Stichpunkte

Allgemein
	Die Radiokarbonmethode oder C-14-Methode ist eine insbesondere in der Archäologie und Archäobotanik angewendete Methode zur Bestimmung des Alters von organischem Material
	das von unserer Erde stammt
	Sie basiert auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops 14C
	Mit dieser Methode können Alter bis etwa 50.000 Jahre bestimmt werden
	"Verbergen") 1 Physikalische Grundlagen 2 Ablauf der Untersuchung 2.1 Chemische Vorbereitungen der Probe 2.2 Zählrohrmethode nach Libby 2.3 Massenspektrografie 3 Probleme bei der Altersbestimmung 3.1 Libby- und Cambridge-Halbwertszeit 4 Literatur 5 Weblinks [Bearbeiten]
	1946 wurde diese Methode von Willard Frank Libby entwickelt. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
Physikalische Grundlagen
	0000000001% vor
	1
	Die drei Kohlenstoff-Isotope 12C
	89%
	13C und 14C kommen natürlicherweise in der Luft anteilig am Gesamtkohlenstoffgehalt zu etwa 98
	11% und 0
	Auf einen 14C-Kern kommen so statistisch 1012 12C-Kerne
	zerfällt 14C mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren durch β--Zerfall zu 14N-Kernen
	Während 12C und 13C stabil sind
	Gleichzeitig bilden sich in den oberen Schichten der Erdatmosphäre neue 14C-Kerne
	Wenn die kosmische Strahlung auf Atome der Atmosphäre trifft
	werden Neutronen freigesetzt
	so erfolgt eine Kernreaktion
	Trifft ein solches den Kern eines Stickstoff-Isotops 14N
	in der dieses Neutron eingefangen und dafür ein Proton abgespalten wird
	Dadurch entsteht aus dem 14N-Kern ein 14C-Kern
	Die Neubildung der 14C-Kerne und deren Zerfall war bis zu den ersten oberirdischen Atomwaffentests gleich groß
	Die Konzentration der 14C-Kerne in der Atmosphäre war also konstant
	Vor allem durch die Photosynthese der Pflanzen gelangt Kohlenstoff in die Biosphäre
	stellt sich in lebenden Organismen dasselbe Verteilungsverhältnis der drei Kohlenstoff-Isotope ein
	wie es in der Atmosphäre vorliegt
	Da Lebewesen bei ihrem Stoffwechsel ständig Kohlenstoff mit der Atmosphäre austauschen
	beispielsweise erschmolzene Metalle oder mit anderen thermischen Verfahren gewonnene Werkstoffe
	weisen einen nennenswerten Kohlenstoff-Anteil auf
	Auch nicht-organische Stoffe
	}21 cdot 10^{-4} left[ frac{1}{mathrm{yr}} right]<math> Der hierfür entscheidende Zeitpunkt ist das Ende des Stoffaustauschs mit der Atmosphäre
	Wird Kohlenstoff aus diesem Kreislauf herausgenommen (das heißt: wird er fossil)
	also der Tod des Lebewesens
	dann ändert sich das Verhältnis zwischen 14C und 12C
	weil die zerfallenden 14C-Kerne nicht durch neue ersetzt werden und es gilt das Zerfallsgesetz: <math> {left( frac{{}^{14}C}{{}^{12}C} right)} = {left( frac{{}^{14}C}{{}^{12}C} right) }_mathit{Luft} cdot e^{- lambda_{14} t}
	{lambda}_{14}= 1{
	die seit dem Tod eines Lebewesens - beispielsweise dem Fällen eines Baums und Verwendung dessen Holzes - vergangen ist
	So ist das Verhältnis zwischen 14C und 12C eines organischen Materials ein Maß für die Zeit
	Mithin ist es ein Maß für das Alter des Materials
	Die Radiokarbonmethode ist somit die Messung des Verhältnisses der Mengen der Kohlenstoff-Isotope 14C zu 12C einer Probe sowie eines Standards
	der das Verhältnis zu Beginn des Alterungsprozesses repräsentiert
	im Flüssigkeits-Szintillations-Spektrometer oder durch Zählung der noch vorhandenen 14C-Kerne mit der Beschleuniger-Massenspektrometrie bestimmt werden
	Der 14C-Gehalt einer Probe kann entweder durch Zählung der zerfallenden 14C-Kerne im Zählrohr
	Letztere Methode benötigt weniger Material als die ersten beiden
	ist dafür aber aufwändiger und teurer
	Radiocarbon-Jahre entsprechen jedoch nicht den Kalenderjahren (tropischen Jahren)
	da die Produktion von 14C-Isotopen im Verlauf der erdgeschichtlichen Zeiten langfristigen und auch kurzfristigen Schwankungen unterworfen ist
	11000 Radiocarbon-Jahre entsprechen beispielsweise 13000 tropischen Jahren
	Daher gibt es eine Eichkurve (Kalibrationskurve (http://www.calpal.de/calpal/manual/calibration_curves.htm))
