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

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

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.

Relative Datierungsmethoden Stratigraphie Magnetostratigraphie Biostratigraphie (Leitfossiltechnik) Fluormethode

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

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

Magnetostratigraphie Ferrimagnetische Minerale  Richtung und Intensität des Erdmagnetfeldes

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

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

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

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-

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

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

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

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 15.3 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-14 5740 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 14080 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 15 000 Jahre alt.

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

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

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 15.3 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-14 5740 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 14080 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 10000 Jahre alt.

Andere Isotope Methode Mutterisotop -> Tochterisotop Datierbarer Bereich Halbwertszeit Radiocarbon 14 C -> 14 N 500-50.000 Jahre 5,73*103 Uran-Blei 238U -> 206Pb oder 235U -> 207Pb 1.000.000 – 4.500.000.000 Jahre 4,5 * 109 Jahre Oder 0,7*109 Jahre Thorium-Blei 232Th -> 208Pb 1,4*1010 Jahre Rubidium - Strontium 87 Rb -> 87 Sr 50.000.000- 4.500.000.000 Jahre 4,7*1010Jahre Kalium-Argon 40K -> 40Ar Bis zu 4.600.000.000 Jahre 1,3*109Jahre

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