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Strontiumisotopenanalyse Die dient unter anderem zur Analyse von prä historischem Migrationsverhalten von Menschen und T

Strontiumisotopenanalyse

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, dem Neolithikum oder der Eisenzeit in Mitteleuropa.

Der Weg des Strontiums

Neuere Anwendung nutzen den Effekt der geographisch-variierenden Sr-Isotopenzusammensetzung auch zur Lebensmittelherkunfts- bzw. -echtheitsbestimmung. Da beispielsweise bestimmte Regionen durch eine charakteristische Sr-Isotopensignatur geprägt sind, wird diese Signatur unter anderem auch in verschiedenen landwirtschaftlichen Produkten reflektiert. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass es durch den Eintrag von Dünger und Niederschlag zu einer vom geologischen Untergrund abweichenden Sr-Isotopensignatur kommen kann. Man spricht hierbei auch von der „mobilen Sr-Fraktion“. Weitere Anwendungen der Sr-Isotopenanalyse finden sich beispielsweise auch in der Forensischen Medizin.

Der radioaktive Rubidium-Strontium-Zerfall eignet sich für die Datierung von Gestein aus dem Präkambrium.

Physikalische Grundlagen Bearbeiten

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 4,81 · 1010 a. 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 %.

Einlagerung in Knochen und Zähnen Bearbeiten

Strontium ist wie Calcium ein Erdalkalimetall. Es wird daher im Körper ebenso wie Calcium zum Aufbau von Knochen und Zähnen gebraucht. Da die Entwicklung der Zähne im Jugendalter abgeschlossen wird, kann man hieraus auf die Region schließen, in der eine Person aufgewachsen ist, während die Knochen mitteilen wo sie sich in den letzten Lebensjahren befand. Dadurch wird zum Beispiel eine Analyse von Migrationsbewegungen sesshafter Bevölkerungen ermöglicht, wenn dazu die Strontiumisotope von Fossilienfunden herangezogen werden.

Nutzen und Nachteile Bearbeiten

Voraussetzung für die Anwendung ist u. a. die Kartierung von Gesteinen. Zwangsläufig liefert eine Kartierung der Strontiumisotopenverhältnisse Mehrdeutigkeiten. Daher reicht die Strontiumisotopenanalyse alleine nicht aus. Für die Analyse von Migration müssen daher weitere Indizien hinzugezogen werden, wie zum Beispiel kulturfremde Artefakte in Gräbern.

Ein weiterer Störfaktor ist der Handel mit Nahrungsmitteln über weite Strecken. Dies macht die Interpretation für Kulturen wie das antike Rom schwieriger, kann aber auch Wissen über Nahrungsmittel-Distribution liefern.

Rubidium-Strontium-Datierung Bearbeiten

Die Halbwertszeit von 87Rb ist ca. 10-mal 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 Präkambrium 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 %.

86Sr - 87Sr Verhältnis in Sedimenten und Strontium-Isotopen-Stratigraphie Bearbeiten

Durch den Zerfall von 87Rb zu 87Sr steigt der Anteil dieses Isotops im Meerwasser im Verhältnis zu 86Sr mit der Zeit stetig an (Durch die hohe Verweilzeit des Elements im Verhältnis zur Durchmischung ist der Gehalt des Seewassers zu jedem Zeitpunkt global fast homogen). Dadurch kann das Verhältnis dieser Isotope zur Datierung mariner Sedimente verwendet werden. Verwendet werden vor allem biogene Minerale wie Calcit und Apatit sowie Kalk- und Dolomit-Gesteine, in die Strontium als geringe Beimengung im Austausch für Calcium regelmäßig eingelagert wird. Bei der Datierung ist zu beachten, dass das Verhältnis der Isotope nur über relativ kurze Zeitperioden linear ist. Über geologische Epochen betrachtet, schwanken die Werte stark zyklisch mit einer Periode von etwas mehr als 60 Millionen Jahren; deshalb muss bei Verwendung zur Datierung eine Eichkurve zugrunde gelegt werden.

