Radioaktive Altersbestimmung, auch radioaktive Zeitmessung genannt, bedeutet die Bestimmung des Alters von Mineralien, Gesteinen, archäologischen Funden oder anderen Objekten auf der Grundlage der in ihnen enthaltenen Radionuklide, deren Zerfallsprodukte oder der Isotopenzusammensetzung.
Die C-14-Methode
Eine Möglichkeit der radioaktiven Altersbestimmung ist die
C-14-Methode, die auch als Radiokohlenstoffmethode
oder als Radiokarbonmethode bezeichnet
wird. Sie wurde von dem amerikanischen Physiker WILLARD
FRANK LIBBY (1908 – 1980) entwickelt. Er erhielt dafür 1960 den
Nobelpreis für Chemie.
Die C-14-Methode kann angewendet werden, wenn man das Alter
organischer Stoffe ermitteln will.
Genutzt wird dabei folgender Sachverhalt:
Infolge des ständigen Beschusses von Stickstoff in der Atmosphäre
mit Neutronen der Höhenstrahlung entsteht durch Kernumwandlung das
Radionuklid C-14, also ein Isotop des Kohlenstoffs. Dieser Prozess geht
schon seit vielen Jahrtausenden vor sich. Damit war und ist der Anteil
an dem radioaktiven C-14 in der Atmosphäre weitgehend konstant.
Nun nehmen alle Pflanzen bei der Assimilation das radioaktive C-14 und
das nicht radioaktive C-12 auf. Pflanzen werden von Tieren gefressen.
Menschen essen pflanzliche und tierische Produkte. Man kann folglich davon
ausgehen, dass es bei allen Lebewesen ein annähernd festes Verhältnis
von C-14 und C-12 gibt.
Mit dem Tod eines Lebewesens oder einer Pflanze hört die Aufnahme
von Kohlenstoff auf. Der Anteil an C-14 nimmt mit einer Halbwertszeit
von 5 730 Jahren ab. Aus dem Mengenverhältnis von C-14 und C-12 in einer
Probe kann auf das Alter dieser Probe geschlossen werden. Beträgt
z. B. der Anteil an C-14 nur noch 50 % des heutigen Anteils, so kann man
folgern: Seit Beendigung der Kohlenstoffaufnahme ist eine Halbwertszeit
vergangen, also 5 730 Jahre.
Beachte: Wie alle Messungen ist auch
diese mit Messfehlern und Messunsicherheiten
behaftet, die verschiedene Ursachen haben:
- Man geht bei diesem Verfahren von einem stabilen Verhältnis der beiden Kohlenstoffisotope C-12 und C-14 zueinander aus. Dieses Verhältnis ist aber nach heutigen Erkenntnissen durchaus Schwankungen unterworfen.
- Die Halbwertszeit von C-14 hat einen Wert von
Dieses Fehlerintervall von 40 Jahren ist bei der Altersfestlegung zu beachten. - Bei der Bestimmung des Mengenverhältnisses der Isotope treten ebenfalls Messfehler auf.
Immerhin führt eine Messungenauigkeit von 1 % zu einer Altersunsicherheit
von 
.
Man kann also mit dieser und anderen Methoden radioaktiver Altersbestimmung
nie ein genaues Alter ermitteln, sondern immer nur ein ungefähres
Alter. Bei der C-14-Methode rechnet man mit einem durchschnittlichen Fehler
von 
.
Weitere Methoden
Neben der C-14-Methode gibt es weitere Methoden der radioaktiven Altersbestimmung.
- Tritiummethode:
Ähnlich wie bei Kohlenstoff bildet sich in der Atmosphäre
Tritium, also schwerer Wasserstoff (Wasserstoff-3), sodass z. B. in
Wasser ein näherungsweise konstantes Verhältnis von radioaktivem
Wasserstoff-3 und Wasserstoff-1 existiert. Wird eine Wassermenge von
der Luft abgeschlossen, dann verändert sich dieses Verhältnis
durch den Zerfall des Tritiums. Die Methode wird vor allem zur Bestimmung
des Alters von Wasser angewendet. Wegen der geringen Halbwertszeit des
Tritiums von 12,3 Jahren sind mit der Methode aber nur Alter bis etwa
50 Jahre bestimmbar.
- Bleimethode: Hier wird genutzt,
dass die drei in der Natur existierenden Zerfallsreihen (Uran-Radium-Reihe,
Uran-Actinium-Reihe, Thorium-Reihe) über eine Reihe von Folgekernen
zu stabilem Blei führen. Damit hängt die Zusammensetzung einer
Probe von der Zeit ab. Durch die Bestimmung des Verhältnisses der
Anteile des radioaktiven Ausgangsnuklids zu seinen Zerfallsprodukten
lässt sich über die Halbwertszeiten das Alter der Probe ermitteln.
Diese Methode erlaubt Altersbestimmungen über große Zeiträume
hinweg und wird vor allem in der Geologie und in der Kosmologie angewendet.
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Man kann zur Altersbestimmung auch andere Radionuklide nutzen, die sich in ein stabiles Nuklid umwandeln. Geeignet sind z. B. Kalium-40 oder Rubidium-87. Nach der letzten Methode wurde das Alter der ältesten Mineralien auf der Erde auf etwa 4 Milliarden Jahre datiert.