Physikalische Physikalische MethodenMethoden

Radiometrische Methoden

Gestörte radioaktive Gleichgewichte

Strahlenschädigungen als Grundlage der

Altersbestimmung

Partikelspuren

Paläo- und Archäomagnetik

Mutter-/Tochter-Isotopen-VerhältnisMutter-/Tochter-Isotopen-Verhältnis

Quelle: http://gpc.edu/~pgore/myart/radiometric.gif [10.10.2007]

Radiogene EdelgaseRadiogene Edelgase

Kalium-Argon und Argon/Argon-Kalium-Argon und Argon/Argon-MethodenMethoden

Im Einzelnen:Im Einzelnen: Konventionelle K/Ar-Methode Konventionelle K/Ar-Methode

((4040Ar/Ar/4040K)K) Argon-Argon-Methode (Argon-Argon-Methode (4040Ar/Ar/3939Ar)Ar) Argon-LasertechnikArgon-Lasertechnik

Radiogene Edelgase – die Radiogene Edelgase – die 4040K/K/4040Ar-Ar-MethodeMethode

kinEveCaK ~0

14020

4019 AreK 40

1801

4019

Dualer Zerfallsmechanismus von Kalium-40

-Strahler K-Einfang

• Edelgase sind chemisch nicht reaktiv

• werden beim Erwärmen des Gesteins völlig ausgetrieben

• Dadurch: „Uhr wird auf Null gesetzt“

GrundlagenGrundlagen

Datierbar:Datierbar: Völlige Entgasung K-haltiger Minerale. Im jungen Völlige Entgasung K-haltiger Minerale. Im jungen

Altersbereich v.a. Vulkanite. Präzision <1% heute Altersbereich v.a. Vulkanite. Präzision <1% heute erreichbar.erreichbar.

Erste Anwendung Smits & Gentner 1950 an Erste Anwendung Smits & Gentner 1950 an tertiären Kalisalzen von Buggingen/ORG.tertiären Kalisalzen von Buggingen/ORG.

Fast gesamte Erdgeschichte abdeckbar.Fast gesamte Erdgeschichte abdeckbar. 3 K-Isotope: 3 K-Isotope: 3939K (93,258%), K (93,258%), 4040K (0,01167%, instabil, K (0,01167%, instabil,

dualer Zerfall), dualer Zerfall), 4141K (6,73%)K (6,73%) 3 Ar-Isotope: 3 Ar-Isotope:

ArArgesges==3636Ar (0,337%), Ar (0,337%), 3838Ar (0,063%), Ar (0,063%), 4040Ar (99,6%)Ar (99,6%)

(0,134% der Atm.)(0,134% der Atm.)

Größter Teil des atmosphärischen Argons ist Größter Teil des atmosphärischen Argons ist radiogen!radiogen!

Geyh 2005

4040KK 40ArElektroneneinfang

ß40Ca

Verzweigungsverhältnis R = e/

ge

(5,543*10-10 a-1)(0,581*10-10 a-1) (4,962*10-10 a-1)

Geyh 2005

AltersgleichungAltersgleichung

Bei völliger Entgasung und Retention:Bei völliger Entgasung und Retention:

t=1/t=1/gg*ln[1+(1+R)(*ln[1+(1+R)(4040ArArradrad//4040K)]K)]

Durch Einsetzung numerischer Werte (Durch Einsetzung numerischer Werte (gg, R, , R, 4040ArArradrad [cm [cm33(STP)]:(STP)]:

t=1,8041*10t=1,8041*1099*ln[1+142,63**ln[1+142,63*4040ArArradrad/K]/K]

Für t<2Ma angenähert durch lineare Beziehung:Für t<2Ma angenähert durch lineare Beziehung:

t=2,573*10t=2,573*101212*(*(4040ArArradrad/K)/K) Konventionelle K/Ar-Technik (chem. K-Konventionelle K/Ar-Technik (chem. K-

Analyse, K-gesamtAnalyse, K-gesamt))

ProblematikProblematik

In Gesteinsproben außer In Gesteinsproben außer 4040ArArradrad auch auch 4040ArAratmatm

Atmosphärisches VerhältnisAtmosphärisches Verhältnis 4040Ar/Ar/3636Ar=295,5Ar=295,5

4040ArArrad rad = = 4040Ar – 295,5* Ar – 295,5* 3636ArAr

zur Korrektur des Luftbeitrages an Ar (Problem für junge zur Korrektur des Luftbeitrages an Ar (Problem für junge Proben!)Proben!)