Neben der absoluten Datierung kann das Verhältnis der Strontium-Isotope für weitere interessante Anwendungen herangezogen werden. Durch fraktionelle Kristallisierung ist die Kontinentale Erdkruste gegenüber dem Erdmantel an Strontium und Rubidium angereichert. Dadurch ist in Verwitterungsprodukten der Kontinente, und im kontinentalen Abfluss der Anteil von 87Sr höher als in den (aus dem Mantel gespeisten) mittelozeanischen Rücken. Das Verhältnis von 87Sr zu 86Sr kann daher als indirekter Indikator (Proxy) für den Eintrag kontinentaler Verwitterungsprodukte in die Weltmeere verwendet werden, oder zur Unterscheidung mariner und fluviatiler Sedimente dienen. Die Verwitterungsrate und damit das Isotopenverhältnis wird zum Beispiel durch Eiszeitalter verändert; dies kann zur indirekten Datierung von globalen Eiszeiten, etwa im Präkambrium, dienen. Zahlreiche weitere Anwendungen werden erprobt. So können plötzliche Knicke in der Kurve der Isotopenverhältnisse in Paketen mariner Sedimente zur Analyse der Ablagerungsgeschwindigkeit dienen. Unterschiedliche Verhältnisse innerhalb eines Gesteins, zum Beispiel der Kristalle und Matrix eines Sedimentgesteins, klären auf ob beide gleiches Alter besitzen.

Einzelnachweise Bearbeiten

  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. Decay Radiation Results. In: Chart of Nuclides database. National Nuclear Data Center, abgerufen am 24. Januar 2012.
  6. Isotopic distribution for UK.
  7. J.M. McArthur, R.J. Howarth; G.A. Shields: Strontium Isotope Stratigraphy. Chapter 7 in Felix Gradstein, James Ogg, Mark Schmitz, Gabi Ogg (Editors): The Geologic Time Scale 2012. Elsevier. ISBN 9780444594259. doi:10.1016/B978-0-444-59425-9.00007-X
  8. ↑ Jan Veizer (1989): Strontium Isotopes in Seawater Through Time. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, Vol. 17: 141-167.
  9. Adrian L. Melott, Richard K. Bambach, Kenni D. Petersen, John M. McArthur (2012): A ~60 Myr periodicity is common to marine-87Sr/86Sr, fossil biodiversity, and large-scale sedimentation: what does the periodicity reflect? Journal of Geology 120: 217-226.
  10. G.A. Shields-Zhou, A.C. Hill, B.A. Macgabhann: The Cryogenian Period. Chapter 17 in Felix Gradstein, James Ogg, Mark Schmitz, Gabi Ogg (Editors): The Geologic Time Scale 2012. Elsevier. ISBN 9780444594259. doi:10.1016/B978-0-444-59425-9.00017-2

Weblinks Bearbeiten

Commons: Rb-Sr dating – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Literatur Bearbeiten

