Ganz spontan - die Kern- spaltung als geologische Uhr
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<strong>Ganz</strong> <strong>spontan</strong> - <strong>die</strong> <strong>Kern</strong>-<br />
<strong>spaltung</strong> <strong>als</strong> <strong>geologische</strong> <strong>Uhr</strong><br />
Ursula Weber<br />
Max-Planck<br />
Max Planck-Institut Institut für <strong>Kern</strong>physik<br />
Forschungsstelle Archäometrie
Warum machen wir das?<br />
� Wir wollen herausfinden<br />
� Wie alt ist <strong>die</strong>ses Gestein?<br />
� Wann waren bestimmte<br />
Temperaturen erreicht?<br />
� Wann fanden archäologische<br />
Ereignisse statt?<br />
� Dazu gibt es viele verschiedene<br />
Datierungsmethoden<br />
Basaltsäulen<br />
Foto: W.J.Pilsak<br />
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G.A. Wagner<br />
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Was sind Spaltspuren?<br />
Spaltspuren im Apatitkristall<br />
5mm<br />
Gleadow et al., 2002<br />
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Wie entstehen Spaltspuren?<br />
Spontane <strong>Kern</strong><strong>spaltung</strong> von 238 U<br />
100 Sr<br />
70 MeV<br />
+ 2 n<br />
136 Xe<br />
95 MeV<br />
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Was passiert im Kristallgitter?<br />
Kristallgitter<br />
HNO 3<br />
Gleadow et al., 2002<br />
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Apatite mit angeätzten angeätzten<br />
Spaltspuren<br />
100 µm<br />
G.A. Wagner<br />
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�� Wir wissen <strong>die</strong><br />
Halbwertszeit der<br />
<strong>spontan</strong>en <strong>Kern</strong><strong>spaltung</strong><br />
von 238 238U. U.<br />
�� Wir können önnen <strong>die</strong><br />
Spaltspuren zählen und<br />
somit herausfinden,<br />
wieviel 238 238U U zerfallen ist.<br />
Methode<br />
�� Wir können ein Alter errechnen, errechnen wenn wir<br />
herausfinden,<br />
herausfinden,<br />
wie hoch <strong>die</strong> Konzentration von<br />
im Kristall ist.<br />
ist<br />
von 238<br />
238 U<br />
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8<br />
U
Methode<br />
Gleadow et al., 2002<br />
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Apatit - Spaltspurenprobe<br />
Apatitkörner in<br />
Epoxyharz gegossen Detektor Glimmer<br />
Glasträger<br />
A<br />
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Spaltspurenanalytik - Labor<br />
U. Glasmacher<br />
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Spaltspurenalter - Zerfallsgleichung<br />
D*<br />
N<br />
=<br />
( ) e<br />
λt<br />
− 1<br />
D* = Anzahl der zerfallenen Atome (Spaltspuren)<br />
N = Anzahl der “Elternatome” 238 U<br />
t = Zeit<br />
λ = Zerfallsrate des 238 U<br />
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Stabilität der Spaltspuren<br />
�� Spaltspuren kommen nur unterhalb einer<br />
miner<strong>als</strong>pezifischen Temperatur vor, in Apatit unterhalb<br />
von ~110° 110° C.<br />
�� Bei höherer Temperatur verkürzen sich <strong>die</strong> Spuren –<br />
über längere Zeiträume verschwinden <strong>die</strong> Spuren ganz.<br />
Dabei verheilt das Kristallgitter und <strong>die</strong> Atome nehmen<br />
ihre Ausgangsposition im Kristallgitter wieder ein.<br />
�� Unterhalb von 60° C in Apatit sind <strong>die</strong> Spuren stabil –<br />
zwischen 60°-110° 60° 110° C werden <strong>die</strong> Spuren mit der Zeit in<br />
<strong>die</strong>sem Temperaturbereich verkürzt.<br />
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Längenmessung der Spaltspuren<br />
Spaltspuren im Apatitkristall<br />
Gleadow et al., 2002<br />
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Anwendungsbeispiele - Geologie<br />
�� Abhängigkeit der Spaltspuren von Zeit und Temperatur<br />
ist von großem Nutzen in der Geologie<br />
�� Modellierung der thermischen Geschichte eines<br />
Gesteins mit Spaltspurendaten<br />
T(ºC)<br />
60º<br />
110º<br />
PAZ<br />
200 100<br />
time (Ma)<br />
0<br />
Gestein in ca. 5 km Tiefe in der<br />
Erdkruste - vor 150 Millionen Jahren<br />
Gestein an der<br />
Erdoberfläche -<br />
heute<br />
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Anwendungsbeispiele - Geologie<br />
�� Bergell Massiv<br />
Apatit Spaltspuren<br />
Hebungsraten:<br />
0,3 mm/Jahr<br />
G.A. Wagner<br />
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Anwendungsbeispiele - Geologie<br />
�� Ausnahme: wenn Gestein sehr schnell abkühlt – wie bei<br />
einem Vulkanausbruch – ist das Spaltspurenalter auch<br />
ein direktes Entstehungsalter<br />
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Anwendungsbeispiele - Archäologie<br />
geological FT-age: 2.0 ± 0.2 Ma<br />
archaeological FT-age: 3.5 ± 0.35 ka<br />
Obsidian, Cerro la Tefa / Kolumbien<br />
PHYSIK G.A. Wagner<br />
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Anwendungsbeispiele - Archäologie<br />
FT Afrika<br />
FT zircon<br />
1.87 ± 0.04 Ma<br />
(Gleadow 1980)<br />
G.A. Wagner<br />
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Anwendungsbeispiele - Archäologie<br />
�� Urangläser sind recht<br />
gut zu datieren<br />
�� Echtheitsdatierungen<br />
G.A. Wagner<br />
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