Isotopengeologie

Der Prozess, der den radioaktiven Zerfallssystemen zugrunde liegt Quelle: BGR

Gesteine und Minerale enthalten natürliche radioaktive Bestandteile, die jeweils mit einer für sie spezifischen und konstanten Geschwindigkeit zerfallen. Damit ändert sich mit der Zeit die Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien. Dieser Mechanismus ist die Grundlage der Geochronologie. Durch isotopenchemische und geochronologische Untersuchungen an Gesteinen und Mineralen klären Geowissenschaftler so verschiedene petrogenetische, lagerstättenkundliche und paläoklimatische Fragestellungen.

In der BGR werden die Isotopenmethoden Rubidium-Strontium, Samarium-Neodymium, und Uran-Blei zur physikalischen Altersbestimmung von Mineralen und Gesteinen und damit der Datierung von geologischen Vorgängen wie Lagerstättenbildung, Intrusionen, Vulkanismus oder Metamorphoseereignissen genutzt. Zusätzlich dienen isotopenchemische Verfahren der Untersuchung von magmatischen, metamorphen und sedimentären Stofftransport- und Austauschvorgängen, die bei der Neubildung, aber auch bei der Umwandlung von Lagerstätten eine wichtige Rolle spielen. Isotopen-Analysen lassen außerdem Aussagen über den Ursprung von Gesteinen und Lagerstätten zu und bilden so ein wichtiges Explorationstool. In der Erforschung meeresgeologischer Vorgänge nutzen Wissenschaftler die Strontium-Isotopenmethode zur Datierung mariner Sedimente.

Zunächst werden die betreffenden Elemente dazu in einem Reinraumlabor aus den Untersuchungsmaterialien chemisch isoliert. Anschließend analysieren Wissenschaftler die Isotopenzusammensetzung der Proben mittels Thermionenmassenspektrometern. Aus den jeweiligen Anteilen von Mutter- und Tochterisotopen eines radioaktiven Zerfallssystems berechnen sie unter Berücksichtigung der spezifischen Halbwertszeiten schließlich das Alter von mineral- oder gesteinsbildenden Prozessen.

Die BGR erweitert derzeit ihr Methodenspektrum: Die Calcium-Isotopenmethode wird in Zukunft zur Klärung paläoklimatischer Fragestellungen eingesetzt.

In Planung ist zudem der Aufbau und die Applikation der Rhenium-Osmium-Methode, die laufende Arbeiten im Bereich Metallische Rohstoffe unterstützen soll.

Schwerpunkte der laufenden Arbeiten in der „Isotopengeologie“ sind Forschungsprojekte in der Antarktis, der Arktis, bei meeresgeologischen Untersuchungen an aktiven und passiven Kontinentalrändern, auf dem Gebiet der Metallischen Rohstoffforschung und bei der Technischen Zusammenarbeit.