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Die radiometrischen Datierungsmethoden werden seit etwa 50 Jahren angewendet. Grundlage aller Datierungsmethoden ist der Zerfall radioaktiver Isotope. Man misst das Verhältnis zwischen einem instabilen Ausgangselement (Mutterelement) und dem dazugehörigen stabilen Endprodukt (Tochterelement). Dieser Zerfall verläuft oft über weitere radioaktive Zwischenelemente. Prinzipiell gilt: je älter eine Probe ist, um so mehr vom Mutterelement wurde ins Tochterelement umgewandelt.
In der Natur kommt Kohlenstoff in Form von 3 Isotopen vor - 12C, 13C , die beide stabil sind, und 14C, das instabil oder radioaktiv ist. Diese Isotopen kommen in der Natur in unterschiedlichen Mengen vor: 12C = 98.89%, 13C = 1.11% und 14C = 0.0000000001%. Somit kommt ein 14C-Atom in der Natur auf 1.000.000.000.000 12C-Atome. Die Radiocarbon-Methode basiert auf der Zerfallsrate des radioaktiven 14C, das in der oberen Atmosphäre durch den Einfluss von Neutronen in der Höhenstrahlung auf 14N (Stickstoff) gebildet wird. Die Reaktionsgleichung sieht folgendermaßen aus: 14N + n => 14C + p (n bedeutet ein Neutron und p ein Proton)
Pflanzen und Tiere nehmen während ihres Lebens 14C auf und stehen damit im physikalischen Gleichgewicht mit der Atmosphäre, das bedeutet, dass das Verhältnis von stabilem zu instabilem Kohlenstoff annähernd gleich bleibt. Sobald Pflanze oder Tier sterben, wird kein weiterer Kohlenstoff aufgenommen und auch kein weiterer radioaktiver Kohlenstoff, der bereits aufgenommene zerfällt nun stetig. Libby, Anderson und Arnold (1949) entdeckten, dass dieser Zerfall in einer konstanten Rate erfolgt. Sie fanden heraus, dass nach 5568 Jahren die Hälfte des 14C der ursprünglichen Probe zerfallen und dass nach weiteren 5568 Jahren nur mehr ein Viertel vorhanden sein wird. Diese 5568 Jahre bezeichnet man als Halbwertszeit (5568 ± 30). Nach zehn Halbwertszeiten ist der Gehalt von 14C bereits sehr gering geworden. Somit sind Datierungen von Proben mit einem Alter über 50000 Jahren kaum mehr durchführbar.
Der Zerfall von 14C erfolgt nach folgender Gleichung. 14C => 14N + ® (® ist dabei ein Beta-Teilchen oder Elektron)
Da die Anzahl der produzierten Beta-Partikel genau der Zahl der zerfallenden 14C-Atome entspricht, kann man ihre Zählung dazu heranziehen, auf die 14C-Konzentration in der Probe zurückzuschließen.
Diese Messung der zerfallenden 14C-Atome hat mehrere Nachteile:
· Es werden große Probenmengen benötigt (mehrere 100g Kohlenstoff).
· Die Messzeiten dauern oft für eine Probe über eine Woche.
Bei Verwendung einer modernen AMS (Accelerator Mass Spectroscopy) -Anlage wird nicht der Zerfall gemessen sondern die Gesamtzahl von 14C-Atomen in der Probe gleich im Verhältnis zu 12C und 13C.
Die Vorteil dieser Methode sind:
· kleine Probemengen im 1-10 mg Bereich
· Die Meßzeiten liegen im Bereich von einer halben bis ganzen Stunde.
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