Projektwoche der 10 Klassen des Gymnasiums Ramstein Miesenbach

Projektwoche der 10. Klassen des Gymnasiums Ramstein- Miesenbach zum Thema Radioaktivität Vom: 10. 03. 2003 bis zum 14. 03. 2003 Eine Präsentation zur C 14 -Methode von Silvana Letscher und Sebastian Höhn, betreut durch Herrn Werner

1. Die C 14 -Methode 2. Wie sie funktioniert 3. Was liefern die verschiedenen Wissenschaften zur C 14 -Methode? 4. Wie wird der Zerfall mathematisch bestimmt? 5. Ein Beispiel! 6. Forschungsinstitute in denen die C 14 -Methode durchgeführt wird 7. Radioaktivität in Bezug auf die C 14 -Methode: Segen oder Fluch der Menschheit

Allgemeines Die C-14 Methode, auch Radiokarbon- oder Kohlenstoffmethode genannt, ist ein Verfahren zur Altersbestimmung von Organismen, Lebewesen und Gesteinen. C-14 ist ein radioaktives Isotop des Kohlenstoffes und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren. Der Datierungszeitraum ist auf ungefähr 50 000 Jahre begrenzt, da die Zählrate darüber hinaus kaum noch feststellbar ist. Diese Methode wurde von einem amerikanischen Chemiker, Willard Frank Libby, und dessen Team seit 1947 entwickelt.

Willard Frank Libby wurde am 17. Dezember 1908 in Grand Valley, Colorado geboren. Er war Physiker sowie Chemiker und ein Spezialist für Radiochemie. Ab 1927 studierte er an der Universität von Kalifornien in Berkeley. Bei Ausbruch des 2. Weltkrieges beteiligte er sich an der Forschung zum Atombombenprojekt. Am 1. Oktober 1954 wurde er durch Präsident Eisenhower in die Atomenergiekommission der Vereinigten Staaten aufgenommen. Seit 1947 entwickelte er die Radiokarbonmethode und erhielt 1960 für diese Arbeit den Nobelpreis für Chemie. 1962 wurde er Direktor des Instituts für Geo- und Weltraumphysik. Libby starb am 8. September 1980 in Los Angeles.

Die Entstehung von C-14 Kosmische Strahlen aus dem Weltall zerlegen Atomkerne (die in der Atmosphäre sind; ca. 70% dieser Atomkerne sind Kohlenstoff)bei ihrem Zusammentreffen in ihre Bestandteile. Diese Bestandteile stieben mit einer sehr hohen Geschwindigkeit auseinander. Trifft nun ein Neutron auf einen Stickstoffkern so stößt dieser ein Proton aus. Es entsteht ein C-14 Atom.

Von Stickstoff zu C 14 Stickstoff+Neutron Kohlenstoff 14+Proton Da die Verbindung von Stickstoff und dem Neutron instabil ist wird ein Proton abgegeben.

Wie kommt C-14 in den Organismus ? C-14 verbindet sich genau wie C-12 und C-13 mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Das Kohlenstoffdioxid wird von den Pflanze aufgenommen. Durch die Nahrungskette gelangt das C-14 von den Pflanzen zum Tier bis hin zum Menschen. Jedes Lebewesen nimmt Kohlenstoff auf.

Sobald ein Körper abgestorben ist, nimmt er keinen Kohlenstoff mehr auf. Der C 14 Anteil des Kohlenstoffes beginnt zu zerfallen. Wird dieser Körper 100 te von Jahren später gefunden so kann man mit der C 14 Methode bestimmen wie alt der Körper ist. Das funktioniert folgendermaßen: Beim auffinden des Körpers wird eine Probe von ihm genommen. Nun kann man die konventionelle C 14 Methode anwenden oder man kann die AMS- Methode anwenden

Die Konventionelle C 14 -Methode Eine Probe wird chemisch so aufbereitet, dass aus ihr reiner Kohlenstoff gewonnen wird. Dieser Kohlenstoff wird dann zu Kohlendioxid CO 2 verbrannt. Das CO 2 wird dann direkt in einen Geiger-Müller-Zähler eingefüllt. Nachdem die Strahlung des C 14 bestimmt ist kann man anhand einer Tabelle ablesen wie alt der Körper ist. Ein Problem bei dieser Methode ist das man mindestens 100 g Kohlenstoff benötigt um die Untersuchung durchzuführen. Chem. Aufbereitung Probe CO 2 (C 13, C 12; C 14) GMZ

Die AMS- Methode Eine Probe des Körpers wird in einen Massenspektrographen gelegt. Dieser bewirkt, das sich das C 14 vom restlichen Kohlenstoff trennt. Nun kann man den normalen Kohlenstoff abwiegen und berechnen wie viel C 14 in der Probe enthalten war. Da man weiterhin weis das C 14 im Verhältnis zu C 12 oder C 13 zu 1, 2*10 hoch-12% im Körper vorkommt weiß man wie viel C 14 im Stoff enthalten war und kann so bestimmen wie alt die Probe ist. Ein Forscher am Massenspektographen

Probleme bei der Altersbestimmung Die C-14 Konzentration war in den letzten Jahrtausenden nicht immer gleich. So war zum Beispiel 1960 der gemessene Wert nach den Atombombentests doppelt so hoch. Zudem kann das Ergebnis durch die vielen Schritte , von der Probeaufnahme bis zur Feststellung, verfälscht werden. Bei Verunreinigung oder Verwitterung wird der C-14 Gehalt durch Isotopenaustauch verändert. Auch gibt es bei den Materialien große Unterschiede. Holzproben eignen sich besonders gut, Knochen sind dafür sehr schwer zu datieren.

