Kaltes Leuchten aus Steinen hilft Heidelberger Forschern beim Datieren

Die Mitglieder des Teams um Günther Wagner vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg fürchten das Tageslicht ? zumindest während ihrer Arbeit. Denn Tageslicht kann die Informationen, die die Forscher Steinmineralien entnehmen, innerhalb weniger Minuten zerstören. Die Wissenschaftler haben zwei Methoden entwickelt, mit deren Hilfe sie von Mineralien Informationen aus der Vergangenheit erhalten. Das berichtet das Wissenschaftsmagazin MaxPlanckForschung.
In allen Gesteinen befindet sich ein geringer Anteil radioaktiver Elemente wie Thorium, Uran oder Kalium, deren Atomkerne mit der Zeit zerfallen und dabei Energie freigeben. Diese Energie löst aus umgebenden Atomen Elektronen ab, die sich unter dem Einfluss von Tageslicht frei bewegen und die "Löcher", die sie zurücklassen, auch wieder auffüllen können. Beim Auffüllen eines Loches gibt das Elektron Energie in Form von Licht ab.

Wenn aber die äußere Anregungsenergie des Tageslichts fehlt, bleiben die abgelösten Elektronen in Verunreinigungen oder Defekten im Kristallgitter des Minerals stecken. Da die radioaktiven Elemente weiter aktiv sind, sammeln sich während der Dunkelheit immer mehr Elektronen in den Kristalldefekten an. Bei erneutem Kontakt mit Licht, werden diese Elektronen "befreit", füllen die zurückgelassenen Löcher wieder auf und geben dabei Licht ab. Dabei gilt: Je länger das Gestein im Dunkeln lag, desto mehr Licht wird bei erneutem Lichtkontakt abgegeben.

Wagner und seine Kollegen machen sich diesen Effekt zunutze. Sie bergen Gesteine, die für Jahrhunderte oder Jahrtausende vom Tageslicht abgeschirmt waren. Im Labor beleuchten sie die Gesteinsmineralien mit Infrarotstrahlung und messen das von den Mineralien abgestrahlte "kalte Leuchten", ein Licht mit charakteristischer Wellenlänge. Je höher die Intensität dieses Leuchtens, desto länger war das Gestein im Dunkeln. Während dieser Prozedur, angefangen mit dem Bergen der Gesteine, dürfen die Mineralien nicht dem Tageslicht ausgesetzt werden. Dadurch würde die "Gesteinsuhr" auf Null zurückgesetzt.

Die Forscher haben ihr Verfahren unter anderem an antiken Säulen südlich von Troja getestet. Diese Säulen waren von den Römern zurückgelassen worden und waren seit damals mit Erde bedeckt und somit vom Tageslicht abgeschirmt. Die von Wagners Team ermittelte Zeitspanne stimmt mit den historisch dokumentierten Daten überein.

Neben dieser Lumineszenz-Methode, die maximal 100.000 Jahre in die Vergangenheit reicht, arbeitet Wagners Team an einem weiteren Verfahren ? der Alpha-Rückstoß-Methode. Dieses Verfahren macht sich eine andere Auswirkung des radioaktiven Zerfalls zunutze: Beim Zerfall eines Atomkerns wird ein Alphateilchen ausgesandt. Dadurch erhält der Kern einen Rückstoß und richtet im Kristallgitter Schäden an. Aus dem Ausmaß der Schäden lässt sich der Zeitpunkt bestimmen, zu dem das Kristall entstanden ist.

Mit Hilfe dieser Methode konnten die Forscher 12.900 Jahre und 350.000 Jahre altes Vulkangestein in der Eifel und 10 Millionen Jahre altes Vulkangestein im Indischen Ozean bestimmen. Das festgestellte Alter stimmte mit dem Ergebnis herkömmlicher geologischer Altersbestimmungen überein, war aber einfacher zu ermitteln.
Axel Tillemans


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