Seminar: Datierungsmethoden Universität zu KölnDozent: PD Dr. Daniel Richter Institut für Ur- und FrühgeschichteReferent: Axel Berger Wintersemester 2013/14Datum: 2014-01-22

Uran-Thorium Datierung

1 Grundlagen und MethodeVon allen Datierungsverfahren ist U/Th das genaueste (bes-ser als 1%) und das mit den wenigsten Annahmen. Uranist weltweit in allen Böden sehr gleichmäßig verteilt und mitAusnahme von frisch gefallenem Regen in jedem Wasservor-kommen gelöst. Das Zerfallsprodukt Thorium ist in Wasserpraktisch vollkommen unlöslich.

Durch die lange Halbwertszeit von 4 500Ma ist der Ur-angehalt nahezu konstant (0.1‰ in 500 ka) und der Tho-riumgehalt steigt zunächst linear mit der Zeit und erreichtnach vier bis fünf Halbwertszeiten den Gleichgewichtswert.Der Bereich der sinnvollen Anwendung entspricht damit et-wa dem europäischen Mittelpaläolithikum, schließt aber mitEinschränkungen auch kurze Zeite bis hinunter zu einemJahrzehnt ein.

2 Probleme und FehlerursachenDrei Störungen können den Meßwert verändern

2.1 UrangleichgewichtDas kurzlebige 234U ist gegenüber der Mutter 238U fast im-mer erhöht. Als Abhilfe sind stets beide Isotope zu messen.Positiv wird dadurch der Meßbereich oft über 350 ka hinauserweitert.

2.2 VerunreinigungStaub und im Wasser schwebende Tone tragen nicht-radiogenes 230Th ein. Nach Messung von 232Th kann dieserFehler oft korrigiert werden.

2.3 Offene SystemeDie Probe bleibt nach ihrer Entstehung nicht immer abge-schlossen, zum Beispiel wenn in Korallen Aragonit zu Kalzitumkristallisiert. Knochen und Zähne sind praktisch immertaphonomisch verändert. Die rechnerische Korrektur hängtallein an der Richtigkeit der gemachten Annahmen zum Zeit-verlauf.

3 AnwendungenGut datierbar sind Höhlensinter, Travertin, Speleotheme undKorallen, also alle Mineralien, die aus klarem, schwebstofffrei-em Wasser auskristallisieren oder biologisch gebildet werden.

Für alte Torfe, Hölzer und Braunkohlen jenseits der Anwend-barkeit von 14C ist es oft die einzige Möglichkeit. Für dieZuordnung zum richtigen Isotopenstadium der Klimakurvereicht die Genauigkeit oft selbst dort noch aus.

4 RésuméÜberall wo es anwendbar ist, ist das Uran-Thorium-Verfahrenin aller Regel die genaueste mögliche Datierung und die,die mit den wenigsten Annahmen auskommt. Jenseits derDendrogrenze dient es zum Erstellen der Kalibrationskurvefür 14C.

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Die Präsentation und Literatur liegen auf:axel.berger-odenthal.de/work/Referat/

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Abbildung 1: Die Zerfallsreihe von 238U zu 206Pb [Ge05, 20].

Dating Using Long-Lived and Short-Lived Radioactive Isotopes 71

3.3.3 Some Applications of U-Series Dating

U-series dating has been applied to a wide range of carbonate materials in a variety ofdifferent contexts. It has been used to derive chronologies of sea-level change, particularlyrelating to interglacial high-stands of the sea, through the dating of corals (see followingsection) and molluscs (Jedoui et al., 2003), and also sediments from submarine carbonateplatforms (Henderson and Slowey, 2000). It has been extensively employed in the datingof speleothem (section 3.3.3.3), while U-series dates have also been obtained on a rangeof carbonate materials, including ferricretes6 (Augustinus et al., 1997) and travertines(Eikenberg et al., 2001). Tufa has also been dated by U-series (e.g. Szabo et al., 1996),although detrital Th contamination and open-system uranium loss make this a moreproblematic dating material (Garnett et al., 2004). Other applications include the datingof organic sediments that contain carbonate residues, such as peats (Heijnis and van derPlicht, 1992) and lake deposits (Harle et al., 2002), and the dating of teeth (Esposito et al.,2002). More detailed examples are described in the following section.

3.3.3.1 Dating the Last Interglacial high sea-level stand in Hawaii. One of the mostsuccessful materials for the application of U-series dating is fossil coral. This is becauseafter death coral skeletons act as effectively closed systems until the coral dissolves orchanges to calcite. There is little or no inherited 230Th, and hence problems of detritalcontamination are minimised. Moreover, most corals contain sufficient uranium (typically2–3 ppm) for the application of both the 230Th/234U and 231Pa/235U methods which enablesan independent check to be made on calculated ages (Smart, 1991a). U-series dating offossil coral reef complexes has therefore been widely employed in studies of Late Quaternary

5.0

4.0

50 k

a3.0

2.0

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0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

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a

100

ka

200

ka

300

ka40

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600

ka

230Th/ 234U activity ratio

234 U

/ 238 U

act

ivity

rat

io

Figure 3.7 Variation of 234U/238U and 230Th/234U activity ratios with time in a closed systemwhere there is no initial 230Th present. The near vertical lines are lines of contant age(isochrons), while the near horizontal lines show changes in nuclide activity with time fordifferent initial 234U/238U activity ratios (after Heijnis, 1995)

Abbildung 2: Die zeitlichen Entwicklungslinien und Isochronen der Isotopenverhältnisse.Beachte den Druckfehler: statt 230Th/234U muß es richtig heißen 230Th/238U [Wa05, 71].

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