Eine Atomfalle für die Wasserdatierung

  • 28. February 2017

Argon-Isotop ermöglicht Altersbestimmung in der Zeitspanne von fünfzig bis tausend Jahren.

Eine neuartige Datierungsmethode für die Erd- und Umwelt­wissen­schaften steht im Mittel­punkt eines Projekts in der Uni Heidel­berg, das von der DFG geför­dert wird. Dabei geht es um den Einsatz eines speziellen radio­aktiven Isotops des Edel­gases Argon. Dieses Isotop ist für die Alters­bestimmung in der Zeit­spanne von fünfzig bis tausend Jahren von Bedeu­tung und soll für die Wasser­datierung genutzt werden. Das dreijährige Vorhaben wird von Markus Ober­thaler am Kirch­hoff-Institut für Physik und Werner Aesch­bach am Institut für Umwelt­physik der Uni Heidel­berg durch­ge­führt. Die DFG hat dafür Mittel in Höhe von rund einer Million Euro bewilligt. Die Arbeiten beginnen im März.

Atomfalle

Abb.: Atomfalle, in der 39Ar-Atome gefangen und nach­ge­wiesen werden. (Bild: F. Freundt, U. Heidel­berg)

Das Vorhaben basiert auf einer langjährigen Zusammenarbeit der beiden Arbeits­gruppen, die die Datie­rungs­methode mit­hilfe des Edel­gas-Radio­isotops bereits erfolg­reich einge­setzt und den Proto­typen eines Mess­geräts ent­wickelt haben. Das neue Gerät, das die Forscher nun reali­sieren wollen, soll welt­weit ein­malig für den Routine­betrieb mit kleinen Proben aus­ge­legt und dann auch anderen Forschern zugäng­lich gemacht werden.

Die Altersbestimmung in den Erd- und Umweltwissenschaften basiert zumeist auf radio­aktiven Isotopen, deren all­mäh­licher Zerfall Zeit­infor­mation liefert. Dabei ist das Edel­gas-Radio­isotop 39Ar von großem Inte­resse für die Datierung in Grund­wasser­forschung, Ozeano­graphie und Gletscher­forschung, da es als einziges Isotop den wich­tigen Alters­bereich von etwa fünfzig bis tausend Jahren abdeckt. Eine beson­dere Heraus­forderung stellt aller­dings seine extreme Selten­heit dar. Wie Messungen in den 1960er Jahren gezeigt haben, befindet sich unter einer Billi­arde Argon-Atomen in der Luft nur ein einziges 39Ar. Um über den Nach­weis des radio­aktiven Zer­falls von 39Ar das Alter von Grund- oder Ozean­wasser bestimmen zu können, werden Proben von min­des­tens einer Tonne Wasser benötigt.

Das Heidelberger Messverfahren basiert auf der fundamental neuen Mess­methode der Atom Trap Trace Analysis, kurz ATTA, bei der die 39Ar-Atome in einer Atom­falle gefangen und nach­ge­wiesen werden. Diese Techno­logie der „Mani­pu­lation“ von Atomen wurde in den ver­gan­genen Jahren in Heidel­berg perfek­tio­niert. Damit ist es möglich, die benötigte Proben­größe um den Faktor 100 bis 1.000 zu redu­zieren. In einem Vor­gänger­projekt konnten die Wissen­schaftler zeigen, dass die Messung von 39Ar mit diesem Ver­fahren gene­rell möglich ist. Nun haben sie anhand von Ozean­wasser und alpinem Eis den Nach­weis erbracht, dass die 39Ar-ATTA-Messung auch mit kleinen Proben von ledig­lich 25 Litern Wasser oder einem Argon-Volumen von zehn Milli­litern und weniger reali­siert werden kann. „Das eröffnet komplett neue Per­spek­tiven für die An­wen­dung“, so Aesch­bach. „Der Bedarf für solche Ana­lysen, insbe­son­dere auf dem Gebiet der Spuren­stoff-Ozeano­graphie, ist groß.“

RKU / RK

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