Isotope

1. Isotope Bearbeitet von: Laura Speich, Jil Heenen, Amelie-Kaja Krome, Felix Becker und Jean Cors

2. Inhalt: • Einleitung • Definition von Isotopen • Isotope in Mineralen und Gesteinen • Bestimmungsverfahren und Messmethoden (Radiometrische Datierung & Paläothermometrie) • Quellen

3. Einleitung: • Isotope sind Nuklide mit gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Massenzahl • In der Natur : stabile und instabile Isotope (Radionuklide) • Instabile Isotope streben stabile Zustände an: Über (radioaktive) Zwischenstufen zerfallen sie spontan

4. Einleitung: • Chemisches Verhalten: • Isotope zeigen sehr ähnliches chemisches Verhalten • Isotope lassen sich anhand bestimmter physikalischer Eigenschaften unterscheiden : • Masse • Kernspin (Gesamtdrehimpuls) • Magnetisches Drehmoment • Viele Elemente bestehen aus mehreren Isotopen in unterschiedlichem Mischungsverhältnis

5. Isotope in Mineralen und Gesteinen: • Vermutung:Durch Entstehung des Nördlinger Ries ist Glas (Moldavite) in Tschechien heruntergeregnet. Problem: Wie kann man beweisen, dass das Glas von dem Meteoritenaufprall stammt? Lösung: Durch Isotopenmessung mit einem hochempfindlichen Massenspektrometer.

6. Isotope in Mineralen und Gesteinen: http://www.mpi-hd.mpg.de/mauersberger/ozon/bild5

7. Isotope in Mineralen und Gesteinen: • Viele von ihnen sind nicht stabil, sondern zerfallen im Laufe der Zeit. Isotope dienen als Uhr: An dem Verhältnis von Uran zu Blei kann man bei sehr alten Erdgesteinen somit das Mindestalter bestimmen. Von einem Gramm Uran bleibt so nach 4.5 Milliarden Jahren nur noch die Hälfte übrig, die andere Hälfte hat sich in der Zeit in Blei verwandelt.

8. Isotope in Mineralen und Gesteinen: • Isotope können auch noch andere Informationen liefern: Zum Beispiel über den Herkunftsort der Mineralien, aus den sich durch geologische Prozesse wie Verwitterung, Ablagerung, Aufschmelzung etc. neue Gesteine gebildet haben.

9. Grundlagen der radiometrischen Datierung: • Einige Nuklide sind instabil  Radioaktiver Zerfall • t1/2 beruht ausschließlich auf der Beschaffenheit des Kerns  konstant über der Zeit • Änderung des Verhältnisses von ursprünglichem Nuklid zu seinen Zerfallsprodukten. • Grenzen der Methode: 1. Durch Störeffekte 2. Abhängigkeit der Genauigkeit von t1/2 • Die Altersgleichung:

10. Moderne Datierungsmethoden: Die Uran – Blei – Datierung: • Eine der ältesten und anerkanntesten auf bis zu 2 Millionen Jahre genau (bei einer 3 Ga alten Probe) • Wird normalerweise mit dem Mineral Zirkon (ZrSiO4) durchgeführt • Liefert 2 Zeitmesser durch Zerfall von: U-235  Pb-207 (t1/2 ~ 704 Ma) U-238  Pb-206 (t1/2 ~ 4,5 Ga) • Mit ihr wurde das Alter der Erde und des Sonnensystems bestimmt.

11. Moderne Datierungsmethoden: Die Kalium – Argon – Datierung: • Zerfall von K-40  Ar-40 • K-40 t1/2 ~ 1,3 Ga • Somit anwendbar auch für ältere Gesteine • Radioaktives K-40 ist z.B in Glimmer, Feldspat und Hornblende vertreten Die Rubidium – Strontium – Datierung: • Betazerfall von Rb-87  Sr-87 • Sr-87 t1/2 ~ 50 Ga • Datierung von alten magmatischen und metamorphen Gesteinen, sowie für Mondgesteine

12. Paläothermometrie: • häufigstes Sauerstoffisotop 16O (99,76%), daneben 17O und 18O • weitere Isotope sind künstlich herstellbar, aber nur für wenige Sekunden stabil • von besonderer Bedeutung in den Geowissenschaften sind 16O und 18O

13. Paläothermometrie: • als direkte Konsequenz der unterschiedlichen Massen ergibt sich eine Fraktionierung, wenn das Wasser den Aggregatzustand wechselt •  Meerwasser ist im Vergleich zu Wasserdampf mit schweren Wassermolekülen angereichert • Wassermoleküle mit leichten Isotopen verdampfen bevorzugt und haben einen niedrigeren Gefrierpunkt • Wassermoleküle mit schweren Isotopen kondensieren bevorzugt und haben einen höheren Gefrierpunkt

14. Paläothermometrie: • Isotopenuntersuchungen von Eisbohrkernen und anschließende Untersuchung des Verhältnisses der Sauerstoffisotope lassen Rückschlüsse auf das frühere Klima • Je höher die globale Durchschnittstemperatur, desto mehr Wassermoleküle, die 18O enthalten, tragen zur Wolkenbildung bei und desto weiter können diese Wolken in polare Regionen vordringen, ohne vorher abzuregnen •  Eisschichten mit hohem Anteil an 18O kommen nur in warmen Perioden vor

15. Paläothermometrie: • in kälteren Perioden findet man hingegen mehr schwere Sauerstoffisotope in biogenen Meeressedimenten, die aus dieser Zeit stammen: • je niedriger die Temperatur desto mehr 16O wird in neu entstehende Eisschichten eingebaut • daher ändert sich das Verhältnis der Sauerstoffisotope im Meerwasser und Organismen, die Kalkschalen bilden, lagern im Verhältnis mehr 18O in Form von CaCO3 ein. • daher untersucht man nicht nur die Isotopenfraktionierung in Eisbohrkernen, sondern auch in Bohrkernen aus Meeressedimenten

16. Quellen: • http://www.innovations-report.de/berichte/berichte_liste.php?show=4 • http://www.mpi-hd.mpg.de/mauersberger/ozon/bild5 • Mortimer, Charles E. ; Müller, Ulrich: Das Basiswissen der Chemie, 8.Auflage • http://de.wikipedia.org/wiki/Uran-Blei-Datierung#Konkordia-Diagramm • http://de.wikipedia.org/wiki/Radiometrische_Datierung • Press, Frank ; Siever, Raymond: Allgemeine Geologie, 3. Auflage • http://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoff#Isotope • http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Isotope/2._Periode#8_Sauerstoff • Okrusch, Martin ; Matthes, Siegfried: Mineralogie – Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde, 7. Auflage