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Logarithmieren und Umformen ergibt eine Gleichung zur
Altersbestimmung mit der
234
U/
230
Th-Methode
aufgrund des
Zerfalls der Überschussaktivität von
234
U.
nicht verändern. Unter diesen Voraussetzungen folgt das Al-
ter seit Beginn der Strahlenschädigung aus:
t
D
Y
aD
=
z
:
(2.40)
(i) Thermolumineszenz:
Dies ist eine Standardmethode
zur Datierung äolischer, kolluvialer bzw. alluvialer, glazialer,
fluviatiler und küstennaher mariner Sedimente. Sie über-
deckt einen bestimmbaren Altersbereich, der von einigen
wenigen bis zu etwa 150 000 Jahren reicht. Damit ist sie eine
der wichtigsten Methoden in der Quartärgeologie und für die
Paläoklimaforschung. Gleichzeitig ist die Datierung mit dem
Thermolumineszenz-Verfahren keine Standard-Anwendung,
sondern erfordert Geschick und Erfahrung bei der Auswahl
und Auswertung der Proben sowie der Interpretation der
kutieren Verfahrensweisen und Anwendungen.
(ii) Spaltspuren:
Die Spaltspurenmethode beruht auf der
bei zerfällt ein Atomkern unter Abgabe großer kinetischer
nahezu gleich große Fragmente (d. h. Kerne leichterer Ele-
mente). Spontane Kernspaltung tritt bei allen Elementen mit
einer Massenzahl von A
> 230
auf. Ein
'
-Zerfall ist bei
238
U etwa zwei Millionen Mal wahrscheinlicher als spon-
tane Kernspaltung. Die Anzahl radioaktiver Zerfälle D
r
in
238
Uist
2.2.4 Akkumulationsuhren auf der Grundlage
von Strahlenschädigungen
Sowohl die kosmische
'
-,
“
- und
”
-Strahlung als auch die
spontane Kernspaltung erzeugen Strahlenschäden in Fest-
körpern. Dies betrifft die Atomhüllen ebenso wie die Kris-
tallgitter. In Folge der Schädigung weist das Material ver-
änderte physikalische und chemische Eigenschaften auf wie
beispielsweise Dichte, optische Eigenschaften, chemische
Stabilität, Gitterfehler im Kristall. Man unterscheidet bei den
Strahlenschäden zwischen Hüllen- und Gitter-Phänomenen.
Im ersten Fall wird von nichtleitenden kristallinen Festkör-
pern früher aufgenommene Energie aus kosmischer Strah-
lung in Form von Lumineszenz abgestrahlt. Bis dahin ist die-
se Energie auf energetischen Zwischenniveaus gebunden -
sogenannten Elektronenfallen (z. B. Kristall-Gitterdefekte),
bis für die Freisetzung dieser Elektronen genügend Energie
in Form von Wärme (Thermolumineszenz - TL), ultravio-
lettem Licht oder
”
-Strahlung (Optisch Stimulierte Lumi-
neszenz - OSL) zugeführt wird. Im zweiten Fall wirken
energiereiche Trümmer der spontanen Kernspaltung oder
'
-
Teilchen wie Geschosse, die Schadspuren von einigen
m
Tiefe im Feststoff zurücklassen. Beispiele von Datierungs-
methoden, die auf Hüllen-bzw. Gitter-Phänomenen beruhen,
sind die Thermolumineszenz- bzw. die Spaltspurenmetho-
Methode (ESR) und die
'
-Rückstoßspuren-Methode.
Der Auswertung liegen stets die folgenden beiden ideali-
sierenden Grundannahmen zugrunde: (1) Die durch Bestrah-
lung entstandenen Strahlenschäden verheilen nicht während
des Datierungszeitraums und ihre Dichte wächst propor-
tional zur akkumulierten Dosis Y
aD
und Dauer t der Be-
strahlung. Die SI-Einheit der Strahlendosis ist das Gray
11
:
Œ
Y
aD
D
Gy, definiert als absorbierte Energie pro Einheits-
masse Materie:
1
Gy
D 1
Jkg
1
. (2) Die Dosisleistung (
dose
rate
)z(mGya
1
/
D
r
D Œ
238
U
.
e
œ
238
t
1/ ;
(2.41)
die der spontanen Kernspaltungen D
S
ist:
œ
s
œ
238
D
s
D
D
r
;
(2.42)
wo
œ
s
7 10
17
a
1
die immer noch recht ungenau
bekannte Zerfallskonstante der spontanen Kernspaltung ist
Die energiereichen Kerntrümmer der spontanen Kern-
spaltung hinterlassen in den Kristallen Schadspuren, soge-
nannte Spaltspuren (
fission tracks
), die einige Mikrometer
lang und einige Nanometer breit sind. Sie sind bei Zimmer-
temperatur stabil, heilen aber als Funktion der Temperatur
mehr oder minder schnell mit der Zeit aus. Dieses Ausheilen
(
annealing
) endet für jedes Mineral bei einer spezifischen
Temperatur: In Apatit bleiben viele Spaltspuren bei einer
Temperatur von 80 °C eine Million Jahre erhalten, keine
übersteht jedoch 175 °C. Bei Sphen (Titanit) beginnt die par-
tielle Ausheilzone (
partial annealing zone
: PAZ) bei 250 °C
und endet bei 420 °C. Die von Mineral zu Mineral verschie-
denen Maximaltemperaturen, die zudem von der Abkühlrate
des Gesteinsverbands abhängen (je rascher, desto höher),
werden Blockungstemperaturen (
blocking temperature
) oder
Schließungstemperaturen (
closure temperature
) genannt. In
Tab.
2.4
sind einige Beispiele zusammengestellt.
setzt sich aus einer aus der Probe selbst
herrührenden und einer externen Komponente zusammen,
die entweder kosmischen Ursprungs ist oder dem die Probe
ursprünglich umgebenden Material entstammt. Beide Kom-
ponenten dürfen sich während der Alterung nicht ändern.
Dies verlangt ein geschlossenes System, in dem radiogene
Isotope weder zu- noch abgeführt wurden. Auch der Was-
sergehalt und die kosmische Strahlung dürfen sich im Mittel
11
Benannt nach dem britischen Physiker und Strahlenbiologen Louis
Harold Gray (1905-1965). Vor dem 31.12.1985 war das rad die übliche
Einheit:
1
Gray
D
100
rad;
1
rad
D
100
erg g
1
.