  • O. Hahn, F. Strassmann und E. Walling: Herstellung wägbarer Mengen des Strontiumisotops 87 als Umwandlungsprodukt des Rubidiums aus einem kanadischen Glimmer. In: Naturwissenschaften, 25, 189, 1937.
  • O. Hahn und E. Walling: Über die Möglichkeit geologischer Altersbestimmungen rubidiumhaltiger Mineralien und Gesteine. In: Zs. f. Anorg. Chemie, 236, 78–82, 1938.
  • O. Hahn: Geologische Altersbestimmungen nach der Strontiummethode. In: Chemiker-Zeitung, 67, 55, 1943.
  • 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
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Veröffentlichungsdatum:
Die Strontiumisotopenanalyse dient unter anderem zur Analyse von pra historischem Migrationsverhalten von Menschen und Tieren Strontium wird abhangig vom geographischen Ort in unterschiedlichen Isotopenverhaltnissen mit der Nahrung aufgenommen und in Knochen und Zahnen eingelagert Die Archaologie bedient sich seit einigen Jahren zunehmend dieser neuen Methode Die ersten Projekte gingen von den USA und Grossbritannien aus und betrafen zunachst Nord und Mittelamerika Aktuelle Anwendungen beschaftigen sich zum Beispiel mit dem Migrationsverhalten im Jungpalaolithikum 1 dem Neolithikum 2 3 oder der Eisenzeit 4 in Mitteleuropa Der Weg des StrontiumsNeuere Anwendung nutzen den Effekt der geographisch variierenden Sr Isotopenzusammensetzung auch zur Lebensmittelherkunfts bzw echtheitsbestimmung Da beispielsweise bestimmte Regionen durch eine charakteristische Sr Isotopensignatur gepragt sind wird diese Signatur unter anderem auch in verschiedenen landwirtschaftlichen Produkten reflektiert Hierbei ist jedoch zu beachten dass es durch den Eintrag von Dunger und Niederschlag zu einer vom geologischen Untergrund abweichenden Sr Isotopensignatur kommen kann Man spricht hierbei auch von der mobilen Sr Fraktion Weitere Anwendungen der Sr Isotopenanalyse finden sich beispielsweise auch in der Forensischen Medizin Der radioaktive Rubidium Strontium Zerfall eignet sich fur die Datierung von Gestein aus dem Prakambrium Inhaltsverzeichnis 1 Physikalische Grundlagen 2 Einlagerung in Knochen und Zahnen 3 Nutzen und Nachteile 4 Rubidium Strontium Datierung 5 86Sr 87Sr Verhaltnis in Sedimenten und Strontium Isotopen Stratigraphie 6 Einzelnachweise 7 Weblinks 8 LiteraturPhysikalische Grundlagen BearbeitenStrontium hat vier stabile naturlich vorkommende Isotope 84Sr 0 56 86Sr 9 86 87Sr 7 0 und 88Sr 82 58 87Sr entsteht beim b Zerfall des Rubidium Isotops 87Rb mit einer Halbwertszeit von 4 81 1010 a 5 Damit gibt das Isotopenverhaltnis von 87Sr zu 86Sr Hinweise auf Alter des Gesteins Je nach Region variiert das mittlere 87Sr 86Sr Verhaltnis von 0 71 um bis zu 2 6 Einlagerung in Knochen und Zahnen BearbeitenStrontium ist wie Calcium ein Erdalkalimetall Es wird daher im Korper ebenso wie Calcium zum Aufbau von Knochen und Zahnen gebraucht Da die Entwicklung der Zahne im Jugendalter abgeschlossen wird kann man hieraus auf die Region schliessen in der eine Person aufgewachsen ist wahrend die Knochen mitteilen wo sie sich in den letzten Lebensjahren befand Dadurch wird zum Beispiel eine Analyse von Migrationsbewegungen sesshafter Bevolkerungen ermoglicht wenn dazu die Strontiumisotope von Fossilienfunden herangezogen werden Nutzen und Nachteile BearbeitenVoraussetzung fur die Anwendung ist u a die Kartierung von Gesteinen Zwangslaufig liefert eine Kartierung der Strontiumisotopenverhaltnisse Mehrdeutigkeiten Daher reicht die Strontiumisotopenanalyse alleine nicht aus Fur die Analyse von Migration mussen daher weitere Indizien hinzugezogen werden wie zum Beispiel kulturfremde Artefakte in Grabern Ein weiterer Storfaktor ist der Handel mit Nahrungsmitteln uber weite Strecken Dies macht die Interpretation fur Kulturen wie das antike Rom schwieriger kann aber auch Wissen uber Nahrungsmittel Distribution liefern Rubidium Strontium Datierung BearbeitenDie Halbwertszeit von 87Rb ist ca 10 mal hoher als das geschatzte Alter der Erde Rubidium Strontium Datierung basiert auf dem Zerfall von Rubidium in Strontium Mit ihr lassen sich Gesteine aus dem Prakambrium vor 4 5 Mrd Jahren bis zur Kreidezeit vor ca 50 Mio Jahren zeitlich einordnen Fur jungere Gesteine sind andere geochronologische Verfahren vorzuziehen Dank des Vorhandenseins des stabilen Referenzisotops 86Sr stutzt sich die Radiometrische Datierung auf die Isochronenmethode Dadurch ist sie weniger anfallig gegenuber dem Schatzen der Ausgangskonzentration und erreicht eine Genauigkeit von bis zu 5 86Sr 87Sr Verhaltnis in Sedimenten und Strontium Isotopen Stratigraphie BearbeitenDurch den Zerfall von 87Rb zu 87Sr steigt der Anteil dieses