Spaltspuren

Fission Track Dating (Spaltspurendatierung) ist eine radiometrische Methode zur absoluten Altersbestimmung (Datierung) der in Gesteinen enthaltenen Mineralen (Geochronologie).

Spaltspuren sind Mikrometer (μm) lange Defektlinien (engl. tracks) in der Kristallstruktur von Mineralen (Gitterdefekte), die bei spontanem radioaktiven Zerfall (engl. fission) von Uran-238 (²³⁸U) entstehen. Die Spaltspuren entstehen durch die sich in nichtleitenden Mineralen um das Uranatom diametral auseinander bewegenden mehrfach positiv geladen Spaltungsprodukte. Die entstandene Spaltspur hat eine Länge von ca. 10 bis 20 μm und einen Durchmesser von einigen 0,01 μm. Die Länge und die Dichte der Spaltspuren eignet sich dazu das Abkühlungsalter von Gesteinen zu bestimmen. Dazu verwendet man Apatit- oder Zirkon-Minerale. Mit ihren unterschiedlichen Schließtemperaturen lässt sich die Abkühlungsgeschichte berechnen.

Da der allmähliche Zerfall der Uranatome mit einer konstanten Rate erfolgt, ist die Anzahl der Spaltspuren proportional dem Alter des untersuchten Kristalls. Um den Anteil der zerfallenen Atome von ²³⁸U zu bestimmen, wird die Anzahl von Spaltspuren gemessen. Anschließend wird die Probe intensiver Neutronenstrahlung ausgesetzt, wodurch die Atome eines anderen Uranisotops, Uran-235 (²³⁵U), zerfallen. Die Spaltspuren werden erneut gezählt. Anhand des Verhältnisses von natürlichen und künstlich erzeugten Spaltspuren, dass dem festen Verhältnis von ²³⁵U/²³⁸U kann nun auf das Alter des Kristalls geschlossen werden.

Methodische Schwachpunkte und Lösungsansätze

In der Literatur werden jedoch unterschiedliche Zerfallsraten für den spontanen Zerfall von ²³⁸U angegeben. Zudem beruht die Funktionsweise der Methode darauf, dass mit der Neutronenbestrahlung tatsächlich alle vorhandenen ²³⁸U Atome zum Zerfall gebracht werden. Um diese Beeinträchtigungen zu minimieren, wird mit der Methode des externen Standards gearbeitet, d. h. eine gut mit anderen Methoden datierte Probe, ein sogenannter „Spike“, wird gemeinsam mit der zu datierenden Probe der Neutronenstrahlung ausgesetzt. Der Vergleich zwischen Standardprobe und zu datierender Probe führt so zu zuverlässigeren Ergebnissen.

Oberhalb einer mineralabhängigen Temperatur verheilen die Spaltspuren. Aus diesem Grund zeigen die Ergebnisse stets den jüngste Verheilungszeitpunkt an. Daher sind die rasch abgekühlten vulkanischen Gesteine besonders geeignet für diese Datierungsmethode.

Literatur

• Günther Wagner und Peter van den Haute: Fission-Track Dating (Solid Earth Science Library vol. 6), Dordrecht, Kluwer Academic Publishers Group. 1992, ISBN 0-7923-1624-X

Weblinks

• Spaltspurenanalyse In: Mineralienatlas.de, 14. August 2006
• Abkühlende Gesteine speichern ihre Geschichte von Kirsten Achenbach, 1. August 2006
• http://www.minpet.ugent.be/fission.htm (englisch)