Otto Hahn (1955) - Recent Methods for Measuring Geologic and Biologic Age (German presentation)

Ladies and Gentlemen, please, don't be worried, in the light of what de Hevesy just said, that my talk is going to be a thousand times longer than his because we'll be discussing geological periods. But I would like briefly to tell you something in this connection about such dating methods, specifically because I myself proposed a new method some years ago which I named the strontium method. But to stick to the point, I would like to give you a brief outline. And while the remainder, unrelated to the strontium method, is actually just a paper. Apart from the strontium method, I cannot say that it is my work which I am presenting to you now. Most of you will be aware that it has been possible to provide the first reliable dating values for minerals and thus for the geological layers from which they originate on the basis of radioactive processes, namely the decay of uranium or also of thorium, the two heaviest naturally occurring elements, which decay via various intermediate stages into normal, inactive lead. It was thus possible, on the basis of the quantity of lead which has been formed in a uranium or thorium mineral, to read or calculate or determine the duration of this process of lead formation if the rate of the decay process was known, and it proved possible to determine this rate for uranium. A secondary reaction or secondary process of this decay was, as you will know, the emission of alpha particles or helium atoms. Helium is a gas which is deposited and stored in the mineral and, by determining the helium content of a uranium mineral, for instance, it is possible to date the uranium in question. These methods, known as the uranium-lead or also helium methods, have proven to be highly important. However, for geologically old minerals a certain degree of caution was required. As you might well imagine: an old uranium mineral, a mineral which is over a billion years old will have decayed up to 20 percent of the uranium to lead. The mineral will thus have undergone considerable change and accumulated more than 22, 30 cubic centimetres of helium in its crystal structure. Moreover, it is only under very specific circumstances that such crystals are so perfect that there is no need to worry that some of the helium will have diffused out, leading to an underestimate of the mineral's age, or indeed that some of its considerable lead content which has formed may have been leached out or be missing for other reasons. This is why when applying such uranium-lead or also helium methods to geologically old minerals caution is required, although they are of course far better than the earlier methods which were known prior to radioactivity. As a consequence, some years ago I suggested that it might be possible, in particular for geologically old minerals, to consider another dating method, namely to exploit the fact that there are other naturally occurring radioactive elements, for example rubidium. Rubidium is an alkali metal and has the characteristic that one part, an isotope of rubidium decays to strontium with emission of beta radiation. So, rubidium, the naturally occurring element, is what is known as a mixed element. It has an inactive component and a beta-emitting fraction. And if the half-life of this radioactive component of the naturally occurring rubidium which is present in any rubidium-containing mineral is known, accurate dating is also possible If I can analytically determine the quantity of strontium which has been formed from the rubidium, I can determine the age of the rubidium mineral in question. This sounds just like the uranium-lead method, and the principle is indeed the same. It does, however, have a major advantage in principle: We are, in the case of beta-emitting rubidium, in the more fortunate situation that nothing happens to the resultant strontium or the mineral. In the uranium-lead method, as we have just seen, there is a high percentage content of lead in a uranium mineral and it contains many cubic centimetres of helium, so making the structure of the mineral somewhat uncertain. In the case of rubidium, which emits beta radiation and nothing material so to speak, no helium particles etc., there is no change to the mineral structure. So it can be assumed and expected that flawless results will be obtained. But only for geologically old minerals, since the decay rate of rubidium is really very low. It was against this background that I started to devise this method. It must also be borne in mind: that there are grounds to suspect that, apart from the radiogenic strontium, the strontium formed from the radioactive rubidium, any mineral can also contain normal strontium. I thus cannot say, on the basis of an analysis for strontium in a mineral which contains rubidium: that all the strontium has been formed from the rubidium. I will have to carry out a mass spectrographic investigation in order to find out the radiogenic fraction of the strontium. The principle of the method thus depends on whether, in the case of such radioactive strontium determinations it is actually possible to use mass spectrography or mass spectrometry to determine the content of radiogenic strontium namely strontium arising from radioactive decay. And what needed to be investigated first was whether minerals, specifically minerals containing rubidium, can be found in which radiogenic strontium is detectable. This can be established because the mass spectrogram of strontium, naturally occurring strontium, is known. It is a mixture of isotopes - strontium 87, strontium 88, namely masses, in very specific percentages. If I had a mineral which didn't contain any natural strontium at all, but only strontium with a mass of 87 arising from the rubidium, then I would expect a mass spectrogram showing only one line, namely only the strontium of atomic mass 87. Professor Mattauch, at my suggestion, in our institute some years ago, recorded a number of mass spectrograms of rubidium and strontium minerals in order to show or check whether using this method there is any hope of carrying out dating, accurate dating. This is the only way - I will not go into the details - that it might be possible to carry out such a determination. This is the normal radioactivity decay equation. I won't show the details. A formula for the age of a strontium mineral is obtained. The age is 1/lambda, which is the decay constant, that is the rate constant, at which rubidium decays to strontium You can see above: N - the number of rubidium atoms at time t, - which has to be, which should be determined analytically. And N' is the number of strontium atoms formed. And all that is needed for the analysis, if the decay constant is known, is just the quantity of radioactive strontium formed and the quantity of rubidium in the mineral. Now you can see what Professor Mattauch obtained back then. I had got hold of or been given, from North America, specifically north-west Canada what I had been told was a very old lepidolite. Lepidolites and many feldspars are rubidium-containing minerals and since geologically old minerals should have a relatively high content of radiogenic strontium, Prof. Mattauch investigated this mineral. And you can now see the following mass spectrogram, from the first tests he reported. You can see a so-called mass spectrogram of ordinary strontium, that is to say strontium bromide was used. You can see that it indicates a mass number of strontium 86, followed by a weak mass number of 87 and the commonest naturally occurring strontium isotope, strontium 88. And after this he investigated a colusite from Sweden. This is also a rubidium-containing mineral, and you can see that the situation is clearly quite different here: The naturally occurring 86 and 88 has become very much weaker and the radiogenic strontium 87 is very strong. Here again you can see a microcline, another rubidium-containing mineral, and then a … [inaudible, 00:11:02]; that isn't Great Bear Lake, but it is northwest Canada. This is the mineral that I had brought back from America at that time. And here you have the unusually favourable situation of a mineral which contains no trace of ordinary strontium, but does contain pure, radiogenic strontium 87. It was thus in principle clear that it is possible to use mass spectrography - just one determination being required – actually to establish, firstly, whether pure strontium has been formed in the mineral, and then, on the basis of the ratio of the mass spectrum to ordinary strontium, to calculate age if the decay rate is known. And now you can see a number of images which Prof. Mattauch recorded later. These need however to be thought of the other way round: What we have here is ordinary strontium, again with the ratio of masses 86, 87, 88. Then he did the same for various other minerals, microcline, amazonite, pollucite, microcline, microcline etc., etc. ... Can you see how this line, the radiogenic strontium line, is getting ever stronger? And at the top there's the mineral again which I got from north-west Canada, with the entirely pure rubidium, entirely pure strontium obtained from the mineral, which doesn't contain any trace of ordinary strontium. And these are now really ratios, enrichment numbers ... and the values get high - and at the top you thus have a virtually