	mit deren Hilfe das aus dem 14C-Gehalt berechnete Radiokarbonalter
	welches sich unter der Annahme einer konstanten 14C Entstehungsrate ergibt
	in ein Kalenderalter umgerechnet werden kann
	Dendrochronologie) ermittelt
	Diese Eichkurve wird mittels anderer Datierungsmethoden (beispielsweise Baumringe
	Bei einem Radiokarbon-Alter ist es daher wichtig zu wissen
	ob es sich um das radiologische oder das korrigierte "geeichte" Alter handelt
	das kalibrierte Kalenderalter in cal BP oder als Datum cal AD / cal BC nach christlicher Zeitrechnung angegeben
	Jahre vor 1950)
	wobei die Abkürzungen AD für Anno Domini und BC für Before Christ stehen. Bild nicht gefunden Abhängigkeit zwischen Radiokarbonalter und dem Dendro-Alter (Kalenderalter)- durch Dendrochronologie bestimmtes Alter - für die vergangenen zwölf Jahrtausende nach Stuiver et al. (1998) Eine weitere Korrektur kann notwendig werden
	wenn die gemessene Probe durch einen Stoff mit einem anderen Radiokarbonalter verunreinigt wurde und diese nicht durch die Reinigungsprozeduren bei der Probenvorbereitung vollständig beseitigt werden konnte
	Das konventionelle 14C-Alter wird in B.P. (before present
	Je nach Umfang der Verunreinigung liegt dann das gemessene Radiokarbonalter zwischen dem Alter der Probe und dem Radiokarbonalter des verunreinigenden Stoffs
	t_P <math> sind dabei die Verunreinigung in %
	gilt für die Verschiebung des gemessenen Radiokarbonalters zum wirklichen Alter der Probe folgende Formel: <math> Delta t = - frac{1}{{lambda}_{14}} ln left( 1 + frac{v}{100%} (e^{-{lambda}_{14} cdot (t_V-t_P)} -1) right) <math> <math> v
	Ist der Umfang der Kontamination bekannt
	das Radiokarbonalter der Verunreinigung beziehungsweise das Alter der Probe. [Bearbeiten]
	t_v
Ablauf der Untersuchung
	Die Durchführung erfordert neben der Anwendung der Physik auch zahlreiche Schritte mit Hilfe der angewandten Chemie
	um die Probe mit einem Zählrohr (nach Libby) oder mit dem Verfahren der Beschleuniger-Massenspektrometrie untersuchen zu können
	Die folgende Darstellung des Untersuchungsvorgangs ist sehr stark vereinfacht. [Bearbeiten]
Chemische Vorbereitungen der Probe
	Das zu untersuchende organische Material muss zu reinem Kohlenstoff reduziert werden
	um eine Bestimmung durchführen zu können
	Viele andere Verbindungen müssen also aus der Probe entfernt werden
	Dazu ist vor der eigentlichen Untersuchung eine Vielzahl von chemischen Schritten notwendig
	Im folgenden wird dies am Beispiel von Holz dargestellt
	Zu erst wird die Probe mit 1%iger Salzsäure (chem
	anschließend mit Natronlauge (NaOH)
	Symbol: HCl)
	dann wieder mit Salzsäure gereinigt
	Dies geschieht jeweils vier Stunden lang bei 60°C
	Das übriggebliebene reine Zellulosematerial wird mit Kupferoxid und Silber (Ag) in einer evakuierten Quartzampulle eingeschlossen und in einem Ofen erhitzt
	so dass nur CO2
	Schwefeloxid und Halogenverbindungen verbleiben
	Stickstoffoxid
	Dabei verbrennen die organischen Bestandteile
	Das hinzugegebene Silber bindet das Schwefeloxid und die Halogenverbindungen
	der nur aus Kohlenstoff besteht
	reduziert. [Bearbeiten]
	Das verbleibende CO2 wird mit Eisen (Fe) und Wasserstoff (H2) zu reinem Graphit
Zählrohrmethode nach Libby
	Libby benutzte für seine Radiocarbonmessungen den direkten Nachweis des radioaktiven Zerfalls in einem Zählrohr
	das gegen Umweltstrahlung abgeschirmt war
	Die zeitliche Unsicherheit dieser Methode beträgt für neuere Proben ca
	da sich bei einem Alter der Probe ab ca
	50 Jahre
	für ältere 200 Jahre und mehr
	30 000 Jahren die schwache Radioaktivität des Radiokarbon kaum noch von der Untergrundstrahlung unterscheiden lässt
	Dies stellt auch eine wesentliche Fehlerquelle bei alten Proben und gleichzeitig eine zeitliche Grenze für die Datierung durch den direkten Nachweis des Kohlenstoffzerfalls dar
	manchmal bis zu 1 kg
	Man benötigt außerdem für eine zuverlässige Messung alter Proben relativ viel Untersuchungsmaterial
