Für die Altersbestimmung von Gesteinen, Fossilien oder archäologischen Funden gibt es verschiedene Datierungsmethoden, die man in zwei große Gruppen unterteilen kann, relative und absolute Altersbestimmung.

Relative Datierungsmethoden

Die relative Altersbestimmung der Geologie vergleicht das Alter verschiedener Gesteinsschichten miteinander, ohne das tatsächliche Alter zu messen. Dabei gilt als Leitprinzip, dass ältere Schichten eher abgelagert sind als jüngere, und somit ältere Schichten unter jüngeren zu finden sind.

Ausnahmen kommen etwa bei Überschiebungen vor: Ein Gesteinsblock wurde durch tektonische Prozesse angehoben, und über einen (nicht angehobenen) jüngeren geschoben. Derartige Prozesse sind selten und durch Aufnahme eines Gesamtbildes identifizierbar.

• Durch Leitfossilien können verschiedene Gesteine dem gleichen Zeitraum zugeordnet werden.
• Durch zeitlich begrenzte, charakteristische Einlagerungen können auch räumlich weit von einander entfernte Gesteine altersmäßig verglichen werden. Zum Beispiel hat sich eine Iridium-Schicht, die beim Aufprall eines großen Meteoriten entstanden ist, weltweit in alle Gesteine der damaligen Zeit eingelagert.
• Warvenchronologie: Hierbei werden Warven, jährliche Sedimentablagerungen in Seen, ausgezählt. Der Boden bekommt durch diese Ablagerungen ein Streifenmuster. Insbesondere für Gegenden mit starker Schneeschmelze ist dieses Verfahren geeignet. Für die Eifelregion gibt es eine Chronologie der letzten 23.000 Jahre, für einen japanischen See für 45.000 Jahre und für den Lago Grande di Monticchio in Süditalien sogar für die letzten 76.000 Jahre.
• Eisbohrkerne: Hier werden die Schichten gezählt, die jedes Jahr durch den Schneefall gebildet werden.
• Magnetostratigraphie: Das Erdmagnetfeld hat sich im Lauf der Zeit oft umgepolt. Dieses Muster lässt sich in den Gesteinen wiederfinden und auszählen.

Daneben gibt es auch relative Datierungsmethoden welche ausgestorbene Radionuklide benutzen. So waren etwa die heute ausgestorbenen Radionuklide ²⁶Al oder ⁵³Mn bei der Entstehung des Sonnensystems noch vorhanden. Mit diesen Methoden können z.B. das Entstehungalter von Meteoriten oder einzelner Bestandteilen von Meteoriten relativ zueinander bestimmt werden. Erst durch Eichen dieser relativen Datierungsmethoden mit absoluten Datierungsmethoden wie der Uran-Blei-Datierung können dann auch absolute Alter angegeben werden.

Absolute Altersbestimmung

Bei den radiometrischen Methoden mit nicht ausgestorbenen Radionukliden wird gemessen, wie hoch der Anteil natürlich vorkommender radioaktiver Elemente und eventuell ihrer Zerfallsprodukte ist. Da die Halbwertszeit der radioaktiven Elemente bekannt ist, kann daraus das Alter berechnet werden.

Für das Alter von Gesteinen benötigt man dafür Elemente mit sehr langen Halbwertszeiten. Dafür eignen sich unter anderem (Halbwertszeit folgende Methoden (Geochronologie) in Klammern):

• Uran ²³⁸U → Blei ²⁰⁶Pb (4,5 Milliarden Jahre, Uran-Blei-Datierung)
• Uran ²³⁵U → Blei ²⁰⁷Pb (704 Millionen Jahre, Uran-Blei-Datierung)
• Thorium ²³²Th → Blei ²⁰⁸Pb (14 Milliarden Jahre)
• Rubidium ⁸⁷Rb → Strontium ⁸⁷Sr (48,8 Milliarden Jahre)
• Samarium ¹⁴⁷Sm → Neodym ¹⁴³Nd (106 Milliarden Jahre)
• Kalium ⁴⁰K → Argon ⁴⁰Ar (1,25 Milliarden Jahre, Kalium-Argon-Datierung)

In der Archäologie sind kürzere Halbwertzeiten erforderlich. Hier wird vorwiegend die Radiokohlenstoffdatierung von organischen Materialien angewandt. Bei der Radiokohlenstoffdatierung wird der Gehalt an radioaktivem Kohlenstoff ¹⁴C, der eine Halbwertszeit von 5.730 Jahren hat, gemessen. Damit sind Altersbestimmungen bis zu 50.000 Jahren möglich. Bei älteren Proben ist der ¹⁴C-Anteil bereits zu gering, um noch gemessen werden zu können.

In der Regel werden bei geologischen Datierungen sogenannte Isochronendiagramme verwendet. Vorteil dieser Technik ist es, dass die anfängliche Konzentration und Istopenverthältnisse der Tochterelemente nicht bekannt sein müssen, man erhält sie vielmehr als ein weiteres Resultat, zusätzlich zum Alter der Probe. Des weiteren hat die Isochrontechnik den Vorteil dass zuverlässig ausgeschlossen werden kann, dass eventuelle Störungen durch Umgebungseinflüsse das gemessen Alter verfälscht haben könnte.

Der eigentliche Vorteil der radiometrischen Datierungsmethoden beruht darauf, dass die Bindungsenergien der Atomkerne um etliche Grössenordnungen grösser sind, als die thermischen Energien der Umgebung in welcher potentielle Proben (meist Gesteine) überhaupt existieren können. Eine Beeinflussung der Zerfallsraten (Halbwertszeiten) durch Umgebungseinflüsse kann deshalb ausgeschlossen werden, so dass die radiometrischen Alter - besonders wenn sie unter Verwendung der Isochronmethode gewonnen wurden - als sehr zuverlässig gelten.

Eine weitere absolute Datierungsmethode ist die Fission-Track-Methode. Hier werden die durch die beim radioaktiven Zerfall (z. B. spontanter Zerfall von Uran oder Zerfall von ⁴⁰K zu ⁴⁰Ar) entstandenen hochenergetischen Zerfallsprodukte erzeugten Kristallschäden entlang deren Flugbahnen durch Anätzen unter dem Mikroskop sichtbar gemacht und abgezählt.

Alternativ zu der radiometrischen absoluten Altersbestimmung gibt es auch die Baumring-Methode (Dendrochronologie) und die Thermolumineszenzmethode.

Siehe auch

• Isotopenuntersuchung
• radiometrische Datierung

Weblinks

• Radioaktivität und Altersdatierung von Gesteinen: Informationsbroschüre für Lehrer und Schüler

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