Ph 10

Technik

Altersbestimmung mit der Radiokarbonmethode


Trifft die kosmische Strahlung (im Wesentlichen Sonnenwind) auf die oberste Atmosphäre, so entstehen kaskadenförmig sehr viele verschiedene Teilchen, die sekundäre Höhenstrahlung.

Trifft nun ein Neutron der sekundären Höhenstrahlung auf einen Stickstoffkern, so geschieht manches Mal die Kernumwandlung in das Kohlenstoffisotop 14C. Dieses Isotop ist ein radioaktiver Betastrahler mit einer Halbwertszeit von 5730 a. Es mischt sich mit den chemisch identischen und stabilen Kohlenstoffisotopen 12C und 13C.

Durch das Wettergeschehen werden die 14C - Atome gleichmäßig in der gesamten Biosphäre der Erde verteilt. Auf lange Sicht stellt sich zwei Gleichgewichte ein:
1. Ein Gleichgewicht zwischen den der Biosphäre entzogenen oder zerfallenen und den in der oberen Atmosphäre neu entstehenden Atomen.
2.

Ein Gleichgewicht (fester Prozentsatz) zwischen 14C und 12C bzw. 13C-Atomen der Biosphäre.

N0(14C) = 1,2·10-12·N0(CGes)



Durch die Fotosynthese wird der in der Luft als 14CO2 vorkommende radioaktive Kohlenstoff überall im natürlichen Gleichgewichts-Verhältnis als Kohlenwasserstoff in die lebende Pflanze eingebaut und gelangt so in die gesamte Nahrungskette, also auch in Tier und Mensch.

Sowie der Baum oder das Tier gestorben ist, beginnt seine 14C-Stoppuhr zu laufen. Denn von nun an wird dem Baum kein neuer radioaktiver Kohlenstoff mehr zugeführt. Der 14C-Kohlenstoff baut sich mit einer Halbwertszeit von T1/2 = 5730 a ab, der andere Kohlenstoff baut sich nicht ab.

Sowie man einen Gegenstand wie ein Holzstück, Knochen, Mumie oder Muschel gefunden hat, liest man dessen 14C-Stoppuhr ab.

Möglichkeit 1: Ablesen der Altersuhr mit dem Zählrohr

Bestimmen der Aktivitäten vergleichbarer Stoffmengen Kohlenstoff in der antiken Probe und in einer noch lebenden Probe:


Da die Aktivität A(t) der Anzahl N(t) der noch unzerfallenen Kerne direkt proportional ist: A(t) = λ·N(t) gilt auch:

A(t) = A(0)·e-λ·t

(Hinweis diese Formel für die rechnerische Lösung des Problems ist nur für "Experten" wichtig)


In dem Beispiel ist A(0) = 230 Becquerel pro kg Kohlenstoff und A(t) = 170 Becquerel pro kg Kohlenstoff.

1. Aufgabe:
Bestimme daraus näherungsweise z.B. mit Hilfe des Diagramms einer Exponentialfunktion das Alter des Fundes.

zur Lösung

 

Möglichkeit 2: Ablesen der Altersuhr mit dem Massenspektrograph

Man schickt 1 mg einer präparierten Kohlenstoffprobe des "Ötzis" (linkes Bild) durch den Massenspektrographen, z. B bei KORA an der Uni Erlangen (rechtes Bild) und zählt die Anzahl der 14C-Atome.
Bei Ötzi zählt man N(t) = 2,3·105 dieser 14C-Atome
Bei einer Vergleichsprobe zählte man N(0) = 4,0·105 dieser 14C-Atome

2. Aufgabe:
Bestimme daraus näherungsweise z.B. mit Hilfe des Diagramms einer Exponentialfunktion das Alter des Fundes.

zur Lösung

 

In der Animation wird die Vorgehensweise verdeutlicht:


Zum Schluss ein Link zu einer gut aufgemachten Facharbeit im LK Chemie über die Radiokarbonmethode

C-14 - Methode (Eine Facharbeit von Florian Enzenberger-Schwabach)

 

zur Lösung 1
zur Lösung 2