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Kleiner Fehler

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 12.02.2010 09:19

Der Beginn unseres Sonnensystems vor rund 4,56 Milliarden Jahren war eine wilde Zeit. Innerhalb kürzester Frist verwandelte sich die ruhig vor sich hinkreisende Staubscheibe in einen wild durcheinander kurvenden Haufen kleiner, größerer und großer Brocken. Nach wenigen Millionen Jahren hatte sich die Lage beruhigt, unser heutiges Sonnensystem stand dem Grundsatz nach. Bei der Datierung dieser frühesten Phase sind jetzt unerwartet Probleme aufgetaucht.

Der Beginn unseres Sonnensystems vor rund 4,57 Milliarden Jahren war eine wilde Zeit. Innerhalb kürzester Frist verwandelte sich eine ruhig vor sich hinkreisende Scheibe aus Sternenstaub in einen wild durcheinander kurvenden Haufen kleiner, größerer und großer Brocken. Bereits nach wenigen Millionen Jahren hatte sich die Lage beruhigt und die ersten Planeten unseres heutigen Sonnensystems waren entstanden. Bei der Datierung dieser frühesten Phase sind jetzt unerwartet Probleme aufgetaucht.


MarseinschlagWenn man sich wie der Mineraloge Stefan Weyer von der Universität zu Köln für diese ungeheuer dynamische Entstehungsphase unseres Sonnensystems interessiert, kommt alles auf eine genaue Chronologie an. "Das ist ja alles innerhalb der ersten zehn oder wenigen Zehner Millionen Jahre entstanden, sehr viel ist tatsächlich innerhalb dieser ersten zehn Millionen Jahre passiert." In dieser kurzen Zeitspanne von zehn bis höchstens 40 Millionen Jahre wurden die Grundlagen für Milliarden Jahre lange Planetenleben gelegt.  Da muss diese Abfolge der Ereignisse schon auf mindestens eine Million Jahre genau sein, "sonst", so Weyer, "können wir sie ja gar nicht mehr auflösen".


Den Ablauf verschiedener Prozesse datieren die Geochemiker mit Hilfe verschiedener "Uhren". Die jeweilige Zeitmessung beruht auf dem Zerfall eines bestimmten radioaktiven Isotops in ein Tochterisotop. Doch diese Spezialuhren liefern nur eine interne Chronologie für den jeweiligen Prozess, so etwa wie die Zeitzonen der Erde den Tagesablauf nur in ihrem jeweiligen Längengradbereich regeln. Um sie miteinander in Beziehung zu setzen, braucht man einen Fixpunkt, an dem alles aufgehängt wird.


Bei unserer Zeitmessung ist das die koordinierte Universalzeit, die mit der englischen Normalzeit übereinstimmt. Für die Chronologie der Erde übernimmt diese Funktion die Blei-Blei-Uhr. Hierbei zerfallen die radioaktiven Uranisotope Uran-235 und Uran-238 über mehrere Zwischenstufen zu den Bleiisotopen Blei-207 und Blei-206. Dieser Zerfall läuft ausgesprochen langsam, bei Uran-238 beträgt die Halbwertzeit knapp 4,5 Milliarden Jahren, bei Uran-235 gut 700 Millionen Jahre. Aus dem Verhältnis der Bleiisotope in einem bestimmten Gestein konnten die Geochemiker bisher ein absolutes Alter ermitteln und somit alle anderen Datierungen in einen gemeinsamen Zeitstrahl einhängen. "Diese Blei-Blei-Alter waren bis jetzt immer der Goldstandard", betont Stefan Weyer.


Bild zu: Suche nach den ältesten Gesteinen im SonnensystemSie waren es - denn Weyer und Kollegen aus Frankfurt und Tempe in Arizona haben entdeckt, dass die Grundannahme der Blei-Blei-Datierung nicht ganz richtig ist: Das Verhältnis zwischen den Mutterisotopen Uran-235 und Uran-238 ist nicht immer und überall gleich. "Wir haben festgestellt, dass es doch Variationen in der Uran-Isotopie gibt. Diese Variationen hängen in erster Linie damit zusammen, dass es im Frühstadium des Sonnensystems noch ein anderes, noch etwas schwereres Element als Uran gab, das Element Curium", erklärt Weyer. Das Curium stammt aus einer Supernova, die offenbar rund 100 Millionen Jahre vor der Entstehung unseres Sonnensystems explodierte und die Staubscheibe mit Curium impfte. Konkret geht es um Curium-247, das mit einer Halbwertzeit von 15 Millionen Jahren zu Uran-235 zerfällt. "Das heißt, dieses Element ist nicht mehr da, weil die Halbwertszeit viel kürzer ist als das Alter des Sonnensystems", so Weyer.


Zu Beginn des Sonnensystems war das Isotop aber vorhanden und genau in der interessanten Anfangsphase zerfiel es zu Uran-235 und veränderte somit das Verhältnis der Uranisotope untereinander. Das ist insofern heikel, als der Curium-Zusatz nicht gleichmäßig in den Überbleibseln der damaligen Zeit vertreten ist. Der stärkste Curium-Beitrag finden sich  in winzigen Einschlüsse aus Calcium- und Aluminium-Verbindungen in Meteoriten.. Gerade diese sogenannten CAIs gelten jedoch als die ältesten Bestandtteile des Sonnensystems. Sie kristallisierten innerhalb der ersten ein bis zwei Millionen Jahren nach der Zündung des Sonnenfeuers  aus der Staubscheibe aus und an ihnen wurde bislang das Alter des Sonnensystems mit der Blei-Blei Uhr festgelegt. Doch sie sind gerade nicht so homogen, wie man immer gedacht hat, sondern "wir haben festgestellt", so Weyer, "dass es gerade dort besonders große Variation in der Uranisotopie gibt".


Weyer und seine Kollegen haben sich die Einschlüsse des Allende-Meteoriten vorgenommen, an denen auch zuvor Datierungen vorgenommen worden waren. Und tatsächlich fanden sie eine beträchtliche Zahl von Einschlüssen, deren Uran-Isotopenzusammensetzung von der Norm abwich. "Der Einschluss mit der größten Variation hätte ein fünf Millionen Jahre zu altes Datum gegeben", erklärt der Geochemiker. Was bei einem Gesamtalter des Sonnensystems von rund 4570 Millionen Jahren nicht weiter ins Gewicht fällt, wird allerdings fatal, sobald man sich mit der Frühphase beschäftigt, die selbst ja nur wenige Millionen Jahre andauerte.


Wissenschaftler, die sich mit dieser Phase beschäftigen, müssen künftig höllisch aufpassen, wenn sie das absolute Alter ihrer Proben bestimmen. Die Blei-Blei-Datierung wird ihnen weiter ein Datum liefern, doch um die gewünschte Präzision zu erhalten, werden sie genauer hinschauen müssen. "Man kann eine gewisse Abschätzung vielleicht machen, indem man gewisse Spurenelement-Verhältnisse misst, zum Beispiel Thorium-Uran Dann kann man abschätzen, war da viel Curium drin, wird diese Phase stark betroffen seien vom Curium-Zerfall, oder ist es eher unwahrscheinlich. Aber sicherer ist es, die Uranisotopie zu messen, wenn man die Blei-Blei Uhr verwenden will", betont Stefan Weyer. Das wäre dann allerdings ein größerer Aufwand.

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