entirely pure mineral. I don't need to go into the details. You can see from these particularly fine images that it is thus actually possible very accurately to quantify the content of radiogenic strontium in a strontium mixture. These are merely comparisons of … that is bromine and hydrogen bromide. Here you see at no point in all these is there any relative shift of the lines. These are not any kind of radioactive decay, but are just secondary lines in the mass spectrogram. And Prof. Strassmann and Walling carried out one or the other of the analyses. What we now need, in addition to this mass spectrogram, is merely the content of the mineral in question, namely an analysis of the strontium present in the mineral and the rubidium content. And unfortunately that cannot be done analytically, or at least when we did it during the Second World War it was rather complicated work and, because the institute in Dahlem was bombed, we couldn't manage to carry out the analyses, namely analytical determinations of the rubidium and strontium contents, required for these excellent mass spectrograms. It would also have been difficult. So we ourselves could not provide any direct indications of the age of these minerals. However, the method was adopted by others, primarily Ahrens in America and, later, Aldrich and colleagues in America. And, in principle, exactly the same method was used as here, and Ahrens devised an optical method for analysing rubidium and strontium content while Aldrich and colleagues subsequently applied - I will also talk about shortly - an "isotope dilution" method. The only awkward or particularly awkward feature here is that the low content of rubidium in such a potassium feldspar and also the very low content of strontium is not very easy to determine using ordinary analytical methods. Moreover, Ahrens and colleagues also devised a determination method based on spectral analysis which they consider reliable. And I would just like to show you an image depicting Ahrens' results regarding the dating of what I believe are southern African feldspars. And as you can see ... I think it's Africa, yes Rhodesian. This is only an extract from a relatively large paper by Ahrens and colleagues, and you can see the good matches: 2-0, 2-1-9 etc. The average age derived from these results for this very old rubidium-containing feldspar originating from southern Africa is over two billion years. That is very old. And I would also suggest that there is an external reason why these figures may perhaps have been set too high. The prerequisite for this method is of course that we know the decay rate of rubidium into strontium. And I would also like to say a few words about that too. More than 40 years ago, around 1913-14, I carried out the first determination of the half-life of rubidium. At that time, we, a colleague and I, using the very primitive methods available to us over 40 years ago, calculated a half-life for rubidium of 5.5 x 10^10 years. In other words an immensely slow decay rate, uranium decays at a much faster rate. Accordingly, only very small quantities of strontium form from the rubidium. The half-life was thus determined at that time on the basis of such quantities, and over the course of the years the half-life has been redetermined, most recently only a short time ago, suggesting values of between 6.0 and 5.8 x 10^10 years. I must say that the good match with our value from 40 years earlier should be put down to chance because our method was really rather primitive. Back then, there were no counters and the like. However, very recently, indeed in the past year, a paper was published by Huster and his colleague that the half-life of rubidium had after all been somewhat overestimated and should be revised downward from 5.8 x 10^10 years to perhaps just 4.3 x 10^10 years. And if 2100 million years or 2.1 billion years are now recalculated on the basis of this more recent investigation, the result is approximately 1600 or 1700 million years, a value which, on the basis of a personal conversation I had some days ago with a Swedish researcher, Persy Quensel, is more probable than the higher one. But this has no impact on the method. If we have a whole series of dating values and the method is in principle faultless, then all that need be done is to multiply these values by this half-life modification factor. The method itself is thereby not invalidated, it's simply that the half-life determination had not in the past been carried out accurately enough. That's pretty much all that I wanted to tell you about the strontium method. As I said, the method has recently been given a boost, especially in America by Aldrich and colleagues, by the analytical determinations – here it’s about small quantities of rubidium and strontium – being carried out by a method other than our analytical-chemical method developed by Strassmann or Ahrens' optical method. And this method is based on a paper published some years ago on isotope research which was carried out as part of Rittenberg's integrator research. This is the so-called isotope dilution method. I think it was Rittenberg ...] The principle underlying this "isotope dilution" method is roughly as follows: If a chemical element, for instance rubidium or strontium, contains two isotopes, the precise normal percentage content of which is known - and this is something which is known because the isotope composition of ordinary chemical elements is precisely known – if the content is known and a measured quantity of another isotope or a measured quantity of one of the two isotopes is added to the element, then carrying out a new determination by mass spectroscopy will reveal the amount by which the added isotope has been diluted by the isotope which is to be analysed. So let us assume that you have an unknown quantity of a mixture of rubidium 87 and rubidium 88 or strontium 87 and strontium 88 in a solution and add to the solution a certain quantity of rubidium 87 for a rubidium determination or of strontium 88 for a strontium determination and very accurately establish the percentage composition of the new mixture and, on that basis, determine the amount by which the added measured quantity of isotope has been diluted by the unknown quantity to be investigated of the isotope mixture present in the mineral. This is the so-called isotope dilution method which I cannot describe in greater detail because I do not have enough time. But with this method the Americans … who can now easily produce such isotopes in their large uranium plants, now have much better control over the method and it may therefore be hoped one or another of the results can also be obtained with this rubidium-strontium method. A comparison with the lead-helium determination shows that the number of analytical determinations is the same as in the other case. It is flawless - In the case of the uranium-lead determinations, it is also necessary to determine whether there is lead in the uranium and not a mixture of ordinary lead it is rather more effective than the other one. I would like however to move on now and will talk about some more papers which I can only report. And I will primarily be looking first of all at potassium and the calcium formed from it. In exactly the same way as rubidium decays to strontium with emission of beta radiation, potassium decays to calcium, again with emission of beta radiation. So potassium also contains a radioactive isotope. It decays to calcium 40 and potassium also has a mass of 40. However, in contrast, this mixed element potassium unfortunately only contains 0.012 percent of the active isotope, in contrast with rubidium which contains 27 percent active rubidium. Nevertheless, over long geological time periods, calcium is formed from this radioactive potassium. However, this calcium which forms is present in a disproportionately small amount in normal natural calcium, and it is therefore very difficult to carry out accurate quantitative analyses by mass spectroscopy or mass spectrometry regarding the degree of purity of the calcium arising from active potassium, in comparison with ordinary calcium. Nevertheless, there are Americans who believe that, under extreme conditions, namely in the case of extremely pure potassium minerals which contain no natural calcium, it is possible to use mass spectrography to determine this calcium which has been formed from potassium and so draw a conclusion as to age. But in the case of potassium, and I would now like ..., this method is not so important because potassium has another convenient property: It does not only emit beta radiation thereby forming calcium, but it also emits calcium and the element with the lower atomic number is reformed from the potassium I would prefer to explain to you how this happens: Potassium thus emits, on the one hand, beta radiation and so forms calcium. And, on the other hand, argon is formed by so-called K capture, where a K electron from the K shell flies into the nucleus, which is what I first said in a rather less comprehensible way. And now argon is a gas and I can thus equally well determine argon in a mineral, as I can determine helium in a mineral, in a lead mineral which contains helium. And, in recent years, a series of investigations have now been carried out, most particularly by Gentner and his students in Freiburg, who have very accurately