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Tochterelementen in der Zerfallskette säkulares
Gleichgewicht herrscht (siehe Abschn. 4.8.3.7),
und dass beim Unterschreiten der Schließungs-
temperaturkeinHeimKristallgittervorhan-
den war. Unter diesen Voraussetzungen gilt (da
der
238
U-Zerfall acht Alphateilchen freisetzt, der
235
U-Zerfall sieben, der
232
Th-Zerfall sechs und
der
147
Sm-Zerfall eines):
4
He = 8
238
U(e
l
238
t
-1)+
7
235
U(e
l
235
t
-1)+
6
232
Th (e
l
232
t
-1)+
147
Sm (e
l
147
t
-1).
Löst man diese Gleichung nach t auf, so kann
manmitdengemessenenWertenderinihr
enthaltenen Isotope und mit den entsprechen-
denindenvorigenAbschnittenbereitsange-
sprochenen Zerfallskonstanten das (Abkühl-)
Alter der Probe berechnen.
4.8.3.8 Die U-Th-(Sm)/He-Methode
Es ist lange bekannt und wurde auch schon des
Öfteren erwähnt, dass Uran und Thorium zu
Blei zerfallen und Samarium zu Neodym. Im
Zuge der radioaktiven Zerfallsketten wird da-
bei eine - je nach dem Mutterisotop unter-
schiedliche - Anzahl von
Alphapartikeln
(He-
Kerne) gebildet, die sich mit eingefangenen
Elektronen zu Heliumatomen verbinden. Das
U-Th-(Sm)/He-System ist eigentlich ein poten-
tes Geochronometer, leidet aber daran, dass
dassehrkleineEdelgasHeausdenmeisten
Kristallstrukturen sehr leicht diffusiv ent-
weicht. In den 1980er und 1990er Jahren gab es
erfolgreiche Versuche, insbesondere sehr nied-
rig temperierte Prozesse zu datieren, z. B. die
Bildung hydrothermaler Erzgänge anhand von
Hämatit
, der kleine Mengen Uran einbaut.
Auch Titanit wurde so schon erfolgreich da-
tiert. Weitere Minerale wurden und werden un-
tersucht, doch ist ihre He-Diffusivität entweder
unbekannt oder zu groß.
Das einzige Mineral, bei dem sich die Methode
in den letzten 20 Jahren wirklich in größerem
Umfang durchgesetzt hat, ist
Apatit
,derunter-
halb von etwa 85 °C für He „dicht“ zu sein
scheint. In Verbindung mit Spaltspurdatierun-
gen erlaubt diese Methode eine sehr präzise Al-
terseinstufung geologischer Prozesse wie z. B.
Gebirgshebung und Erosion. Während die
Spaltspurdatierung an Apatit den Zeitabschnitt
datiert, in dem eine Probe durch das Tempera-
turfenster zwischen 60 und 120 °C gegangen ist,
datiert die U-Th-(Sm)/He-Methode den Tem-
peraturbereich zwischen 40 und 85 °C.
U-Th-(Sm)/He-Altersdatierungen werden typi-
scherweise als Zweistufenprozess durchgeführt.
Zunächst wird der zu untersuchende Kristall
durch Erhitzen entgast und das dabei frei wer-
dende
4
He wird gas-massenspektrometrisch
analysiert. Derselbe Kristall wird dann hinter-
her mittels ICP-MS auf seine Gehalte an U, Th
und Sm analysiert.
4.8.3.9 Kosmogene Radionuklide
Kosmogene Radionuklide entstehen, wenn
kos-
mische Strahlung
- ein Gemenge verschiedener,
teils hoch energetischer Teilchen - mit Materie
wechselwirkt. Dies geschieht in der Atmosphäre
(Abb. 4.152), aber auch in Meteoriten, während
diese durchs All fliegen. Durch Zusammenstöße
mit hochenergetischen
a
-Teilchen und Proto-
nen entstehen Neutronen, die durch die Ener-
gieübertragung in
Spallations- und Neutronen-
einfangsreaktionen
wiederum so genannte Tar-
getatome oder -moleküle zerstören und auf
diese Weise neue Nuklide produzieren. Die
wichtigsten Targetkerne in der Atmosphäre sind
natürlich O, N und Ar, die geochemisch wich-
tigsten der entstehenden radioaktiven Nuklide
sind
14
C,
10
Be und
26
Al mit Halbwertszeiten von
5730, 1,5 Millionen und 716.000 Jahren (Abb.
4.152). Wenn die in der Atmosphäre entstande-
nen Radionuklide in den hydrologischen, biolo-
gischen oder geologischen (Gesteins-) Kreislauf
gelangen, werden sie von der ständig fortge-
setzten Produktion abgeschnitten und zerfallen
mit ihrer Halbwertszeit (im biologischen Kreis-
lauf natürlich erst nach dem Tod des jeweiligen
Lebewesens). Bei Kenntnis ihrer Anfangskon-
He (
a
-Teilchen) entsteht
also beim Zerfall der Mutterisotope
238
U,
235
U,
232
Th und
147
Sm. Die Datierung beruht auf der
fundamentalen Annahme, dass zwischen allen
4