Mathematik Physik Chemie Biologie

Nachdem man die C 14 -Konzentration in der Probe bestimmt hat, kann mathematisch das Alter der Probe errechnen. Um dies anschaulich zu demonstrieren haben wir zuerst eine Zerfallskurve von C 14 erstellt. In der Wertetabelle : kann man erkennen das es sich beim C 14 Zerfall um eine exponentielle Abnahme handelt. Das sieht man daran, dass der Wachstumsfaktor immer gleich ist und kleiner als 1 ist. : : :

Der Wachstumsfaktor a berechnet sich mit folgender Formel: q. . . Wachstum d. . . Schrittweite Wir stellen die Formel nach a um und erhalten: Dadurch ist a ein konstanter Wert

Ein exponentielles Wachstum oder eine exponentielles Abnahme werden immer mit der folgenden Formel berechnet: t. . . Ist die vergangene Zeit b. . . Ist der Anfangswert (t=0) a. . . Ist der Wachstumsfaktor Bei der C 14 Methode ist das unbekannte die vergangene Zeit. Also stellen wir die Funktion nach t um.

Zuerst rechnen wir durch b und bilden dann den Logarithmus zur Basis a. Nun haben wir eine Formel zur Berechnung des Alters einer C 14 Probe. t. . . Alter der Probe a. . . der Wachstumsfaktor( Halbwertszeit) f(t). . . Konzentration nach t Jahren b. . . Konzentration nach 0 Jahren Inhalt Wissenschaften

Liefert Kenntnisse über die Radioaktivität (z. b. Kernreaktion), besonders bei den Messungen. Kernreaktion: Die Kernreaktion ist eine künstliche Kernumwandlung, bei der Atome mit Neutronen oder Protonen beschossen werden. Weiterhin liefert die Physik Informationen zur Halbwertszeit von C 14

Die Chemie liefert Wissen über die Kernchemie und chemische Reaktionen. Besonders beim Herauslösen des C 02 aus der Probe und der Überführung in eine messbare Flüssigkeit oder in ein messbares Gas. Bsp. chemische Reaktion: Kohlendioxid + Wasser + Sonnenlicht zu Glukose + Sauerstoff Umwandlung von Lichtenergie zu chemischer Energie.

Erkenntnisse über die Fotosynthese: Kohlendioxid dringt durch Spalten in das Blatt ein. Chlorophyll absorbiert die Energie des Sonnenlichts. Kohlendioxid und Wasser werden durch die Fotosynthese zu Sauerstoff und Zucker umgewandelt. Sauerstoff entweicht. Im Wasser gelöster Zucker wird zu anderen Pflanzenteilen transportiert.

1991 wurde ein Mann in den eisigen Höhen der Schnalstaler Gletscher gefunden. Er war vor 1000 en von Jahren auf diese Gebirgskette gestiegen und war in einem Schneesturm eingefroren und so konserviert worden. Nun möchte man mit Hilfe der C 14 - Methode herausfinden wie alt dieser Mann ist.

Zuerst wurde eine Probe des Körpers genommen. Dann wurde mit Hilfe eines Massenspektrographen die C 14 - Konzentration bestimmt. 47% des C 14 in der Probe waren zerfallen. Nun wurde berechnet wie alt Ötzi ist. Mit folgender Formel kann man das Alter eines Körpers bestimmen: t. . . Alter der Probe a. . . der Wachstumsfaktor( Halbwertszeit) f(t). . . Konzentration nach t Jahren b. . . Konzentration nach 0 Jahren

t. . . Alter von Ötzi a. . . f(t). . . 53% b. . . 100% Nun werden die Werte in die Formel eingesetzt Wenn man nun diese Formel ausrechnet erhält man das Alter Ötzis ( ca. 5250 Jahre)

In Europa kann man in verschiedenen Laboren eine C 14 Untersuchung durchführen lassen. Diese sind: Centre of Isotope Research in Groningen Radiocarbon Labaratory in Heidelberg Leibniz Labor in Kiel Oxford University in Oxford University of Zurich Eine C 14 Standartuntersuchung kostet ca. 400€. Weitere Infos gibt es beim Leibniz Labor

Im Bezug auf die C 14 -Methode ist die Radioaktivität ein Segen für die Menschheit, da man mit Hilfe der Altersbestimmung die Evolution erforschen kann.

In der Präsentation werden viele animierte Buttons erscheinen. Hier eine kurze Erklärung zu den verschiedenen Buttons: . . . zum Inhalt . . . Info . . . vor/ zurück. . . Animation starten. . . zur Seite