and conscientiously investigated and carried out this so-called argon method for dating potassium minerals. The difficulty with the potassium-argon method is that again only very little argon is formed and that one must be absolutely certain that only radioactively formed, meaning radiogenic, argon is present in the mineral sample. And this is of course also a difficulty which can only be determined by mass spectrography. This is because naturally occurring argon is a mixture of isotopes, while the argon arising from potassium is the pure argon isotope. In principle, the procedure is thus exactly the same as shown in the image from Mattauch that I showed you: A mass spectrogram must be obtained which will reveal the contamination of the resultant, radiogenic argon by ordinary atmospheric argon. And the second difficulty is that argon escapes by diffusing out of the potassium minerals in which argon is formed. However, Gentner and his colleagues have carried out a series of highly interesting dating investigations by performing very conscientious diffusion and other tests on the individual minerals and very specific quantitative investigation of their argon content. I would just like to first show you, in the next image, what the problem is with argon. As you can see, potassium 40 is radioactive. It decays, emitting beta radiation, to calcium 40 - thus in an entirely similar way to how rubidium decays to strontium. But a so-called K capture results in an electron passing from the outer shell into the nucleus. This results in gamma radiation and the gamma radiation emission rate can be determined. And then argon 40 is formed and determined. I thus again need the half-life, the decay rate of this argon formation, and that can be obtained by counting the gamma radiation. There are therefore exactly the same possibilities as in the case of rubidium or also in the case of lead from uranium. By additionally determining the rate of decay of potassium into argon 40 ..., and by determining the argon which has been formed from an analysed quantity of potassium, I can determine the half-life of potassium minerals. And this has in principle the major advantage over the strontium method that any amounts of potassium minerals are available, I believe that potassium minerals constitute up to 17 percent of the solids in the earth's crust: feldspars, muscovite and whatever ... and granites etc. So that the selection of potassium minerals is massively larger than the smaller selection of rubidium minerals. But the method is not entirely straightforward and requires great care which, as mentioned, was exercised by Gentner and his colleagues. Here are two images showing Gentner's results. This is dating of various potassium minerals from the Black Forest using the argon method. And you can see the number of cubic millimetres of radiogenic argon. In other words, this is the quantity of argon formed from potassium decay. So it's not a very large amount. The value here is one cubic millimetre per gram of argon 1/1/1, and that's from an old mineral. And here you can see the derived numbers: 74-89-81-80 million years. Gentner believes that this number reflects reality. There is doubtless some experimental error within these figures, but Gentner does believe that the 254 actually do correspond to a mineral which is younger than these other potassium salts, which all originate from the Upper Carboniferous. I have here, at the bottom, also added a very old mineral, from Varuträsk in Sweden, a microcline which is also a potassium-containing mineral. Using Gentner's method, there are 8 cubic millimetres per gram of potassium, leading to a calculated value of 1.45 billion years. And using the strontium method which I have just described, carried out by a third party, the date came to 1.6 x 10^9 years. This value should perhaps be reduced somewhat due to the previous overestimate of the half-life of rubidium. I'll show you another of Gentner's images (which might be difficult to see from a distance). It shows you how well the two potassium salt deposits correspond to one another, despite being differently located … one in Alsace and the other in the Black Forest. In this case, he found 6.9 cubic millimetres of radiogenic argon per 100 grams of potassium, so very little, corresponding to a very low level of argon evolution, perhaps because there hasn't been enough time, a value of only 18 million years being found, of 22 with diffusion correction, and it has also been established here that temperatures have clearly varied in the past. Thus these are Gentner's definitive values which thus match exactly in these two respects and also show that excellent results can be obtained if sufficient caution is exercised. If this potassium-argon method is compared with the strontium-rubidium method, it can be seen that a massive choice of minerals is available for the potassium-argon method. But due to the potential for contamination and diffusion, the method itself is not entirely straightforward. Up to now, I have spoken about methods which make use of a radiogenic substance for carrying out the determination. There are also however methods in which a decaying radioactive substance can be used for dating. And this is what I'd like to take a quick look at now. I will firstly talk about dating using what is known as radiocarbon. Radiocarbon is a carbon isotope with a mass of 14. This carbon 14 isotope is formed naturally by the action of cosmic radiation on atmospheric nitrogen. And this carbon isotope has a mass of 14. And the American physicist Libby was the prime mover behind the development of the method for determining radiocarbon in carbon-containing preparations in the earth into a precision method and has obtained wonderful results. The principle underlying the method is the following: Radiocarbon is formed, as I said, by cosmic radiation colliding with atmospheric nitrogen, with a mass of 14 and a nuclear charge of 7, resulting in the formation of carbon 14, with a nuclear charge of 6, by absorbing a neutron and emitting a proton. And this carbon 14 emits beta radiation and has a decay half-life of around 5,600 years. And this carbon is only present mixed into the carbonic acid in the atmosphere. So if I have a plant or object which has previously absorbed radiocarbon by plant nutrition and dies, such a preparation, a tree or plant or whatever or wood, contains the radiocarbon which is thus now removed from the air and will disappear with a half-life of 5,600 years. It has been established that approximately 2.4 particles, 2.4 neutrons from cosmic radiation form radiocarbon per second per square centimetre. Carbon is formed from the nitrogen by the cosmic radiation neutrons. And the specific activity of carbon at the earth's surface, meaning carbon present right at the surface, has been calculated to be approximately 17 radiocarbon decay events per gram of carbon. If one now knows and has some carbon-containing preparations which are relatively old, 1000 years or 2000 years old, then the object in question can be dated from the activity of the carbon, compared with the present-day activity of naturally occurring carbon. And this was a magnificent achievement, primarily achieved by Libby and his colleagues. And here I have a couple ... especially one image I'd just like to show you. Carrying out carbon determinations is, however, not entirely simple. The carbon, which thus only emits a few particles per second, a few particles per minute, must of course be very accurately measured and, above all, must be differentiated from the background radioactivity which is encountered all around us on solid ground and elsewhere. This is achieved with special counters which are connected in such a way that, on the one hand, the effect of cosmic radiation can be eliminated, by combined counters in which only one counter responds and in which the counter actually performing the determination only responds if no other counters are addressed. Then the radioactivity from thorium and uranium in the earth must also be screened out with armour plate, for instance iron barriers or the like. It is nevertheless possible to carry out this determination accurately, something which Libby has done very successfully. As I said, the mesons, which also come from outside pass through all the counting tubes, but, if one only wishes to check the counting tube to be investigated and bypasses other counting tubes, then the mesons which passed through the other protection devices will also be indicated by the other counting tubes and these are eliminated by an experimental arrangement, such that this determination can actually be made entirely accurately on the basis of the radiocarbon. For determining activity, Libby and colleagues generally introduced 8 g of carbon in the inner counting tube wall of a Geiger-Müller counter. And, as I said, then once cosmic radiation and natural background effects, which only amount to a few particles, have been subtracted, dating can thus be carried out. And I would like just to show you an image, an excerpt from a series of determinations by Libby and colleagues which show very interesting results. We had previously always carried out dating on geologically old minerals, ranging from 25 million to 1000 or 2000 million years old. Now there is, as I have said, a method, which ... [End of recording].

