Physikalische Methoden

1. Physikalische Methoden Radiometrische Methoden Paläo- und Archäomagnetik Gestörte radioaktive Gleichgewichte Strahlenschädigungen als Grundlage der Altersbestimmung Partikelspuren

2. Mutter-/Tochter-Isotopen-Verhältnis Quelle: http://gpc.edu/~pgore/myart/radiometric.gif [10.10.2007]

3. Radiogene Edelgase • Kalium-Argon und Argon/Argon-Methoden • Im Einzelnen: • Konventionelle K/Ar-Methode (40Ar/40K) • Argon-Argon-Methode (40Ar/39Ar) • Argon-Lasertechnik

4. -Strahler K-Einfang Radiogene Edelgase – die 40K/40Ar-Methode Dualer Zerfallsmechanismus von Kalium-40 • Edelgase sind chemisch nicht reaktiv • werden beim Erwärmen des Gesteins völlig ausgetrieben • Dadurch: „Uhr wird auf Null gesetzt“

5. Grundlagen • Datierbar: • Völlige Entgasung K-haltiger Minerale. Im jungen Altersbereich v.a. Vulkanite. Präzision <1% heute erreichbar. • Erste Anwendung Smits & Gentner 1950 an tertiären Kalisalzen von Buggingen/ORG. • Fast gesamte Erdgeschichte abdeckbar. • 3 K-Isotope: 39K (93,258%), 40K (0,01167%, instabil, dualer Zerfall), 41K (6,73%) • 3 Ar-Isotope: Arges=36Ar (0,337%), 38Ar (0,063%), 40Ar (99,6%)(0,134% der Atm.) • Größter Teil des atmosphärischen Argons ist radiogen!

7. Geyh 2005

8. Elektroneneinfang • 40K 40Ar ß 40Ca Verzweigungsverhältnis R = le/lb = 0,1171 lg = le + lb (5,543*10-10a-1)(0,581*10-10 a-1) (4,962*10-10 a-1)

9. Geyh 2005

10. Altersgleichung • Bei völliger Entgasung und Retention: • t=1/lg*ln[1+(1+R)(40Arrad/40K)] • Durch Einsetzung numerischer Werte (lg, R, 40Arrad [cm3(STP)]: • t=1,8041*109*ln[1+142,63*40Arrad/K] • Für t<2Ma angenähert durch lineare Beziehung: • t=2,573*1012*(40Arrad/K) • Konventionelle K/Ar-Technik (chem. K-Analyse, K-gesamt)

11. Problematik • In Gesteinsproben außer 40Arrad auch 40Aratm • Atmosphärisches Verhältnis40Ar/36Ar=295,5 • 40Arrad = 40Ar – 295,5* 36Ar • zur Korrektur des Luftbeitrages an Ar (Problem für junge Proben!) • Oft Überschuss-Argon (Exzess-Ar) in Probe! Zu hohe Alter. • Isotopisch homogen, aber räumlich inhomogen verteilt! • Kann durch mineral- und ortsauflösende K-Ar-Analyse erkannt werden (bes. Laser-Tchnik, s.u.) • Ar-Verluste in verwitterten Gesteinen und Gläsern möglich (Alters-Unterschätzung!)

12. 39Ar/ 40Ar • Durch Beschuss von 39K mit schnellen Neutronen entsteht 39Ar • 39K (n,p) 39Ar mit t1/2=269 a; Vorteile: • A) Kein natürliches 39Ar in Probe; 40Ar/ 39Ar~ 40Arrad/ 40K • B) Ebenfalls massenspektr. Bestimmung von 39Ar, höhere Messgenauigkeit! • t=1/lg*ln[1+(40Arrad/39Ar)*J], wobei • J = (elg*t`-1)/(40Arrad/39Ar)mit t‘ = bekanntes Alter eines mitbestrahlten Standards, denn • Neutronenfluss des Reaktors und Einfangswahrscheinlichkeit für Neutronen müssten genau bekannt sein, um unabhängig von Standard datoeren zu können; daher Trick mit J.

13. 39Ar/ 40Ar-Lasertechnik • Variante der 39Ar/ 40Ar-Technik • Erhitzung der Probe durch fokussierten Laserstrahl • Vorteil: geringere Probenmenge im mg-Bereich, • Höhere Ortsauflösung, • Einzelkörner datierbar, • Körner mit gestörtem K-Ar-system erkennbar! • Alter bis in Holozänbereich möglich (z.B. Sanidine aus Laacher Bimstuff: 13±1 ka (van den Bogaard). • ….

14. Bei jungen Proben empfehlenswert, verschiedene Mineralphasen mit unterschiedlichem K-Gehalt zu datieren, damit • Isochronendarstellung (s.u.) möglich wird. • (Bei gleichem Alter müssen müssen K-reichere Mineralphasen mehr 40Arrad haben.) • Isochronendarstellung bei konventioneller K/Ar-Datierung: 40Ar/ 36Ar wird gegen 40K/ 36Ar aufgetragen • Sonst: 40Ar/ 36Ar wird gegen 39Ar/ 36Ar aufgetragen

15. Beispielregion: Vulkaneifel Schmincke 2000

19. Entgasungsspektrum Ar/Ar

20. Isochronendarstellung Ar/Ar

21. Ar/Ar-Einzelkorndatierung (Laser)

22. Vergleich schrittweise Erhitzung/Laser Geyh 2005

23. U-He-Methode

24. U-He-Methode