	Dafür benötigt diese Methode im Gegensatz zur Massenspektrografie nur etwa 20 Stunden
	bei einer Zerfallsrate von etwa 25 bis 30 Zerfällen pro Minute. [Bearbeiten]
Massenspektrografie
	Der gewonnene Graphit wird in einen kleinen Tragbehälter gepresst und im Massenspektrometer mit Cäsiumatomen beschossen
	Dadurch wird ein Strahl negativ geladener Kohlenstoffionen gebildet
	die durch ein Magnetfeld abgelenkt werden
	Die leichten C12-Ionen werden stärker abgelenkt als die C14-Ionen
	Durch den Detektor des Massenspektrometers wird die Anzahl der schweren und leichten Ionen gemessen
	Der gesamte Vorgang dauert etwa 5 Wochen. [Bearbeiten]
Probleme bei der Altersbestimmung
	wurde in der Anfangszeit die Dendrochronologie herangezogen
	die zu diesem Zeitpunkt selbst noch in einem relativ frühen Entwicklungszustand steckte und selbst nicht geeicht war
	Um die Radiokarbonmethode zu eichen
	die sich auf die Chronologie (Lehre der Zeitrechnung) konzentrieren
	überlegen deshalb
	ob es sowohl bei der einen als auch bei der anderen Methode zu Unstimmigkeiten gekommen sein kann
	Moderne Wissenschaftler
	die sich addiert haben und so in beiden Bestimmungsmethoden für nicht unerhebliche Fehler sorgten
	So ist beispielsweise bekannt
	die zur Aufstellung der Dendrochronologie-Theorien benutzt wurden
	aus denen nur Hölzer von weniger als einer Hand voll Bäumen zu analysieren waren
	in anderen Zeiträumen hingegen mehrere hundert Baumfragmente
	Perioden gab
	dass es in einigen Regionen
	kann der so errechnete Mittelwert deutlich von dem tatsächlichen abweichen
	Da aber immer das Mittel der Wachstumsschichten möglichst vieler Bäume eines bestimmten Jahres zur Bestimmung herangezogen werden muss
	Weithin anerkannt ist hingegen
	dass Radiocarbon-Jahre nicht unbedingt tropischen Jahren entsprechen
	Denn zu unterschiedlichen erdgeschichtlichen Zeiten war die Produktion von 14C-Isotopen unterschiedlich hoch
	Beispielsweise entsprechen 11000 Radiocarbon-Jahren 13000 tropischen Jahren
	die das 14C-Alter stören
	In der Radiokarbonmethode spricht man von "Wiggles"
	wenn man Effekte meint
	den Süss-Effekt
	den Kernwaffen-Effekt
	Unter diesen findet man den DeVries-Effekt
	den Fraktionierungseffekt und den Reservoir-Effekt
	Die eigentümliche Beziehung zwischen 14C-Alter und Dendrochronologie wird allgemein mit Schwankungen des 14C/12C-Verhältnisses erklärt. [Bearbeiten]
Libby- und Cambridge-Halbwertszeit
	Libbys Team hatte bei der Entwicklung der Radiokarbonmethode für 14C eine Halbwertszeit von 5568±30 Jahren verwendet
	die inzwischen als Libby-Halbwertszeit bekannt ist
	die Cambridge-Halbwertszeit
	Später wurde eine genauere Zahl von 5730±40 Jahren gemessen
	wird im Labor allerdings weiterhin die Libby-Zahl benutzt
	Um Verwirrung zu vermeiden
	Eine unkalibrierte Datierung mit der Libby-Zahl könnte durch Multiplikation mit dem Verhältnis der beiden Zahlen (etwa 1
	da die notwendige Korrektur in modernen Kalibrierkurven bereits enthalten ist
	03) verbessert werden
	dies ist aber meist unnötig
	Siehe auch: Altersbestimmung Dendrochronologie [Bearbeiten]
Literatur
	Gove
	Harry E. (1999): From Hiroshima to the Iceman
	The Development and Applications of Accelerator Mass Spectrometry
	Gerhard (2003): "Xerxes' falsche Tochter: Radiokarbon-Datierung"
	Physik in unserer Zeit 34 (1)
	40 - 43. Abstract (http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/102522892/ABSTRACT) [Bearbeiten]
	Bristol: Institute of Physics Publishing. Morgenroth
Weblinks
	Umfangreiche Erläuterung der Methode (deutsch) (http://www.abi02.de/enzi/) Online Radiocarbon Kalibrierung (http://www.calpal-online.de) da:Kulstof 14-datering en:Radiocarbon dating fr:Datation au carbone 14 he:תי×?רוך פחמן 14 ja:放射性炭素年代測定 nl:Koolstof-14-datering pl:Datowanie radiowÄ™glowe sv:C14-metoden

[X] Schliessen

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Radiokarbonmethode aus der freien Enzyklopädie wikipedia und steht unter der GNU Lizenz für freie Dokumentation. In der wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.