Meine Damen und Herren, ich bitte Sie, fürchten Sie nicht, dass, was de Hevesy gerade sagte, dass ich den Vortrag jetzt tausendmal länger halte als er, weil wir über Erdperioden sprechen wollen. Aber ich möchte Ihnen hier doch kurz zusammenhängend Einiges über solche Altersbestimmungen mitteilen, und zwar, weil ich selbst bei einer Reihe von Jahren eine neuere Methode vorgeschlagen habe, die ich Strontiummethode genannt habe. Um aber im Zusammenhang zu bleiben, möchte ich Ihnen kurz berichten. Und das Weitere, unabhängig von der Strontiummethode ist eigentlich nur ein Referat. Ich darf also nicht hier sagen, dass das eine eigene Arbeit ist, was unabhängig von der Strontiummethode hier vorgetragen wird. Die meisten von Ihnen wissen, dass die ersten zuverlässigen Altersbestimmungen von Mineralien und damit den geologischen Schichten, wo sie herkommen, durch radioaktive Vorgänge erklärt werden konnten, nämlich durch die Umwandlung des Urans oder auch des Thoriums, also der beiden Elemente, die im natürlichen System der Elemente in der Natur an höchster Stelle stehen, deren Umwandlung über verschiedene Zwischenprodukte in das normale, in das inaktive Blei. Man konnte aus der Menge des Bleis, die in einem Uranmineral oder Thoriummineral entstanden ist, die Dauer dieses Prozesses, des Bleibildungsprozesses, ablesen oder berechnen oder bestimmen, wenn man die Geschwindigkeit des Umwandlungsprozesses kannte und das konnte man beim Uran bestimmen. Eine Nebenreaktion oder ein Nebenprozess dieser Umwandlung war, wie Sie wissen werden, die Emission von Alphateilchen, von Heliumatomen. Helium ist ein Gas, das Helium setzt sich in dem Mineral ab, wird aufgestapelt und auch aus der Bestimmung des Heliumgehalts eines etwa Uranminerals konnte man eine Bestimmung des Alters des betreffenden Urans bestimmen. Diese Methoden, diese sogenannten Uran-Blei- oder auch Helium-Methoden, haben sich als sehr wichtig herausgestellt. Aber für geologisch alte Mineralien waren doch gewisse Vorsichten geboten. Denn Sie können sich denken: Ein altes Uranmineral, ein Mineral, was über eine Milliarde Jahre alt ist, hat bis zu 20 Prozent seines Urans umgewandelt in Blei. Das Mineral ist also erheblich verändert und es hat über 22, 30 Kubikzentimeter Helium in seinem Mineral, in seinem Kristallgerüst angehäuft. Und solche Kristalle sind natürlich nur in ganz besonderen Fällen so einwandfrei noch, dass man nicht fürchten könnte, dass ein Teil des Heliumgases ausdiffundiert ist, man also ein zu geringes Alter des Minerals bestimmt oder auch, dass von dem erheblichen Bleigehalt, das sich gebildet hat, vielleicht auch ein Teil ausgewaschen ist und dergleichen mehr. Deshalb sind solche Uran-Blei- oder auch Helium-Methoden für geologisch alte Mineralien mit Vorsicht zu genießen, obgleich sie natürlich doch weitaus besser waren als die früheren Methoden, die man kannte vor der Radioaktivität. Ich habe dann deshalb vor einer Reihe von Jahren einen Vorschlag gemacht, man könnte vielleicht besonders für geologisch alte Mineralien eine andere Methode der Altersbestimmung sich überlegen, nämlich die Tatsache benutzen, dass es ja auch noch andere radioaktive Elemente in der Natur gibt, zum Beispiel das Rubidium. Das Rubidium ist ein Alkalimetall und hat die Eigenschaft, dass ein Teil, ein Isotop des Rubidiums sich umwandelt unter Betastrahlen in das Strontium. Also Rubidium, das in der Natur vorkommende Element, ist, wie wir sagen, ein Mischelement. Es hat einen inaktiven Bestandteil und hat einen betastrahlenden Anteil. Und wenn man nun die Halbwertszeit dieses radioaktiven Bestandteils des in der Natur vorkommenden, in jedem rubidiumhaltigen Mineral vorkommenden Rubidiums kennt, kann man also genau – wie im Falle des Urans, Bleis – kann man sich sagen: Wenn ich die Menge, dieses aus dem Rubidiums entstandenen Strontiums analytisch feststellen kann, kann ich das Alter des betreffenden Rubidium-Minerals bestimmen. Das klingt nun genauso wie beim Uran-Blei, ist im Prinzip auch dasselbe. Es hat aber einen großen, prinzipiellen Vorteil: Wir sind in dem Falle des betastrahlenden Rubidiums in der glücklicheren Lage, dass das daraus entstandene Strontium oder dem Mineral nichts passiert. Bei dem Uran-Blei haben wir gerade gesehen, dass viele Prozent Blei darin enthalten sind, in einem Uranmineral, dass viele Kubikzentimeter Helium darin enthalten sind, die also das Gefüge des Minerals etwas unsicher machen. Beim Rubidium, das Betastrahlen emittiert und keine materiellen, wenn Sie so wollen, keine Heliumteilchen usw., ändert sich an dem Mineralgefüge gar nichts. Und man kann deshalb annehmen und erwarten, dass man da einwandfreie Ergebnisse bekommt. Vor allem allerdings nur für geologisch alte Minerale, denn die Umwandlungsgeschwindigkeit des Rubidiums ist recht klein. Von diesem Standpunkt ausgehend habe ich also mal angefangen, diese Methode vorzusehen. Und da muss man nun Folgendes bedenken: In jedem Mineral ist zu vermuten, dass außer dem radioaktiv entstandenen, dem sogenannten radiogenen Strontium, was aus dem radioaktiven Rubidium entsteht, dass da auch normales Strontium enthalten sein kann. Ich kann also nicht aus einer Analyse in einem rubidiumhaltigen Mineral aus einer Analyse auf Strontium nun sagen: Das ist alles aus dem Rubidium entstanden. Ich muss eine massenspektrografische Untersuchung vornehmen, um den Teil, den radiogenen Teil des Strontiums festzustellen. Das Prinzip der Methode hängt also davon ab, ob man bei solchen radioaktiven Strontiumbestimmungen – bei den Bestimmungen des Strontiums durch radioaktive Umwandlung –, ob man tatsächlich durch Massenspektrografie oder Massenspektrometrie den Gehalt an radiogenem – also durch die radioaktiven Umwandlungen entstandenen – Strontium bestimmen kann. Und da war nun das erst einmal zu untersuchen, ob man solche Minerale findet, rubidiumhaltige Minerale, in denen radiogen entstandenes Strontium nachweisbar ist. Das kann man so feststellen, man kennt das Massenspektrogramm des Strontiums, des in der Natur vorkommenden Strontiums. Das ist eine Isotopenmischung – Strontium 87, Strontium 88, also Massen, zu ganz bestimmten Prozentsätzen. Hätte ich ein Mineral, in dem gar kein