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Radiokarbonmethode


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Die Radiokarbonmethode oder C-14-Methode ist eine insbesondere in der Archäologie Methode zur Bestimmung des Alters von organischem Material das von unserer Erde stammt. Sie basiert auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff - Isotops 14 C. Mit dieser Methode können Alter bis 50.000 Jahre bestimmt werden sie wird überwiegend um das Alter von Fossilien aus der Bronzezeit und nachfolgenden Epochen zu bestimmen. 1946 wurde diese Methode von W.F. Libby

Physikalische Grundlagen

Die drei Kohlenstoff- Isotope 12 C 13 C und 14 C kommen natürlicherweise in der Luft anteilig am Gesamtkohlenstoffgehalt zu etwa 98 1 11% und 0 0000000001% vor. Auf 14 C-Kern kommen so statistisch 10 12 12 C-Kerne.

Während 12 C und 13 C stabil sind zerfällt 14 C mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren durch β - -Zerfall zu 14 N -Kernen. Gleichzeitig bilden sich in den oberen der Erdatmosphäre neue 14 C-Kerne. Wenn die kosmischen Strahlung auf Atome der Atmosphäre trifft werden Neutronen freigesetzt. Trifft ein solches den Kern Stickstoff - Isotops 14 N so erfolgt eine Kernreaktion in der dieses Neutron eingefangen und ein Proton abgespalten wird. Dadurch entsteht aus dem 14 N-Kern ein 14 C-Kern. Die Neubildung der 14 C-Kerne und deren Zerfall war bis zu ersten oberirdischen Atomwaffentests gleich groß. Die Konzentration der 14 C-Kerne in der Atmosphäre war also konstant.

Vor allem durch die Photosynthese der Pflanzen gelangt Kohlenstoff in die Biosphäre . Da Lebewesen bei ihrem Stoffwechsel ständig Kohlenstoff mit der Atmosphäre austauschen sich in lebenden Organismen dasselbe Verteilungsverhältnis der drei Kohlenstoff-Isotope ein es in der Atmosphäre vorliegt. Auch nicht-organische z.B. erschmolzene Metalle oder mit anderen thermischen gewonnene Werkstoffe weisen einen nennenswerten Kohlenstoff-Anteil auf.

Wird Kohlenstoff aus diesem Kreislauf herausgenommen heißt: wird er fossil ) dann ändert sich das Verhältnis zwischen 14 C und 12 C weil die zerfallenden 14 C-Kerne nicht durch neue ersetzt werden und gilt das Zerfallsgesetz:

<math> {\left( \frac{{}^{14}C}{{}^{12}C} \right)} = {\left( \right) }_{Luft} \cdot e^{- \lambda_{14} t} {\lambda}_{14}= }21 \cdot 10^{-4} [\frac{1}{yr}] </math>

Der hierfür entscheidende Zeitpunkt ist das des Stoffaustausches mit der Atmosphäre also der des Lebewesens. So ist das Verhältnis zwischen 14 C und 12 C eines organischen Materials ein Maß für Zeit die seit dem Tod eines Lebewesens z.B. dem Fällen eines Baumes und Verwendung Holzes - vergangen ist. Mithin ist es Maß für das Alter des Materials.

Die Radiokarbonmethode ist somit die Messung Verhältnisses der Mengen der Kohlenstoff-Isotope 14 C zu 12 C einer Probe sowie eines Standards der das Verhältnis Beginn des Alterungsprozesses repräsentiert. Der 14 C-Gehalt einer Probe kann entweder durch Zählung zerfallenden 14 C-Kerne im Zählrohr im Flüssikeits-Szintillations-Spektrometer oder durch der noch vorhandenen 14 C-Kerne mit der Beschleuniger- Massenspektrometrie bestimmt werden. Letztere Methode benötigt weniger und Messzeit als die ersten beiden ist aber aufwendiger und teurer.

Radiocarbon-Jahre entprechen jedoch nicht den Kalenderjahren ( tropischen Jahren ) da die Produktion von 14 C-Isotopen im Verlauf der erdgeschichtlichen Zeiten langfristigen und auch kurzfristigen Schwankungen unterworfen 11000 Radiocarbon-Jahre entsprechen beispielsweise 13000 tropischen Jahren.

Daher gibt es eine Eichkurve mit deren Hilfe das aus dem 14 C-Gehalt berechnete Radiokarbonalter welches sich unter der einer konstanten 14 C Entstehungsrate ergibt in ein Kalenderalter umgerechnet kann. Diese Eichkurve wird mittels anderer Datierungsmethoden B. Baumringe Dendrochronologie ) ermittelt. Bei einem Radiokarbon-Alter ist es wichtig zu wissen ob es sich um radiologische oder das korrigierte "geeichte" Alter handelt. konventionelle 14 C-Alter wird in B.P. (before present Jahre 1950) das kalibrierte Kalenderalter in cal BP als Datum cal AD / cal BC christlicher Zeitrechnung angegeben wobei die Abkürzungen AD Anno Domini und BC für Before Christi stehen.

Radiokarbon-Kalibrierkurve

Die Grafik zeigt die Abhängigkeit zwischen und dem Dendro-Alter - durch Dendrochronologie bestimmtes - für die vergangenen sieben Jahrtausende nach derzeit gültigen internationalen Kalibrierkurve. Diese wurde mit Programm cal25 des Radiokohlenstofflabors in Groningen ( Niederlande ) erstellt.

Eine weitere Korrektur kann notwendig werden die gemessene Probe durch einen Stoff mit anderen Radiokarbonalter verunreinigt wurde und diese nicht die Reinigungsprozeduren bei der Probenvorbereitung vollständig beseitigt konnte. je nach Umfang der Verunreinigung liegt das gemessene Radiokarbonalter zwischen dem Alter der und dem Radiokarbonalter des verunreinigenden Stoffes. Ist Umfang der Kontamination bekannt gilt für die des gemessenen Radiokarbonalter zum wirklichen Alter der folgende Formel:

<math> \Delta t = - \frac{1}{{\lambda}_{14}} \left( 1 + \frac{v}{100%} (e^{-{\lambda}_{14} \cdot (t_V-t_P)} \right) </math>

<math> v t_v t_P </math> sind die Verunreinigung in % das Radiokarbonalter der bzw. das Alter der Probe.

Weblinks




Bücher zum Thema Radiokarbonmethode

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