Ganz spontan - die Kern- spaltung als geologische Uhr

1. Ganz spontan - die Kern-spaltung als geologische Uhr Ursula Weber Max-Planck-Institut für Kernphysik Forschungsstelle Archäometrie

2. Warum machen wir das? • Wir wollen herausfinden • Wie alt ist diesesGestein? • Wann waren bestimmte Temperaturen erreicht? • Wann fanden archäologische Ereignissestatt? Basaltsäulen • Dazu gibt es viele verschiedene Datierungsmethoden Foto: W.J.Pilsak PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

3. G.A. Wagner PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

4. 5mm Gleadow et al., 2002 Spaltspuren im Apatitkristall Was sind Spaltspuren? PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

5. + 2 n Wie entstehen Spaltspuren? Spontane Kernspaltung von 238U 136Xe 95 MeV 100Sr 70 MeV PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

6. HNO3 Was passiert im Kristallgitter? Gleadow et al., 2002 PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

7. 100 μm Apatite mit angeätzten Spaltspuren G.A. Wagner PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

8. Methode • Wir wissen die Halbwertszeit der spontanen Kernspaltung von 238U. • Wir können die Spaltspuren zählen und somit herausfinden, wieviel 238U zerfallen ist. • Wir können ein Alter errechnen,wenn wir herausfinden, wie hoch die Konzentration von 238U im Kristall ist. PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

9. Methode Gleadow et al., 2002 PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

10. Apatit - Spaltspurenprobe Apatitkörner in Epoxyharz gegossen Detektor Glimmer A Glasträger PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

11. Spaltspurenanalytik - Labor U. Glasmacher PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

12. Spaltspurenalter - Zerfallsgleichung D* = Anzahl der zerfallenen Atome (Spaltspuren) N = Anzahl der “Elternatome” 238U t = Zeit  = Zerfallsrate des 238U PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

13. Stabilität der Spaltspuren • Spaltspuren kommen nur unterhalb einer mineralspezifischen Temperatur vor, in Apatit unterhalb von ~110° C. • Bei höherer Temperatur verkürzen sich die Spuren – über längere Zeiträume verschwinden die Spuren ganz.Dabei verheilt das Kristallgitter und die Atome nehmen ihre Ausgangsposition im Kristallgitter wieder ein. • Unterhalb von 60° C in Apatit sind die Spuren stabil – zwischen 60°-110° C werden die Spuren mit der Zeit in diesem Temperaturbereich verkürzt. PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

14. Gleadow et al., 2002 Spaltspuren im Apatitkristall Längenmessung der Spaltspuren PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

15. Anwendungsbeispiele - Geologie • Abhängigkeit der Spaltspuren von Zeit und Temperatur ist von großem Nutzen in der Geologie • Modellierung der thermischen Geschichte eines Gesteins mit Spaltspurendaten Gestein an der Erdoberfläche - heute Gestein in ca. 5 km Tiefe in der Erdkruste - vor 150 Millionen Jahren PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

16. Anwendungsbeispiele - Geologie • Bergell MassivApatit SpaltspurenHebungsraten:0,3 mm/Jahr G.A. Wagner PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

17. Anwendungsbeispiele - Geologie • Ausnahme: wenn Gestein sehr schnell abkühlt – wie bei einem Vulkanausbruch – ist das Spaltspurenalter auch ein direktes Entstehungsalter PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

18. Anwendungsbeispiele - Archäologie geological FT-age: 2.0 ± 0.2 Ma archaeological FT-age: 3.5 ± 0.35 ka Obsidian, Cerro la Tefa / Kolumbien PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K G.A. Wagner

19. Anwendungsbeispiele - Archäologie G.A. Wagner PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K

20. Anwendungsbeispiele - Archäologie • Urangläser sind recht gut zu datieren • Echtheitsdatierungen G.A. Wagner PHYSIK AM SAMSTAGMORGEN - Ganz spontan – die Kernspaltung als geologische Uhr Ursula Weber, MPI-K