natürliches Strontium enthalten ist, sondern nur Strontium, was aus dem Rubidium bei Masse 87 entstanden ist, dann hätte ich dann ein Bild beim Massenspektrogramm zu erwarten, in dem nur eine Linie, nämlich nur das Strontium der Masse 87 enthalten ist. Professor Mattauch hat auf meinen Vorschlag in unserem Institut vor einer größeren Reihe von Jahren, einige sogenannte Massenspektrogramme von Rubidium- und Strontiummineralien gemacht, um mal zu zeigen oder zu prüfen, ob man mit dieser Methode hoffen kann, Altersbestimmungen, genaue Altersbestimmungen vorzunehmen. Das ist nur – ich will das im Einzelnen nicht ausführen –, wie man eventuell so eine Bestimmung machen kann. Das ist diese normale Umwandlungsgleichung der Radioaktivität. Ich will das im Einzelnen nicht zeigen. Man bekommt eine Formel für das Alter eines Strontiumminerals. Das Alter ist 1/lamda, das ist die Zerfallskonstante, also die Geschwindigkeitskonstante, in der das Rubidium sich in das Strontium sich umwandelt – mal gebildete Strontiumatome zu dem Rubidium des Ausgangsmaterials. Sie sehen da oben: N – Anzahl der Rubidiumatome zur Zeit t, Anzahl der Rubidiumatome zur Zeit t – das muss, das soll man analytisch bestimmen. Und N‘ ist die Anzahl der entstandenen Strontiumatome. Was man also braucht zu der Analyse, ist, wenn man die Zerfallskonstante kennt, ist nur die Menge des gebildeten radioaktiven Strontiums und die Menge des Rubidiums in dem Mineral. Jetzt sehen Sie das, was Professor Mattauch damals bekommen hat. Ich hatte aus Amerika mir geben lassen oder bekommen, aus Nordwestkanada, einen, wie mir gesagt wurde, sehr alten Lepidolith. Lepidolithe und manche Feldspate sind rubidiumhaltige Minerale, und da geologisch alte Minerale verhältnismäßig viel von dem radioaktiv entstandenen Strontium enthalten sollten, hat Prof. Mattauch dieses Mineral untersucht. Und Sie sehen nun folgendes Massenspektrogramm, das waren die ersten Versuche, die er gezeigt hat. Sie sehen hier ein sogenanntes Massenspektrogramm von gewöhnlichem Strontium, also Strontiumbromid war verwendet worden. Das sehen Sie, das es eine Massenzahl Strontium 86 gibt, dann gibt es schwach eine Massenzahl 87 und als stärkstes in der Natur vorkommendes Strontiumisotop das Strontium 88. Und dann hat er untersucht, aus Schweden einen Colusit. Das ist auch ein rubidiumhaltiges Mineral, und da sehen Sie die Sache schon wesentlich anders: Das in der Natur vorkommende 86 und 88 ist sehr viel schwächer geworden; das radiogen entstandene Strontium 87 ist sehr stark. Das sehen hier noch einen, Mikroklin, das ist auch ein rubidiumhaltiges Mineral, und dann einen … [inaudible, 00:11:02]; das ist nicht Großer Bärensee, aber es ist Nordwestkanada. Das ist das Mineral, was ich aus Amerika seinerzeit mitgebracht hatte. Und da haben Sie den ungewöhnlich schönen Fall, dass Sie ein Mineral haben, in dem keine Spur gewöhnlichen Strontiums enthalten ist, wohl aber das reine, radiogen entstandene Strontium 87. Man sah also daraus im Prinzip, dass es möglich ist, durch massenspektrografische Anordnung– es ist nur eine Bestimmung nötig – tatsächlich festzustellen, erstens, ob in dem Mineral ein reines Strontium entstanden ist, und aus dem Verhältnis des Massenspektrums zu dem gewöhnlichen kann man dann das Alter ausrechnen, wenn man die Umwandlungsgeschwindigkeit kennt. Und Sie sehen dann hier eine Anzahl Bilder, die später von Prof. Mattauch aufgenommen worden sind. Sie sind nur umgekehrt zu denken: Wir haben hier gewöhnliches Strontium, so ist wieder das Verhältnis der Massen 86, 87, 88. Dann hat er aus verschiedenen anderen Mineralien Mikroklin, Amazonit, Pollucit, Mikroklin, Mikroklin usw.,usw. ... Sehen Sie, wie diese Linie, die radiogene Strontiumlinie immer stärker wird? Und da oben kommt wieder das Mineral heraus, was ich aus Nordwestkanada hatte, mit dem ganz reinen Strontium, was aus dem Mineral entstanden ist, das keine Spur von gewöhnlichem Strontium enthält. Und das sind nun wirklich Verhältnisse, Zahlen der Anreicherung ...0,08 ist der Gehalt des Rubidiums, des Strontiums 87 im gewöhnlichen Mineral, und da geht das hoch – und da oben haben Sie also ein praktisch ganz reines Mineral. Ich brauche auf das Einzelne nicht einzugehen. Sie sehen nur an diesen besonders schönen Bildern, dass man also tatsächlich quantitativ den Gehalt von radiogenem Strontium in einem Strontiumgemisch ganz genau quantitativ feststellen kann. Das hier sind nur Vergleiche von ...das ist Brom und Bromwasserstoff. Hier sieht man niemals bei all diesen hat man irgendeine relative Verschiebung der Linien. Hier handelt es sich nicht um irgendwelche radioaktiven Umwandlungen, sondern das sind eben Begleitlinien in dem Massenspektrogramm. Nun sah das alles sehr schön aus. Und Prof. Strassmann und Walling haben auch die eine oder andere Analyse gemacht. Was wir jetzt außer diesem Massenspektrogramm brauchen, ist nämlich nur noch der Gehalt des betreffenden Minerals, also die Analyse des in dem Mineral enthaltenen Strontiums und der Rubidiumgehalt. Und das ist leider analytisch, wenigstens als wir das gemacht haben während des Zweiten Weltkriegs, war das eine ziemlich komplizierte Arbeit, und wir sind durch die Zerbombung des Instituts in Dahlem nicht mehr dazu gekommen, die zu diesen schönen Massenspektrogrammen gehörigen Analysen, also analytischen Bestimmungen des Rubidium- und Strontiumgehalts, durchzuführen. Wäre auch schwer gewesen. Also wir können von uns aus keine direkten Altersangaben zu diesen Mineralen geben. Aber die Methode wurde von anderer Seite aufgenommen, vor allen Dingen von Ahrens in Amerika, später von Aldrich und Mitarbeitern in Amerika. Und das war im Prinzip genau das Gleiche wie hier, und Ahrens hat eine optische Methode zur Analyse des Rubidiums und des Strontiumgehalts ausgearbeitet und später Aldrich und Mitarbeiter haben eine – ich werde gleich mit einem Wort darauf zu sprechen kommen – eine sogenannte Isotopenverdünnungsmethode angewandt. Das einzig Unangenehme oder besonders Unangenehme bei dieser Sache ist nämlich, dass der kleine Gehalt an Rubidium in einem solchen Kalifeldspat und auch der sehr kleine Gehalt des Strontiums nach gewöhnlichen analytischen Methoden