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Produktion und des atmosphärischen CO 2 -Gehalts durch
paläoklimatische Änderungen erklären.
Inzwischen gibt es Kalibrationskurven konventioneller
14 C-Alter für die letzten 50 000 Jahre. Sie stützen sich für
die ersten 11 000 Jahre auf 14 C-Messungen dendrochrono-
logisch genau datierter Holzproben. 14 C-Datierungen sind
nicht mehr wegzudenken bei der Erforschung der jüngeren
Klimageschichte, in der Archäologie, der Quartärgeologie
und der Hydrogeologie zur Bestimmung von Grundwas-
seraltern.
(ii) Tritium ( 3 H): In einer -Zerfallsreaktion zerfällt Tri-
tium mit einer Halbwertszeit von 4500(8) Tagen (Lucas &
Unterweger 2000 ) bzw. 12,32(3) Jahren zu stabilem 2 He,
was einer Zerfallskonsta nt e von œ D 0;056 26 a 1 ent-
spricht: 1 H ! 2 He C“ C e .Wie 14 C ist natürliches Tritium
ein Produkt der kosmischen Bestrahlung von Stickstoff in
der oberen Atmosphäre. Die Datierung erfolgt wie für Ra-
diokohlenstoff mit ( 2.27 ) , in der jeweils 14 C und 12 C durch
3 Hbzw. 2 H zu ersetzen sind. Dieser Zerfall und die damit
für das stabile, radiogene 3 He definierte Akkumulationsuhr
werden durch ( 2.8 ) und ( 2.10 ) beschrieben. Die natürliche
Tritium-Konzentration im Regenwasser ist allerdings durch
die überirdischen Kernwaffentests im 20. Jahrhundert so
stark überprägt, dass sie kaum noch zur eigentlichen Alters-
bestimmung genutzt wird.
Sie dient daher im Wesentlichen zum sicheren Nachweis
von Grundwasser, Tiefenwasser in den Ozeanen und Glet-
schereis mit einem geringeren Alter als 50 Jahren. In der
Hydrogeologie werden mit dieser Methode Laufzeiten von
Grundwasserströmungen in gespannten Grundwasserleitern
bestimmt. Darüber hinaus dienen die großen Anomalien im
Tritiumgehalt der Atmosphäre, verursacht von überirdischen
Kernwaffentests, als Markierungen ( tracer ) im Grundwas-
serstrom.
Die mittlere Verweilzeit von Thorium in Meerwasser be-
trägt nur Jahrzehnte. Sie ist damit viel kürzer als von Uran,
die Jahrhunderttausende beträgt. Daher ermöglichen die auf
gestörten radioaktiven Gleichgewichten in der Zerfallsreihe
von 238 U über 234 Uin 230 Th beruhenden Datierungsme-
thoden eine Altersbestimmung bis zu 500 000 Jahren. Sie
überbrücken damit die Datierungslücke zwischen der 14 C-
Methode und den auf Eltern/Tochter-Isotopenverhältnissen
beruhenden Methoden (siehe Abschn. 2.2.1 ) und sind damit
wichtige Methoden in der Quartärgeologie und für die Pa-
läoklimaforschung.
Im Folgenden wird neben der Anzahl von Zerfällen ei-
nes Isotops X auch von seiner als Aktivität bezeichneten
momentanen Zerfallsrate dX = dt D A . X / D œ X XGe-
brauch gemacht, die mit der verbleibenden Konzentration in
Beziehung gesetzt wird (weshalb das Minuszeichen im Ge-
gensatz zu ( 2.1 ) entfällt). Zerfällt ein Radionuklid N 1 in ein
instabiles Tochternuklid N 2 und dieses darauf in ein zwei-
tes Tochternuklid N 3 , so werden diese Zerfälle beschrieben
durch: dN 1 = dt D œ 1 N 1 und: dN 2 = dt D œ 2 N 2 .DieRa-
te, mit der sich die Konzentration von N 2 ändert, ist somit
die Differenz dieser beiden Raten, mit denen N 2 neu ge-
bildet wird und zerfällt: dN 2 = dt D œ 2 N 2 œ 1 N 1 , wobei
œ 1 und œ 2 die Zerfallskonstanten der beiden Nuklide sind
und N 1 (t) und N 2 (t) die Anzahl ihrer zu einem beliebigen
Zeitpunkt verbleibenden Atome. Mit der Anfangskonzentra-
tion N 1 . t D 0/ und ( 2.5 ) gilt: N 1 D N 1 e œ 1 t ,womitman
schließlich die lineare, gewöhnliche Differenzialgleichung
erster Ordnung erhält:
dN 2 . t /
dt
C œ 2 N 2 . t / œ 1 N 1 e œ 1 t
D 0:
(2.28)
Deren Lösung für die betrachtete Anfangsbedingung ist (Ba-
teman 1910 ) :
e œ 1 t
e œ 2 t
œ 1
œ 2 œ 1
N 1
N 2 D
2.2.3 Datierung mit radioaktiven
Ungleichgewichten
ƒ‚ …
aus Zerfall von N 1 enstandene,
noch unzerfallene Isotope
Die Datierung von Systemen, die nach einer geochemischen
Störung zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder geschlossen
wurden, erfolgt entsprechend dem Grad ihrer Annäherung
an das neue radioaktive Gleichgewicht. Solche Störungen
gehen meist einher mit einer geochemischen oder physika-
lischen Fraktionierung der chemischen Elemente. Zu den
Prozessen, welche dies bewirken können, gehören Verwit-
terung, Verfestigung von Gesteinen, Bildung von Kristallen,
Ausfällung von Süßwasserkalk, Bildung von Formaminife-
rengehäusen sowie Muschelschalen und die Ablagerung von
Tiefseesedimenten. Meist spielt hierbei Wasser eine Rolle, in
dem Uran um Größenordnungen besser löslich ist als Thori-
um.
N 2 e œ 2 t
C
:
(2.29)
„ ƒ‚ …
unzerfallener Rest der
anfänglich vorhandenen
N 2
Isotope
Gleichung ( 2.29 ) kann auf verschiedene nicht im Gleichge-
wicht befindliche Zerfälle in der Uran/Thorium-Reihe an-
gewendet werden. Als Beispiele werden die 238 U/ 234 U-
und 234 U/ 230 Th-Zerfälle betrachtet. Weitere Beispiele und
Anwendungen finden sich bei Geyh ( 2005 ) und Faure &
Mensing ( 2005 ) .
 
 
 
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