AB EA_2
Thema: Wie ein Krimi – Leichen und Isotope / Radiocarbonmethode

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Wenn die Umgebung extrem kalt oder heiß, sehr trocken und/oder nahezu sauerstofffrei ist, stoppt die Verwesung von Leichen nach kurzer Zeit. Diesen Vorgang nennt man Mumifikation. In einer lederartigen Hauthülle bleibt die Leiche über eine lange Zeit so gut erhalten, dass man innere Organe, Gewebe und Zellen mit Hilfe verschiedenster Methoden gut untersuchen kann.

1991 wurde im Gletschereis der Ötztaler Alpen eine Kältemumie gefunden, die als „Ötzi” (Abb. AB EA_2-1) weltbekannt wurde. Bereits 1977 wurde die Kältemumie eines ca. 6 bis 8 Monate alten Mammuts (Abb. AB EA_2-1) im sibirischen Dauerfrostboden entdeckt.

Eine wichtige Frage, der Wissenschaftler in Zusammenhang mit solchen Funden nachgehen, lautet: „Wie alt ist diese Mumie?”

RadiocarbonmethodeQuelle: wikimedia

Abb. AB EA_2-1 Kältemumie „Ötzi“ (Rekonstruktion)

Abb. AB EA_2-2 Permafrostleiche eines MammutsQuelle: wikipedia

Abb. AB EA_2-2 Kältemumie eines Mammuts

Hinweis: Zum Verständnis des folgenden Textes und der dazugehörigen Abbildung (Abb. AB EA_2-3) ist es hilfreich, die Grundbegriffe des Atomaufbaus und den Begriff „Isotop” zu kennen (siehe auch: Exkurs AChemie gar nicht so schwer”).

Die bekannteste naturwissenschaftliche Methode zur Altersbestimmung von organischen Materialien, z.B. Mumien, ist die 1946/47 von W.F. Libby entwickelte 14C-Methode. (Abb. AB EA_2-2 / Abb. AB EA_2-3)

Grundlagen der 14C-Methode:
In der Natur kommen mehrere Isotope des Kohlenstoffs vor, z.B. 12C und 14C. Während 12C am häufigsten vorkommt, ist 14C im Vergleich dazu äußerst selten. Im Kohlenstoffdioxid der Luft kommt statistisch gesehen auf 1 Billion 12C-Kerne etwas mehr als ein einziger 14C-Kern. Die Anteile der C-Isotope in der Luft sind seit vielen tausend Jahren konstant.

Die Entstehung von 14C hat seinen Ursprung in den oberen Schichten der Atmosphäre. Durch „Beschuss“ eines Stickstoffatoms mit Neutronen kommt es zu einer Veränderung im Kern des Stickstoffatoms: Ein Neutron wird gewissermaßen „eingefangen“ und dafür ein Proton „abgegeben“. Aus einem 14N-Kern ist ein 14C-Kern entstanden.
Ein besonderes Kennzeichen von 14C ist die Instabilität dieses Kohlenstoffisotops: Es zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 +/- 40 Jahren, d.h. unter Abgabe eines Elektrons wird es wieder zu 14N.
Dieses bedeutet, dass von den in diesem Moment gebildeten 14C-Kernen in 5730 Jahren nur noch die Hälfte (Halbwertszeit = HWZ) vorhanden ist, nach weiteren 5730 Jahren nur noch ein Viertel usw.

Stoffkreislauf und 14C-Methode:
Zunächst gelangt das Kohlenstoffisotop 14C über die Fotosynthese in die Pflanzen, wo es in der pflanzlichen Biomasse gebunden vorliegt. Über die Nahrungskette erreicht es die Körper tierischer Lebewesen. Dort herrscht nahezu ein Gleichgewicht zwischen der Aufnahme und der Abgabe (= Stoffausscheidungen, Atmung) von 14C. Wenn ein Lebewesen stirbt, bricht die 14C-Zufuhr ab und 14C wird aufgrund seines Zerfalls immer weniger im Körper.

Mit Hilfe spezieller Geräte kann die noch vorhandene Anzahl der 14C -Isotope gemessen werden. Zur Berechnung des Todeszeitpunktes dient dann das vorliegende Verhältnis von 12C : 14C.

Radiocarbonmethode

Abb. AB EA_2-3 Grundlagen der Radiocarbonmethode

Diese Methode zur Altersbestimmung von organischem Material wird in der Archäologie häufig angewandt. An vier verschiedenen Instituten wurden mehrere Gewebeproben aus der Mumie „Ötzi“ getestet.
Das Ergebnis war eindeutig: Die Lebenszeit des Mannes aus dem Eis liegt über 5000 Jahre zurück, und fällt in eine Zeit, in der in Europa die Einführung des neuen Werkstoffes Kupfer zu einem grundlegenden wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Wandel führte.

IconAufgabe

 

  1. Erläutere die entscheidenden Schritte in der Abbildung (AB EA_2-3) mit Hilfe des Schalenmodells. Wenn du Hilfe benötigst, siehe Exkurs – A / Pkt. 1. u. 2. .
  2. Beschreibe in eigenen Worten die Grundlagen der Radiokohlenstoffdatierung anhand der Altersbestimmung von “Ötzi” und erkläre in diesem Zusammenhang den Begrifff „HWZ = Halbwertszeit“ anhand der Abbildung AB EA_2-4.
  3. Stelle eine Hypothese auf,
    – warum der ermittelte 14C-Wert nicht exakt das Alter von „Ötzi“ wiedergibt und noch andere Altersbestimmungsverfahren genutzt werden mussten,
    – warum das Alter des Mammuts – ca. 39.000 J – gar nicht mit Hilfe dieser Methode bestimmt werden konnte.
  4. Nenne eine Lösung – zumindest theoretisch – für das „Mammut-Problem” auf der Basis von Isotopen.

Radiocarbonmethode

Abb. AB EA_2-4 Halbwertszeit (HWZ) von 14C

Wer sich genauer mit dieser Methode der Altersbestimmung befassen möchte, findet z.B. hier ausführliche Informationen:

IconLink http://goerdeler.lspb.de/cms_alt/gghtml/oetzi/OETZI_5.HTM (Zugriff: 2018-08-10)
https://de.wikipedia.org/wiki/Altersbestimmung_(Archäologie) (Zugriff: 2015-12-13)
http://www.spektrum.de/lexikon/biologie-kompakt/altersbestimmung/466 (Zugriff: 2015-12-13)

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