nicht sehr angenehm ist. Und da haben also Ahrens und Mitarbeiter haben dann eine spektralanalytische Bestimmungsmethode ausgearbeitet, die sie für zuverlässig halten. Und ich will Ihnen mal ein Bild von Ergebnissen von Ahrens zeigen über Altersbestimmungen an, ich glaube südafrikanischen, Feldspaten. Und da sehen Sie ...ich glaube, es ist Afrika, das ist ein Rhodesier, ja. Also, das ist nur ein Auszug aus einer größeren Arbeit von Herrn Ahrens und Mitarbeitern, und Sie sehen die guten Übereinstimmungen: 2-0, 2-1-9 usw. Im Durchschnitt kommen heraus für das Alter dieses sehr alten, in Südafrika vorkommenden, rubidiumhaltigen Feldspates ein Alter von über zwei Milliarden Jahren. Das ist sehr hoch. Und ich werde gleich noch mit einem Wort darauf zu sprechen kommen, dass die Zahlen aus einem äußeren Grund vielleicht zu hoch angesetzt sind. Die Voraussetzung bei dieser Methode ist natürlich, dass wir die Umwandlungsgeschwindigkeit des Rubidiums in Strontium wissen. Über die möchte ich noch ein paar Worte sagen. Ich habe vor mehr als 40 Jahren die erste Bestimmung der Halbwertszeit des Rubidiums vorgenommen, im Jahre 1913/14 war das. Und wir haben damals, ein Mitarbeiter von mir und ich, für die Halbwertzeit nach sehr primitiven Methoden, die wir damals hatten vor mehr als 40 Jahren, eine Halbwertzeit für das Rubidium berechnet von 5,5 x 10^10 Jahren. Das heißt also, eine ungeheuer langsame Umwandlungsgeschwindigkeit, das Uran wandelt sich viel schneller um. Und deshalb bilden sich nur sehr kleine Mengen Strontium aus dem Rubidium. es kamen im Laufe der Jahre später andere Halbwertzeitbestimmungen hinzu, und die neuesten schienen bis vor kurzer Zeit zu sein, zu liegen zwischen 6,0 und 5,8 x 10^10 Jahren. Dass unser Wert von vor 40 Jahren mit dem so gut übereinstimmte, musste ich als Zufall ansehen, denn unsere Methode war tatsächlich ziemlich primitiv. Damals gab es noch keine Zählapparaturen, und das gab es alles nicht. Nun ist aber in jüngster Zeit, und zwar im vergangenen Jahr, eine Arbeit erschienen von Huster und Mitarbeiter – von einem Geese-Bähnisch und Herrn Huster, die doch so aussieht, deren Ergebnisse so aussehen, als ob die Halbwertzeitbestimmung des Rubidiums etwas zu hoch angesetzt sei, dass man statt der 5,8 x 10^10 Jahre vielleicht nur 4,3 x 10^10 Jahre Halbwertzeit annehmen sollte. Und wenn Sie diese 2100 Milliarden Jahre ..., die 2,1 Milliarden Jahre jetzt im Sinnedieser neueren Untersuchung reduzieren, dann kommen etwa 1600 oder 1700 Millionen Jahre heraus, und das ist nach einer persönlichen Unterhaltung, die ich noch vor wenigen Tagen mit einem schwedischen Forscher, Persy Quensel, hatte, wahrscheinlicher als dieser hoher Wert. Aber das ist ganz unabhängig von der Methode. Wenn wir eine ganze Reihe von Alterswerten haben und die Methode ist prinzipiell einwandfrei, dann braucht man das später nur eben mit diesem Faktor der Halbwertzeitänderung zu multiplizieren. Die Methode als solche wird dadurch nicht falsch, sondern nur die Bestimmung der Halbwertzeit war halt noch nicht genau genug vorgenommen. Das ist ungefähr, was ich Ihnen über diese Strontiummethode sagen wollte. Es ist, wie gesagt, in letzter Zeit vor allen Dingen in Amerika von Aldrich und Mitarbeitern ist dieser Methode ein neuer Impetus dadurch gegeben worden, dass man die analytischen Bestimmungen – hier handelt es sich gerade dabei kleine Mengen Rubidium und Strontium – in anderer Weise vornimmt, als unsere analytisch-chemischen des Herrn Strassmann oder die optischen des Herrn Ahrens. Und zwar beruht diese auf einer Arbeit, die schon vor einer Reihe von Jahren in der Isotopieforschung, in der Integratorenforschung von Rittenberg vorgenommen worden ist. Das ist die sogenannte Isotopenverdünnungsmethode. Also diese sogenannte Isotopenverdünnungsmethode beruht etwa auf Folgendem: Enthält ein chemisches Element, sagen wir mal Rubidium oder Strontium, zwei Isotope, deren normaler prozentiger Gehalt genau bekannt ist – das weiß man, man kennt die Isotopenzusammensetzung unserer gewöhnlichen chemischen Elemente ganz genau –, wenn der Gehalt bekannt ist, und man gibt dem Element eine dosierte Menge eines anderen Isotops oder eines der beiden, aber dosierte Menge Isotops hinzu, dann zeigt eine neue massenspektroskopische Bestimmung die Verdünnung an, die das zugegebene Isotop durch das zu analysierende bekommen hat. Also nehmen Sie an, Sie haben eine unbekannte Menge einer Mischung von Rubidium 87 und Rubidium 88 oder Strontium 87 und Strontium 88 in einer Lösung, geben dazu eine gewisse Menge Rubidium 87 im Falle der Rubidiumbestimmung oder Strontium 88 im Falle der Strontiumbestimmung dazu, dann können Sie aus dem Massenspektrogramm – Sie sahen es ja an den Linien – ganz genau die prozentige Zusammensetzung der neuen Mischung erkennen, daraus die Verdünnung bestimmen, die das zugegebene dosierte Isotop durch die unbekannte, zu untersuchende, in dem Mineral enthaltene Menge des Isotopengemischs erfahren hat. Das ist also die sogenannte Isotopenverdünnungsmethode, auf deren Einzelheiten ich nur aus Mangel an Zeit jetzt nicht eingehen kann. Aber mit dieser Methode haben nun die Amerikaner ...Jetzt sind sie in der Lage, weil sie solche Isotope in ihren großen Urananlagen leicht sich herstellen können, haben sie die Methode, jetzt sehr viel einfacher in der Hand, und deshalb kann man hoffen, dass auch mit dieser Rubidium-Strontium-Methode noch das eine oder andere Ergebnis erzielt wird. Wenn man das mit der Blei-Helium-Bestimmung vergleicht, sehen wir, dass die Anzahl der analytischen Bestimmungen dieselbe ist, wie in dem anderen Fall. Es wird einwandfrei – man muss auch bei den Uran-Blei-Bestimmungen auch bestimmen, ob man im Uran Blei hat und nicht eine Mischung von gewöhnlichem Blei – es sind also keinerlei mehr Methoden notwendig zu der neuen Methode, sie ist aber, was alte Mineralien anbelangt, doch wohl etwas einwandfreier als das andere. Ich will aber jetzt weitergehen und will auf einige Arbeiten zu sprechen kommen, die ich eigentlich nurmehr referieren kann. Und da spreche ich vor allen Dingen zunächst vom Kalium und dem daraus entstehenden Kalzium. Genauso, wie das Rubidium sich in Strontium umwandelt unter