ar, höhere Messgenauigkeit! t=1/lg*ln[1+(40Arrad/39Ar)*J], wobei J = (elg*t`-1)/ (40Arrad/39Ar) 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.

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

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

Beispielregion: Vulkaneifel Schmincke 2000

Entgasungsspektrum Ar/Ar

Isochronendarstellung Ar/Ar

Ar/Ar-Einzelkorndatierung (Laser)

Vergleich schrittweise Erhitzung/Laser Geyh 2005

U-He-Methode

U-He-Methode