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Edelgas als innere Uhr

Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, mit der sie das Alter von bis zu einer Million Jahre alten Wasserproben oder von Gletschereis bestimmen können. Sie verwenden dabei das Edelgas Krypton, dessen Atome in verschiedenen Varianten vorkommt. Aus dem Verhältnis dieser so genannten Isotope lässt sich bestimmen, wie lange das Wasser nicht mehr mit Luft in Kontakt gekommen ist. Die neue Methode eignet sich auch für Zeitbestimmungen, die deutlich weiter zurückliegen als die mit der Radiokarbonmethode erfassbaren. Mit der neuen Methode konnten die Forscher um Xinlin Du vom Argonne-National-Labor in Evanston bereits das Alter eines Grundwasserreservoirs in Ägypten bestimmen, berichtet der wissenschaftliche Nachrichtendienst optics.org.

Das Edelgas Krypton ist ein Bestandteil der Luft und kommt in einem Verhältnis von etwa eins zu einer Million vor. Dort, wo Luft mit Wasser in Berührung kommt, löst sich ein bestimmter Anteil der Luft im Wasser. Versickert dieses Wasser dann im Boden, hat es keinen Kontakt mehr zur Luft, und die Menge der gelösten Gasanteile verändert sich nicht mehr. Eine Ausnahme sind die radioaktiven Isotope, zu denen auch die Krypton-Variante 81 gehört. Sie hat eine Halbwertszeit von 230.000 Jahren, das heißt, in dieser Zeitspanne zerfällt die Hälfte aller Atome einer Krypton-81-Probe.

Wird nun in einer Probe die verbliebene Menge an Krypton-81-Atomen mit der anderer, stabiler Atomvarianten des Kryptons verglichen, gibt das Verhältnis Auskunft darüber, wann das Wasser zum letzten Mal Kontakt mit Luft gehabt hatte. Wegen des geringen Anteils an Krypton in der Luft war es bislang jedoch äußerst schwierig, genügend Krypton-81-Isotope aus Wasser zu gewinnen. So wurden für eine Datierung 16 Tonnen Wasser benötigt.

Die neue Methode von Du und seinen Kollegen kommt dagegen mit nur 2 Tonnen pro Analyse aus, schreibt „optics.org“. Den Wissenschaftlern gelang es, mithilfe einer so genannten magneto-optischen Falle ganz speziell nur Krypton-Atome aus der Probe zu isolieren und gleichzeitig die Krypton-81-Variante nachzuweisen. Mit diesem Ansatz konnten die Forscher bereits feststellen, dass eine Probe aus einem ägyptischen Grundwasserreservoir etwa 500.000 Jahre alt war. Mit der gebräuchlicheren Radiokarbonmethode wäre diese Datierung nicht möglich gewesen, denn mit dieser Methode kann lediglich das Alter von bis 50.000 Jahre alten Proben bestimmt werden.

Die Originalarbeit der Forscher ist in der Fachzeitschrift Review of Scientific Instruments (Bd. 75, S.3224) erschienen.

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