Oft Überschuss-Argon (Exzess-Ar) in Probe! Zu hohe Alter.Oft Überschuss-Argon (Exzess-Ar) in Probe! Zu hohe Alter. Isotopisch homogen, aber räumlich inhomogen verteilt!Isotopisch homogen, aber räumlich inhomogen verteilt! Kann durch mineral- und ortsauflösende K-Ar-Analyse Kann durch mineral- und ortsauflösende K-Ar-Analyse

erkannt werden (bes. Laser-Tchnik, s.u.)erkannt werden (bes. Laser-Tchnik, s.u.)

Ar-Verluste in verwitterten Gesteinen und Gläsern möglich Ar-Verluste in verwitterten Gesteinen und Gläsern möglich (Alters-Unterschätzung!)(Alters-Unterschätzung!)

3939Ar/ Ar/ 4040ArAr

Durch Beschuss von Durch Beschuss von 3939K mit schnellen Neutronen K mit schnellen Neutronen entsteht entsteht 3939ArAr

3939K (n,p) K (n,p) 3939Ar mit tAr mit t1/21/2=269 a; Vorteile:=269 a; Vorteile: A) Kein natürliches A) Kein natürliches 3939Ar in Probe; Ar in Probe; 4040Ar/ Ar/ 3939Ar~ Ar~ 4040ArArradrad/ / 4040KK B) Ebenfalls massenspektr. Bestimmung von B) Ebenfalls massenspektr. Bestimmung von 3939Ar, Ar,

höhere Messgenauigkeit!höhere Messgenauigkeit! t=1/t=1/gg*ln[1+(*ln[1+(4040ArArradrad//3939Ar)*Ar)*JJ], wobei], wobei

J = (eJ = (egg*t`*t`-1)/-1)/ ((4040ArArradrad//3939Ar)Ar) mit t‘ = bekanntes Alter eines mit t‘ = bekanntes Alter eines

mitbestrahlten Standards, dennmitbestrahlten Standards, denn Neutronenfluss des Reaktors und Einfangswahrscheinlichkeit für Neutronenfluss des Reaktors und Einfangswahrscheinlichkeit für

Neutronen müssten genau bekannt sein, um unabhängig von Standard Neutronen müssten genau bekannt sein, um unabhängig von Standard

datoeren zu können; daher Trick mit datoeren zu können; daher Trick mit JJ..

3939Ar/ Ar/ 4040Ar-LasertechnikAr-Lasertechnik

Variante der Variante der 3939Ar/ Ar/ 4040Ar-TechnikAr-Technik Erhitzung der Probe durch fokussierten LaserstrahlErhitzung der Probe durch fokussierten Laserstrahl Vorteil: geringere Probenmenge im mg-Bereich,Vorteil: geringere Probenmenge im mg-Bereich, Höhere Ortsauflösung, Höhere Ortsauflösung, Einzelkörner datierbar,Einzelkörner datierbar, Körner mit gestörtem K-Ar-system erkennbar!Körner mit gestörtem K-Ar-system erkennbar! Alter bis in Holozänbereich möglich (z.B. Sanidine Alter bis in Holozänbereich möglich (z.B. Sanidine

aus Laacher Bimstuff: 13±1 ka (van den Bogaard).aus Laacher Bimstuff: 13±1 ka (van den Bogaard). … …..

Bei jungen Proben empfehlenswert, verschiedene Bei jungen Proben empfehlenswert, verschiedene Mineralphasen mit unterschiedlichem K-Gehalt zu Mineralphasen mit unterschiedlichem K-Gehalt zu datieren, damitdatieren, damit

Isochronendarstellung (s.u.) möglich wird.Isochronendarstellung (s.u.) möglich wird. (Bei gleichem Alter müssen müssen K-reichere (Bei gleichem Alter müssen müssen K-reichere

Mineralphasen mehr Mineralphasen mehr 4040ArArradrad haben.) haben.) Isochronendarstellung bei konventioneller K/Ar-Isochronendarstellung bei konventioneller K/Ar-

Datierung: Datierung: 4040Ar/ Ar/ 3636Ar wird gegen Ar wird gegen 4040K/ K/ 3636Ar Ar aufgetragenaufgetragen

Sonst: Sonst: 4040Ar/ Ar/ 3636Ar wird gegen Ar wird gegen 3939Ar/ Ar/ 3636Ar aufgetragenAr aufgetragen

Beispielregion: VulkaneifelBeispielregion: Vulkaneifel

Schmincke 2000

Entgasungsspektrum Ar/ArEntgasungsspektrum Ar/Ar

Isochronendarstellung Ar/ArIsochronendarstellung Ar/Ar

Ar/Ar-Einzelkorndatierung (Laser)Ar/Ar-Einzelkorndatierung (Laser)

Vergleich schrittweise Erhitzung/LaserVergleich schrittweise Erhitzung/Laser

Geyh 2005

U-He-MethodeU-He-Methode

U-He-MethodeU-He-Methode