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Informationen über kosmogene Nuklide

Kosmogenes Beryllium (10Be)

Beryllium hat ein stabiles Nuklid (9Be) und zwei kosmogene Radionuklide, 7Be und 10Be; die Halbwertszeit von 7Be (53 Tage) ist für die meisten geowissenschaftlichen Anwendungen zu kurz. Durch seine lange Halbwertszeit von 1.39 Ma Jahren ist 10Be für geologische Anwendungen im gesamten Quartär und im Pliozän geeignet.

10Be wird in oberflächennahen Gesteinen und Mineralien vorwiegend durch Spallationsreaktionen an Sauerstoff gebildet. In der Erdatmosphäre wird 10Be an Stickstoff und Sauerstoff produziert  (ebenfalls durch Spallation). Für in-situ Anwendungen (Anwendungen, die auf im Gestein/Mineral gebildeten kosmogenen Nukliden beruhen) stört dieses atmosphärische 10Be; ein wesentlicher Teil des analytisch-präparativen Aufwands geht deshalb in die quantitative Trennung der atmosphärischen und in-situ gebildeten Komponenten. In der überwältigenden Mehrheit der in-situ 10Be Anwendungen wird Quarz als Targetmineral verwendet. Bei anderen Mineralien gestaltet sich die quantitative Entfernung der atmosphärischen Komponente schwierig. Generell ist 10Be das meistverwendete kosmogene Nuklid für terrestrische in-situ Anwendugen. Ein wichtiges Augenmerk in der analytisch-präparativen Vorbereitung von 10Be Proben für die AMS-Messung ist die möglichst quantitative Entfernung von Bor, dessen Isotop 10B als Interferenz während der AMS-Messung stört. Eine weitgehend Bor-freie/-arme Umgebung während der chemischen Aufbereitung ist daher wichtig.

Kosmogenes Aluminium (26Al)

Aluminium hat ein stabiles Nuklid (27Al) und ein kosmogenes Radionuklid (26Al, Halbwertszeit 700 ka). In geologischen Anwendungen wird 26Al meist zusammen mit 10Be verwendet. Die Kombination von 10Be und 26Al lässt komplizierte Expositionssituationen erkennen; weiterhin ist sie die Grundlage der Bedeckungsalterdatierung.

In oberflächennahen Silikaten wird 26Al vorwiegend durch Spallationsreaktionen an Silizium gebildet. Da ein zu hoher Al-Gehalt (>100 ppm) in Proben die AMS-Messung schwierig/unmöglich macht, wird für 26Al fast ausschließlich Quarz verwendet. In Ermangelung geeigneter Targetnuklide in der Erdatmosphäre wird 26Al dort nicht in nennenswerten Umfang gebildet, atmosphärisches 26Al ist daher in der Regel kein Problem.

Ein wichtiger Aspekt in der Bestimmung der 26Al-Konzentration in geologischen Proben ist die genaue Bestimmung des in der Probe vorhandenen stabilen 27Al. Die 26Al-Konzentration wird über das mit der AMS gemessene 26Al/27Al-Verhältnis und die anderweitig gemessene 27Al-Konzentration bestimmt.

Kosmogenes Chlor (36Cl)

Chlor hat zwei stabile Isotope (35Cl und 37Cl) und ein kosmogenes Radionuklid (36Cl, Halbwertszeit 300 ka).

In oberflächennahen Gesteinen/Mineralien wird 36Cl zum großen Teil durch Spallationsreaktionen an Kalzium und Kalium, aber auch an Eisen und Titan gebildet. In chlorhaltigen Proben ist die Produktion durch thermische Neutronen wichtig (35Cl(n,?)36Cl). Da der Fluss thermischer Neutronen empfindlich auf Umweltbedingungen (Feuchtigkeit) reagiert, daher im wahrsten Sinne des Wortes oft unberechenbar ist, sollten Proben idealerweise wenig stabiles Chlor enthalten (<10-20 ppm). Ein Alleinstellungsmerkmal von 36Cl ist, dass es als einziges kosmogenes Nuklid routinemäßig in Karbonaten, Feldspäten und Basalt gemessen werden kann. Karbonate sind in der Regel reich an Kalzium und meist arm an stabilem Chlor, sodass genaue Altersbestimmungen auch an sehr jungen Proben (wenige 100 Jahre) möglich sind.

Neben der Entfernung von chlorhaltigen Phasen aus der Probe (Mineralseparation und chemische Laugung) ist die quantitative Entfernung von Schwefel ein Hauptaugenmerk der chemischen Aufbereitung von Proben für die AMS-Messung. 36S ist eine Interferenz in der 36Cl  Bestimmung.