Emission von Betastrahlen, so wandelt sich das Kalium um in das Kalzium, auch unter Emission von Betastrahlen. Also das Kalium enthält auch ein radioaktives Isotop. Es wandelt sich in Kalzium-40 um und das Kalium hat die Masse auch 40. Aber im Gegensatz, in diesem Mischelement Kalium sind aber leider nur 0,012 Prozent des aktiven Isotops enthalten, im Gegensatz zum Rubidium, wo 27 Prozent aktives Rubidium enthalten ist. Immerhin bildet sich in langen geologischen Zeiten Kalzium aus diesem radioaktiven Kalium. Aber dieses Kalzium, was sich bildet, ist nun leider in dem normalen Naturkalzium zum weitaus größten Teil enthalten, sodass es sehr schwer ist, genaue quantitative massenspektroskopische oder massenspektrometrische Analysen zu machen über den Reinheitsgrad des aus dem aktiven Kalium entstandenen Kalziums, verglichen mit dem gewöhnlichen Kalzium, durchzuführen. Immerhin gibt es Amerikaner, die glauben, dass man unter extremen Bedingungen, das heißt, unter extrem reinen Kali-Mineralen, die keinerlei natürliches Kalzium enthalten, auch durch massenspektrografische Bestimmungen dies aus dem Kalium entstandenen Kalziums ein Schluss auf das Alter ziehen kann. Aber es ist beim Kalium, und das möchte ich jetzt ..., ist nicht so wichtig, diese Methode, denn das Kalium hat noch eine andere, angenehme Eigenschaft: Es emittiert nicht nur Betastrahlen und bildet dabei Kalzium, sondern es emittiert auch Kalzium, und das bildet sich zurück, aus dem Kalium (ich habe nur die Formel hier) durch einen K-Einfang das Element mit der niederen Ordnungszahl. Ich will Ihnen mal Ihr doch lieber aufzeichnen, wie dieser Fall ist: Das Kalium emittiert also einerseits Betastrahlen und bildet daraus das Kalzium. Und es bildet andererseits unter sogenanntem K-Einfang, wo ein K-Elektron aus der K-Schale in den Kern hier reinfliegt, bildet es Argon, was ich gerade etwas missverständlich erst gesagt hatte. Und Argon ist nun ein Gas, und Argon kann ich also genauso bestimmen in einem Mineral, wie ich Helium bestimmen kann in einem Mineral, in einem Bleimineral, was Helium enthält. Und da gibt es nun im Laufe der letzten Jahre eine Reihe von Untersuchungen, vor allen Dingen von Gentner in Freiburg und seinen Schülern, die diese sogenannte Argon-Methode zur Altersbestimmung von Kali-Mineralen sehr genau und gewissenhaft untersucht und durchgeführt haben. Die Schwierigkeit bei der Kalium-Argon-Methode ist die, dass sich auch nur sehr wenig Argon bildet, und dass man absolut sicher sein muss, in der Mineralprobe tatsächlich nur radioaktiv gebildetes, also radiogenes Argon vor sich zu haben. Und das ist natürlich eine Schwierigkeit, die auch nur wieder massenspektrografisch bestimmt werden kann. Denn das in der Natur vorkommende Argon ist ein Isotopengemisch und das Argon, was aus dem Kalium entsteht, ist das reine Argon-Isotop. Im Prinzip ist also genau das Gleiche zu machen, wie hier auf dem Bild, was ich Ihnen von Mattauch gezeigt habe: Man muss ein Massenspektrogramm sehen, und aus dem Spektrogramm sieht man die Verunreinigung des entstandenen, radiogenen Argons durch gewöhnliches Luft-Argon. Und die zweite Schwierigkeit ist die, dass aus den Kali-Mineralien, in denen also Argon entsteht, durch Diffusion Argon entweicht. Aber Gentner und seine Mitarbeiter haben durch sehr gewissenhafte Diffusionsversuche und dergleichen an den einzelnen Mineralien und durch sehr bestimmte quantitative Untersuchung ihres Argons doch eine Reihe von sehr interessanten Altersbestimmungen durchgeführt. Ich möchte Ihnen erst einmal bei dem nächsten Bild zeigen, was bei dem Argon los ist. Sie sehen hier, das Kalium-40 ist radioaktiv. Es wandelt sich unter Emission von Betastrahlen um in Kalzium-40 – also das genaue Analogon zum Rubidium, was sich in Strontium umwandelt. Aber durch einen sogenannten K-Einfang geht ein Elektron aus der äußeren Hülle in den Kern. Dabei wird ein Gammastrahl emittiert, man kann die Geschwindigkeit der Gammastrahlenemission bestimmen. Und daraus entsteht dann Argon-40, was bestimmt wird. Ich brauche also wiederum die Halbwertzeit, die Umwandlungsgeschwindigkeit dieser Argon-Bildung, und das kann man durch Zählen der Gammastrahlen durchführen. Durch die Geschwindigkeitsbestimmung der Umwandlung von Kalium in Argon-40 neben dieser daneben herlaufenden ..., und durch Bestimmung des Argons, was ja aus einer analysierten Menge Kalium entstanden ist, kann ich die Halbwertzeit von Kaliummineralien bestimmen. Und das hat prinzipiell den großen Vorteil gegenüber der Strontium-Methode, dass es Kali-Minerale in beliebiger Menge gibt, ich glaube, bis 17 Prozent der festen Erdkruste bestehen aus Kali-Mineralen: Feldspaten, Muskovit und wie sie alle ...und Graniten usw. Sodass also die Auswahl an Kali-Mineralen ungeheuer viel größer ist als die Auswahl an Rubidium-Mineralen, die kleiner ist. Aber die Methode ist nicht ganz leicht und es bedarf großer Vorsicht, die, wie gesagt, von Gentner und seinen Mitarbeitern aber durchgeführt worden ist. Ich zeige Ihnen zwei Bilder, Ergebnisse von Gentner. Das ist eine Altersbestimmung von verschiedenen Kali-Mineralen nach der Argon-Methode, Schwarzwälder Herkunft. Und da sehen Sie Kubikmillimeter radiogenes Argon. Das heißt also, aus der Umwandlung des Kalis entstandenen Argons pro Gramm Kalium. Das ist also nicht sehr viel. Sie haben hier einen Kubikmillimeter pro Gramm Argon 1-1-1, und das ist schon ein altes Mineral. Und Sie sehen hier diese Zahlen, die herauskommen: Diese Zahl hier, glaubt Herr Gentner, ist reell. Nicht also die Versuchsfehler sind wohl zwar innerhalb dieser Zahlen wohl gelegen, aber das glaubt Gentner doch, dass die 254 tatsächlich einem Mineral entsprechen, das jünger ist als diese anderen Kalisalze, die alle aus dem Oberkarbon stammen. Ich habe hier unten noch dazugefügt ein ganz altes Mineral, aus Varuträsk in Schweden, ein Mikroklin, das ist auch ein kaliumhaltiges Mineral. Das ist nach der Gentnerschen Methode, das sind die 8 Kubikmillimeter pro Gramm Kalium, rechnet er aus: Und nach der gerade eben von mir beschriebenen Strontiummethode, die ist von anderer Seite bestimmt worden, kamen 1,6 x 10^9 Jahre heraus. Sie sind vielleicht etwas herunterzusetzen, wegen