Der Tod startet die Stoppuhr - Radiocarbonmessung in NRW

Bochum, 15.11.2001
Nr. 346

Der Tod startet die Stoppuhr
Radiocarbonmessung jetzt auch in NRW
Eine der besten Anlagen der Welt steht an der RUB

Wann lebte und starb Ötzi? Wie alt sind gefundene 
Tierknochen? Bei der Beantwortung solcher Fragen kann die 
Radiocarbonmethode helfen. Durch sie lässt sich der Tod von 
Lebewesen genau datieren. Seit kurzem steht auch im 
Dynamitron-Tandem-Labor der RUB eine Anlage für 
Radiocarbonmessungen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft 
und das Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, 
Projekt-Partner der Bochumer Physiker in Neapel, stellten 
für die Anlage insgesamt 2 Mio. DM zur Verfügung. Diese 
Anlage ist die erste in NRW und nach Kiel und Erlangen die 
dritte in Deutschland. Testmessungen mit der neuen Anlage 
Anfang November haben ergeben, dass sie 100 mal besser ist 
als die Anlage in Neapel. Damit gehört die Bochumer Anlage 
zu den besten der Welt.

Schwer, schwerer, am schwersten

Kohlenstoff (chemisches Symbol: C) ist als Grundlage aller 
organischen Moleküle zentraler Bestandteil des Lebens. Wie 
jedes chemische Element besitzen auch C-Atome verschieden 
schwere Atomkerne. Es kommen drei natürliche 
Gewichtsvarianten vor; die schwerste von ihnen wird als 14C 
bezeichnet und ist radioaktiv. Diese Gewichtsunterschiede 
haben keinen Einfluss darauf, wie ein Kohlenstoffatom mit 
anderen Stoffen reagiert. Pflanzen bauen deshalb alle drei 
möglichen Gewichtszustände als CO2 (Kohlendioxid) bei der 
Photosynthese in ihre Zuckermoleküle ein. Über die 
Nahrungskette gelangt auch 14C in alle Lebewesen, die den 
Kohlenstoff als Knochen oder Muskel in ihre Körper einbauen. 
Sobald ein Lebewesen stirbt, nimmt es keinen Kohlenstoff 
mehr auf. Jetzt beginnt eine Stoppuhr der besonderen Art zu 
laufen.

Die Stoppuhr läuft...

Da 14C radioaktiv ist, zerfällt das Atom mit der Zeit. Egal, 
wie viele 14C -Atome zu Beginn vorliegen, nach jeweils 5760 
Jahren existiert nur noch die Hälfte; der Rest zerfällt in 
Stickstoff. Dies macht sich die Radiocarbonmethode zu Nutze: 
Zeit seines Lebens baut ein Lebewesen auf 1 200 000 000 000 
(= 1,2 x 1012) leichtere C-Atome ein einziges schweres 14C 
-Atom ein. So lange es lebt, nimmt es genauso viele 14C 
-Atome auf, wie in seinem Körper zerfallen. Nach dem Tod 
nimmt nur die Anzahl der schweren 14C -Atome durch Zerfall 
ab. Wenn man feststellt, wie viele radioaktive 14C -Atome 
noch vorliegen, lässt sich zurückrechnen, wann die Aufnahme 
von 14C stoppte und damit auch, wann das Lebewesen starb. So 
können Forscher das Alter jeglicher organischer Materialien 
bestimmen, darunter Knochenfunde oder - über die Pflanzen, 
aus denen sie gemacht sind - auch Bücher, Gemälde und 
Musikinstrumente.

Fliegende Teilchen

Die Mengenverhältnisse der einzelnen Gewichtstypen sowie die 
geringe Größe der Teilchen fordert die Messgeräte heraus. 
Erst nach mehreren Arbeitsschritten weiß man, wie alt Ötzi 
ist: Die Probe, z.B. pflanzlicher Mageninhalt, wird 
gereinigt, getrocknet und dann in Graphit umgewandelt, die 
beste Kohlenstoffform für die anschließenden Schritte. Um 
die verschieden schweren C-Atome voneinander trennen zu 
können, müssen sie in elektrisch geladene Teilchen (Ionen) 
umgewandelt werden. Dabei bewegen sie sich gemeinsam mit der 
gleichen, hohen Energie (also sehr schnell) in  eine 
Richtung. Passieren sie ein Magnetfeld, schlagen die 
schwereren Ionen eine andere Flugbahn ein als die 
leichteren. Dies ermöglicht einer Filteranlage, die 
verschiedenen Teilchen voneinander zu trennen.

Extrem leistungsfähig

Anfang November ergaben Testmessungen, dass der Bochumer 
Filter ERNA (European Recoil seperator for Nuclear 
Astrophysics) in der Lage ist,  eines der schweren Teilchen 
aus 1014 bis 1015 (Einhunderttausend Milliarden bis 1 
Million Milliarden) leichteren herauszufiltern. Eine Anlage 
zur Präparation der Proben soll demnächst das System 
vervollständigen. Außerdem gibt es  Ideen, wie das 
Messverfahren kürzer werden kann und so mehr Messungen 
möglich werden. Das Dynamitron-Tandem-Labor wird somit in 
Zukunft einen wichtigen Beitrag zur interdisziplinären 
Forschung auf den Gebieten der Paläonthologie, Archäologie, 
Geschichtswissenschaft, Kunst und Umwelt leisten.

Weitere Informationen

Frank Schümann, Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Physik 
und Astronomie, Institut für Experimentalphysik III, NB 3, 
Tel.: 0234/32-23597, E-Mail: schuemann@EP3.ruhr-uni-bochum.de

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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 32-22830, -23930
Fax: + 49 234 32-14136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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