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Radiocarbonmethode und Halbwertszeit - Referat




14C oder auch Radiokarbonmethode

Radiokarbonmethode, auch 14C-Methode genannt, ist eine Methode zur Altersbestimmung von archäologischen Fundstücken. Sie beruht auf dem radioaktiven Zerfall des Kohlenstoff-Isotops 14C. 14C entsteht wie folgt: von der Sonne und den Sternen trifft hochenergetische Strahlung auf die Atmosphäre der Erde. Diese kosmische Strahlung, (auch Primärstrahlung genannt), hat so hohe Energie, dass sie, sobald sie auf die obersten Schichten der Erdatmosphäre trifft, die Stickstoff- u Sauerstoffatome beim Aufprall zerstört. Es entstehen neue Atomkerne, Neutronen und Elementarteilchen beim Zusammenprall. Die Neutronen erzeugen in Kettenreaktion weitere Neutronen, wenn sie auf Luftmoleküle treffen. In den Luftmolekülen befinden sich Kerne von Stickstoffatomen mit der Massenzahl 14, also 7 Neutronen und 7 Protonen. Trifft ein freies Neutron auf den Kern, wird ein Proton abgestoßen und das freie Neutron dafür aufgenommen. Die Zusammensetzung des Kernes aus Neutronen und Protonen hat sich zwar geändert, die Masse ist jedoch gleich geblieben. Es ist ein neuer Stoff entstanden, aus dem Stickstoffatom N14 hat sich das radioaktive Kohlenstoffisotop 14C gebildet. Kohlenstoff kommt in der Natur in drei Isotopen vor: 12C, 13C und 14C. Während 12C und 13C stabil sind, zerfällt 14C.

Dieser radiaktive Zerfall ist ein exponentieller Prozess.

Bei dieser Methode vergleicht man die Radioaktivität eines lebenden Organismus mit der des Fundes. Dadurch kann man Rückschlüsse auf das Alter des Fundes ziehen.
Die Methode nutzt die Tatsache, dass Pflanzen, Tiere und Menschen zu Lebzeiten radioaktiven Kohlenstoff 14C aufnehmen.
In der Atmosphäre befindet sich ein geringer Anteil des Stoffes, mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren.
Jedes Organismus enthält, solange er lebt, ebenfalls einen Anteil an 14C Atomen. Nach dem Tod hört der Stoffwechsel jedoch auf, und da von einem toten Organismus somit kein radioaktives 14C mehr aufgenommen werden kann, zerfällt der zum Zeitpunkt des Todes vorhandene 14C-Anteil.

Der Anteil an 14C halbiert sich allerdings nach 5730 Jahren. Werden antike Holzstücke oder Knochen bei Ausgrabungen auf ihr Alter untersucht, muss lediglich festgestellt werden, welcher Bruchteil des ursprünglichen C-14 Anteils noch vorhanden ist.

Die Existenz von 14C in der Natur und dessen Nutzen zur Datierung wurde zuerst durch Willard Frank Libby (1908-1980) bewiesen, der für die
Entwicklung der Radiokarbonmethode im Jahre 1960 den Nobelpreis in Chemie erhielt. Mit Hilfe dieser Methode können Alter bis zu 50.000 Jahren bestimmt werden.




Halbwertszeit
Bei der Halbwertszeit(Zerfallsgesetz) bezeichnet man den Zeitraum, in dem die Hälfte einer Substanz (z.B. einer Umweltchemikalie) in einem abgeschlossenen System biologisch, oder physikalisch-chemisch abgebaut wird. Sie ist abhängig von Umweltfaktoren wie z.B. Feuchtigkeit, Lichteinwirkung oder Temperatur.
Halbwertszeit ist vor allem in der Atomphysik ein verwendeter Begriff. Er bezeichnet diejenige Zeitspanne, nach der die Hälfte einer bestimmten Zahl radioaktiver Atomkerne zerfallen ist und die Strahlung entsprechend abnimmt. Allgemeiner auch: Zeitspanne, innerhalb derer sich eine Stoffkonzentration um die Hälfte vermindert.
Man unterscheidet drei Hauptkategorien bei der Halbwertzeit: Wir haben eine physikalische- (Radioaktivität eines Stoffes geht zurück), die chemische- (Konzentration eines Schadstoffes nimmt ab) und die biologische Halbwertszeit. Die biologische Halbwertszeit gibt an, in welchem Zeitraum nach Verabreichung eines Stoffes die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Menge abgebaut ist.


Formeln:

1) N(t)= N(0) * 0,5 t/(1/2)

Wobei N(t)= Menge zur Zeit t, N(0) = Menge zur Zeit 0 und k= eine stoffspezifische Zerfallkonstante ist.

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