der früher zu groß angesetzten Halbwertzeit des Rubidiums. Ich zeige Ihnen noch ein Bild von Gentner,(das wird man in der Entfernung vielleicht nicht sehen). Es zeigt Ihnen nur, wie schön übereinstimmend die zwei Kalisalzvorkommen sind, die gar nicht an derselben Stelle ...die eine ist im Elsass und die andere ist im Schwarzwald gelegen. Da findet er in diesem Fall Kubikmillimeter radiogen entstandenes Argon 6,9 pro 100 Gramm Kali, also sehr wenig, das ist eine sehr geringe Argon-Entwicklung, hat vielleicht auch nicht die Zeit gehabt, denn er findet hier nur 18 Millionen Jahre, durch Diffusionskorrekturen von 22 heraus, und hier wurde noch mit festgestellt, dass früher die Temperaturen offenbar geschwankt haben. Also das sind die endgültigen Werte des Herrn Gentner, die also in den zwei Dingen ganz genau übereinstimmen und auch zeigen, dass man bei genügender Vorsicht zu schönen Ergebnissen kommt. Wenn man diese Kalium-Argon-Methode mit der Strontium-Rubidium-Methode vergleicht, sieht man, dass man beim Kalium-Argon eine ungeheure Auswahl hat an Mineralen. Aber die Methode selbst ist durch die kleinen Mengen und durch die Verunreinigungsmöglichkeiten und die Diffusion nicht ganz leicht. Ich habe Ihnen bisher jetzt von Methoden gesprochen, die eine radioaktiv entstandene Substanz zur Bestimmung heranziehen. Es gibt nun aber auch Methoden, bei denen man eine zerfallende radioaktive Substanz für Altersbestimmungen anwenden kann. Und da möchte ich doch noch schnell Einiges sagen. Ich meine jetzt zunächst die Methode zu Bestimmung des Alters aus dem sogenannten aktiven Kohlenstoff. Der aktive Kohlenstoff, das ist ein Kohlenstoffisotop der Masse 14. Dieses Kohlenstoffisotop der Masse 14 entsteht in der Natur durch die Einwirkung der Höhenstrahlen auf den Stickstoff der Luft. Und dieses Kohlenstoffisotop hat die Masse 14. Und der amerikanische Physiker Libby vor allen Dingen hat die Methode der Bestimmung des aktiven Kohlenstoffs in kohlenstoffhaltigen Präparaten der Erde usw. zu einer Präzisionsmethode ausgearbeitet und ist zu sehr schönen Ergebnissen gekommen. Die Methode beruht auf Folgendem: Der aktive Kohlenstoff entsteht durch Auftreffen, wie gesagt, der kosmischen Strahlung auf den Stickstoff, aus dem Stickstoff der Luft – Masse 14, Kernladung 7, entsteht durch Aufnahme eines Neutrons und Emission eines Protons der Kohlenstoff-14 mit der Kernladung 6. Und dieser Kohlenstoff-14 emittiert Betastrahlen und wandelt sich in etwa 5.600 Jahren zur Hälfte um. Und dieser Kohlenstoff ist nur in der Atmosphäre in der Kohlensäure gemischt vorhanden. Und wenn ich jetzt eine Pflanze habe oder einen Gegenstand, der stirbt, der vorher durch Pflanzenernährung den aktiven Kohlenstoff aufgenommen hat, so ist ein solches Präparat, ein Baum oder eine Pflanze oder was es sonst sein mag, oder Holz – die enthalten den aktiven Kohlenstoff, der von jetzt ab also der Luft entzogen ist und nunmehr in einer Halbwertzeit von 5.600 Jahren verschwindet. Festgestellt worden ist, dass etwa 2,4 Teilchen, 2,4 Neutronen aus der Höhenstrahlung den aktiven Kohlenstoff pro Sekunde und Quadratzentimeter bilden. Aus den Neutronen der Höhenstrahlen entsteht aus dem Stickstoff der Kohlenstoff. Und die spezifische Aktivität des Kohlenstoffs auf der Erdoberfläche, also eines gerade in der Oberfläche enthaltenen Kohlenstoff wurde zu etwa 17 Zerfällen aktiven Kohlenstoff pro Gramm Kohlenstoff berechnet. Wenn man das nun weiß und hat irgendwelche kohlenstoffhaltigen Präparate, die älter sind, die 1000 Jahre, 2000 Jahre alt sind, dann kann ich aus der Aktivität des Kohlenstoffs, verglichen mit der jetzigen Aktivität des hier in der Natur vorkommenden Kohlenstoffs, das Alter des betreffenden Gegenstandes bestimmen. Und dass hat vor allen Dingen Libby mit seinen Mitarbeitern in ausgezeichneter Weise gemacht. Und ich habe hier ein paar ..., vor allen Dingen ein Bild, was ich Ihnen gleich zeigen möchte. Die Bestimmungen des Kohlenstoffs sind allerdings nicht ganz einfach. Der Kohlenstoff, der also nur ein paar Teilchen pro Sekunde, paar Teilchen pro Minute emittiert, muss natürlich sehr genau gemessen werden und muss vor allen Dingen unterschieden werden von der gewöhnlichen Radioaktivität, die wir überall im festen Erdboden und sonst wo vorfinden. Das wird mit bestimmten Zählapparaturen gemacht, die so geschaltet sind, dass man einerseits die Wirkung der Höhenstrahlen abschalten kann durch kombinierte Zähler, wo nur der eine Zähler reagiert und wo nur der eigentliche Bestimmungszähler dann reagiert, wenn keine anderen Zähler angesprochen werden. Dann muss man die Radioaktivität des Thoriums und Urans in der Erde abschirmen durch Eisenpanzer, also durch Eisenschutzwälle oder dergleichen mehr. Immerhin, man kann diese Bestimmung genau durchführen, und Libby hat das mit großem Erfolg gemacht. Wie gesagt, die Mesonen, die auch von außen herkommen, durchqueren die ganzen Zählrohre, aber sie werden, wenn man also das zu untersuchende Zählrohr nur prüfen will und setzt andere Zählrohre durch, dann werden die Mesonen, die durch die anderen Abschutzvorrichtungen hindurchgingen, werden von den anderen Zählrohren auch angezeigt, und die werden durch eine experimentelle Anordnung ausgeschieden, sodass man also tatsächlich diese Bestimmung auf den aktiven Kohlenstoff hin durchaus genau feststellen kann. Zu Aktivitätsbestimmungen hat Libby und Mitarbeiter im Allgemeinen 8 g Kohlenstoff in die innere Zählrohrwand eines Geiger-Müller-Zählrohrs reingebracht. Und dann kann man nach Abzug, wie gesagt, der Höhenstrahlung und des natürlichen Effekts, der wenig Teilchen beträgt, kann man also solche Altersbestimmungen durchführen. Und ich will Ihnen hier mal ein Bild zeigen, ein Auszug aus einer Reihe von Bestimmungen des Herrn Libby und Mitarbeiter, die doch sehr interessante Ergebnisse sagen. Wir hatten bisher in unseren Altersbestimmungen immer geologisch alte Minerale, die von 25 Millionen Jahre bis 1000 oder 2000 Millionen Jahre gehen. Jetzt gibt es, wie gesagt eine Methode, die die näheren ...

Otto Hahn (1955)

Recent Methods for Measuring Geologic and Biologic Age (German presentation)

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