Eine neuartige Datierungsmethode für die Erd- und Umweltwissenschaften steht im Mittelpunkt eines Projekts in der Uni Heidelberg, das von der DFG gefördert wird. Dabei geht es um den Einsatz eines speziellen radioaktiven Isotops des Edelgases Argon. Dieses Isotop ist für die Altersbestimmung in der Zeitspanne von fünfzig bis tausend Jahren von Bedeutung und soll für die Wasserdatierung genutzt werden. Das dreijährige Vorhaben wird von Markus Oberthaler am Kirchhoff-Institut für Physik und Werner Aeschbach am Institut für Umweltphysik der Uni Heidelberg durchgeführt. Die DFG hat dafür Mittel in Höhe von rund einer Million Euro bewilligt. Die Arbeiten beginnen im März.
Abb.: Atomfalle, in der 39Ar-Atome gefangen und nachgewiesen werden. (Bild: F. Freundt, U. Heidelberg)
Das Vorhaben basiert auf einer langjährigen Zusammenarbeit der beiden Arbeitsgruppen, die die Datierungsmethode mithilfe des Edelgas-Radioisotops bereits erfolgreich eingesetzt und den Prototypen eines Messgeräts entwickelt haben. Das neue Gerät, das die Forscher nun realisieren wollen, soll weltweit einmalig für den Routinebetrieb mit kleinen Proben ausgelegt und dann auch anderen Forschern zugänglich gemacht werden.
Die Altersbestimmung in den Erd- und Umweltwissenschaften basiert zumeist auf radioaktiven Isotopen, deren allmählicher Zerfall Zeitinformation liefert. Dabei ist das Edelgas-Radioisotop 39Ar von großem Interesse für die Datierung in Grundwasserforschung, Ozeanographie und Gletscherforschung, da es als einziges Isotop den wichtigen Altersbereich von etwa fünfzig bis tausend Jahren abdeckt. Eine besondere Herausforderung stellt allerdings seine extreme Seltenheit dar. Wie Messungen in den 1960er Jahren gezeigt haben, befindet sich unter einer Billiarde Argon-Atomen in der Luft nur ein einziges 39Ar. Um über den Nachweis des radioaktiven Zerfalls von 39Ar das Alter von Grund- oder Ozeanwasser bestimmen zu können, werden Proben von mindestens einer Tonne Wasser benötigt.
Das Heidelberger Messverfahren basiert auf der fundamental neuen Messmethode der Atom Trap Trace Analysis, kurz ATTA, bei der die 39Ar-Atome in einer Atomfalle gefangen und nachgewiesen werden. Diese Technologie der „Manipulation“ von Atomen wurde in den vergangenen Jahren in Heidelberg perfektioniert. Damit ist es möglich, die benötigte Probengröße um den Faktor 100 bis 1.000 zu reduzieren. In einem Vorgängerprojekt konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die Messung von 39Ar mit diesem Verfahren generell möglich ist. Nun haben sie anhand von Ozeanwasser und alpinem Eis den Nachweis erbracht, dass die 39Ar-ATTA-Messung auch mit kleinen Proben von lediglich 25 Litern Wasser oder einem Argon-Volumen von zehn Millilitern und weniger realisiert werden kann. „Das eröffnet komplett neue Perspektiven für die Anwendung“, so Aeschbach. „Der Bedarf für solche Analysen, insbesondere auf dem Gebiet der Spurenstoff-Ozeanographie, ist groß.“
RKU / RK
