Strontiumisotopenanalyse

Der Weg des Strontiums

Die Strontiumisotopenanalyse dient unter anderem zur Analyse von (prä)historischem Migrationsverhalten von Menschen und Tieren. Strontium wird abhängig vom geographischen Ort in unterschiedlichen Isotopenverhältnissen mit der Nahrung aufgenommen und in Knochen und Zähnen eingelagert. Die Archäologie bedient sich seit einigen Jahren zunehmend dieser neuen Methode. Die ersten Projekte gingen von den USA und Großbritannien aus und betrafen zunächst Nord- und Mittelamerika. Aktuelle Anwendungen beschäftigen sich zum Beispiel mit dem Migrationsverhalten im Jungpaläolithikum^[1], dem Neolithikum^[2][3] oder der Eisenzeit^[4] in Mitteleuropa.

Neuere Anwendung nutzen den Effekt der geographisch variierenden Sr Isotopenzusammenzetzung auch zur Lebensmittelherkunfts- bzw. -echtheitsbestimmung. Da beispielsweise bestimmte Regionen durch eine charakteristische Sr Isotopensignatur gepraegt sind, wird diese Signatur unter anderem auch in verschiedenen landwirtschaftlichen Produkten reflektiert. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass es durch den Eintrag von Duenger und Niederschlag zu einer dem geologischen Untergrund unterschiedlichen Sr Isotopensignatur im Produkt kommen kann. Man spricht hierbei auch von der mobilen Sr Fraktion. Weitere Anwendungen der Sr Isotopenanalyse finden sich beispielsweise auch in der Forensik.

Der radioaktive Rubidium-Strontium Zerfall eignet sich für die Zeitbestimmung von Gestein aus dem Paläozoikum.

Physikalische Grundlagen

Strontium hat vier stabile, natürlich vorkommende Isotope: ⁸⁴Sr (0,56 %), ⁸⁶Sr (9,86 %), ⁸⁷Sr (7,0 %) und ⁸⁸Sr (82,58 %). ⁸⁷Sr entsteht beim β^--Zerfall des Rubidium-Isotops ⁸⁷Rb mit einer Halbwertszeit von 4,7 · 10¹⁰ a. Da die Lebensdauer von ⁸⁶Rb nur kurz ist, entsteht daraus schon während der Entstehung des Gesteins ⁸⁶Sr. Damit gibt das Isotopenverhältnis von ⁸⁷Sr zu ⁸⁶Sr Hinweise auf Alter des Gesteins. Je nach Region variiert das mittlere ⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr-Verhältnis von 0.71 um bis zu 2%^[5].

Einlagerung in Knochen und Zähnen

Strontium ist wie Calcium ein Erdalkalimetall. Es wird daher im Körper ebenso wie Calcium zum Aufbau von Knochen und Zähnen verwendet. Da die Entwicklung der Zähne im Kindesalter abgeschlossen wird, sich jedoch die Knochen ständig erneuern, finden sich abhängig davon, wo die Person aufgewachsen ist und wo sie sich in den letzten Lebensjahren befand, unterschiedliche Isotopenverhältnisse. Dadurch wird zum Beispiel eine Analyse der Migrationsbewegung ermöglicht, wenn dazu die Strontiumisotope von Fossilienfunden herangezogen werden.

Nutzen und Nachteile

Voraussetzung für die Anwendung ist u.a. die Kartierung von Gesteinen. Zwangsläufig liefert eine Kartierung der Strontium-Isotopenverhältnisse Mehrdeutigkeiten. Daher reicht die Strontiumisotopenanalyse alleine nicht aus. Für die Analyse von Migration müssen daher weitere Indizien hinzugezogen werden.

Weitere Störfaktoren sind auch der Handel mit Nahrungsmitteln über weite Strecken. Dies macht die Isotopenanalyse für Kulturen, wie das antike Rom, vielfach nutzlos.

Rubidium-Strontium-Datierung

Die Halbwertszeit von 87Rb ist ca. 10mal höher als das geschätzte Alter der Erde. Rubidium-Strontium-Datierung basiert auf dem Zerfall von Rubidium in Strontium. Mit ihr lassen sich Gesteine aus dem Paläozoikum vor 4.5 Mrd Jahren bis zur Kreidezeit vor ca. 50 Mio Jahren zeitlich einordnen. Für jüngere Gesteine sind andere geochronologische Verfahren vorzuziehen.

Dank des Vorhandenseins des stabilen Referenzisotops 86Sr stützt sich die Radiometrische Datierung auf die Isochronenmethode. Dadurch ist sie weniger anfällig gegenüber dem Schätzen der Ausgangskonzentration und erreicht eine Genauigkeit von bis zu 5%.

Einzelnachweise

1. ↑ Thomas Prohaska, Maria Teschler-Nicola, Patrick Galler, Antonin Přichystal, Gerhard Stingeder, Monika Jelenc and Urs Klötzli: Non-destructive Determination of 87Sr/86Sr Isotope Ratios in Early Upper Paleolithic Human Teeth from the Mladeč Caves - Preliminary Results. In: Early Modern Humans at the Moravian Gate. Springer, Vienna 2006. doi:10.1007/978-3-211-49294-9, ISBN 3-211-23588-4
2. ↑ T. D. Price, J. Wahl, C. Knipper, E. Burger-Heinrich, G. Kurz, A. Bentley: Das bandkeramische Gräberfeld vom 'Viesenhäuser Hof' bei Stuttgart-Mühlhausen. Neue Untersuchungsergebnisse zum Migrationsverhalten im frühen Neolithikum. In: Fundberichte aus Baden-Württemberg. Stuttgart 27.2003, 23-58. ISSN 0071-9897
3. ↑ T. D. Price, C. Knipper, G. Gruppe, V. Smrcka: Strontium Isotopes and Prehistoric Human Migration. The Bell Beaker Period in Central Europe. In: European Journal of Archaeology. London 7.2004, 9-40. ISSN 1461-9571
4. ↑ Karin Margarita Frei, Irene Skals, Margarita Gleba, Henriette Lyngstrøm: The Huldremose Iron Age textiles, Denmark - an attempt to define their provenance applying the strontium isotope system. In: Journal of Archaeological Science. Oxford 36.2009,9, S.1965-1971. doi:10.1016/j.jas.2009.05.007, ISSN 0305-4403
5. ↑ Isotopic distribution for UK.

Literatur

• C. Knipper: Die Strontiumisotopenanalyse. Eine naturwissenschaftliche Methode zur Erfassung von Mobilität in der Ur- und Frühgeschichte. In: Jahrb. des Römisch-Germanischen Zentralmuseums Mainz. Bonn 51.2004, 589-685. ISSN 0076-2741