Isotops im Meerwasser im Verhaltnis zu 86Sr mit der Zeit stetig an Durch die hohe Verweilzeit des Elements im Verhaltnis zur Durchmischung ist der Gehalt des Seewassers zu jedem Zeitpunkt global fast homogen Dadurch kann das Verhaltnis dieser Isotope zur Datierung mariner Sedimente verwendet werden 7 8 Verwendet werden vor allem biogene Minerale wie Calcit und Apatit sowie Kalk und Dolomit Gesteine in die Strontium als geringe Beimengung im Austausch fur Calcium regelmassig eingelagert wird Bei der Datierung ist zu beachten dass das Verhaltnis der Isotope nur uber relativ kurze Zeitperioden linear ist Uber geologische Epochen betrachtet schwanken die Werte stark zyklisch mit einer Periode von etwas mehr als 60 Millionen Jahren 9 deshalb muss bei Verwendung zur Datierung eine Eichkurve zugrunde gelegt werden Neben der absoluten Datierung kann das Verhaltnis der Strontium Isotope fur weitere interessante Anwendungen herangezogen werden Durch fraktionelle Kristallisierung ist die Kontinentale Erdkruste gegenuber dem Erdmantel an Strontium und Rubidium angereichert Dadurch ist in Verwitterungsprodukten der Kontinente und im kontinentalen Abfluss der Anteil von 87Sr hoher als in den aus dem Mantel gespeisten mittelozeanischen Rucken Das Verhaltnis von 87Sr zu 86Sr kann daher als indirekter Indikator Proxy fur den Eintrag kontinentaler Verwitterungsprodukte in die Weltmeere verwendet werden oder zur Unterscheidung mariner und fluviatiler Sedimente dienen 8 Die Verwitterungsrate und damit das Isotopenverhaltnis wird zum Beispiel durch Eiszeitalter verandert dies kann zur indirekten Datierung von globalen Eiszeiten etwa im Prakambrium dienen 10 Zahlreiche weitere Anwendungen werden erprobt So konnen plotzliche Knicke in der Kurve der Isotopenverhaltnisse in Paketen mariner Sedimente zur Analyse der Ablagerungsgeschwindigkeit dienen Unterschiedliche Verhaltnisse innerhalb eines Gesteins zum Beispiel der Kristalle und Matrix eines Sedimentgesteins klaren auf ob beide gleiches Alter besitzen Einzelnachweise Bearbeiten Thomas Prohaska Maria Teschler Nicola Patrick Galler Antonin Prichystal Gerhard Stingeder Monika Jelenc and Urs Klotzli Non destructive Determination of 87Sr 86Sr Isotope Ratios in Early Upper Paleolithic Human Teeth from the Mladec 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 T D Price J Wahl C Knipper E Burger Heinrich G Kurz A Bentley Das bandkeramische Graberfeld vom Viesenhauser Hof bei Stuttgart Muhlhausen Neue Untersuchungsergebnisse zum Migrationsverhalten im fruhen Neolithikum In Fundberichte aus Baden Wurttemberg Stuttgart 27 2003 23 58 ISSN 0071 9897 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 Karin Margarita Frei Irene Skals Margarita Gleba Henriette Lyngstrom 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 Decay Radiation Results In Chart of Nuclides database National Nuclear Data Center abgerufen am 24 Januar 2012 Isotopic distribution for UK J M McArthur R J Howarth G A Shields Strontium Isotope Stratigraphy Chapter 7 in Felix Gradstein James Ogg Mark Schmitz Gabi Ogg Editors The Geologic Time Scale 2012 Elsevier ISBN 9780444594259 doi 10 1016 B978 0 444 59425 9 00007 X a b Jan Veizer 1989 Strontium Isotopes in Seawater Through Time Annual Review of Earth and Planetary Sciences Vol 17 141 167 Adrian L Melott Richard K Bambach Kenni D Petersen John M McArthur 2012 A 60 Myr periodicity is common to marine 87Sr 86Sr fossil biodiversity and large scale sedimentation what does the periodicity reflect Journal of Geology 120 217 226 G A Shields Zhou A C Hill B A Macgabhann The Cryogenian Period Chapter 17 in Felix Gradstein James Ogg Mark Schmitz Gabi Ogg Editors The Geologic Time Scale 2012 Elsevier ISBN 9780444594259 doi 10 1016 B978 0 444 59425 9 00017 2Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Rb Sr dating Sammlung von Bildern Videos und AudiodateienLiteratur BearbeitenO Hahn F Strassmann und E Walling Herstellung wagbarer Mengen des Strontiumisotops 87 als Umwandlungsprodukt des Rubidiums aus einem kanadischen Glimmer In Naturwissenschaften 25 189 1937 O Hahn und E Walling Uber die Moglichkeit geologischer Altersbestimmungen rubidiumhaltiger Mineralien und Gesteine In Zs f Anorg Chemie 236 78 82 1938 O Hahn Geologische Altersbestimmungen nach der Strontiummethode In Chemiker Zeitung 67 55 1943 C Knipper Die Strontiumisotopenanalyse Eine naturwissenschaftliche Methode zur Erfassung von Mobilitat in der Ur und Fruhgeschichte In Jahrb des Romisch Germanischen Zentralmuseums Mainz Bonn 51 2004 589 685 ISSN 0076 2741 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Strontiumisotopenanalyse amp oldid 222755447