Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hilfe bei der Suche nach der Nadel im Heuhaufen

15.10.2014

Heidelberger Physiker machen Methode zum Nachweis extrem seltener Edelgas-Isotope zur Wasserdatierung nutzbar

In den Erd- und Umweltwissenschaften spielen radioaktive Isotope, also über die Zeit zerfallende Varianten von Atomen, eine große Rolle für die Altersbestimmung. So lässt sich zum Beispiel mit Hilfe eines radioaktiven Isotops des Edelgases Argon (39Ar) das Alter von Wasser oder Eis bestimmen.


Aufbau der Apparatur im Labor

© C. Kaup

Allerdings sind solche Isotope extrem selten – unter einer Billiarde Argon-Atomen findet sich nur ein einziges 39Ar. Damit gleicht für Wissenschaftler der Versuch, diese Atome abzutrennen und nachzuweisen, der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen.

Physikern der Universität Heidelberg ist es nun gelungen, eine im Rahmen von Grundlagenforschung entwickelte experimentelle Methode erstmals für die Grundwasserdatierung mittels 39Ar nutzbar zu machen. Diese Forschungsergebnisse, die im geowissenschaftlichen Journal „Geophysical Research Letters“ veröffentlicht wurden, eröffnen nach Angaben der Wissenschaftler neue Perspektiven für Untersuchungen zu Gletschereis und zur Tiefenwasserzirkulation im Ozean.

Das bekannteste Beispiel für Altersbestimmung mit radioaktiven Isotopen ist der Radiokohlenstoff, der sich zur Datierung von organischem Material in der Umwelt, aber auch in archäologischen Fundstücken eignet. In ähnlicher Weise kann aus der Häufigkeit radioaktiver Isotope der Edelgase Argon und Krypton bestimmt werden, wann sich beispielsweise Grundwasser, Tiefenwasser im Ozean oder Gletschereis gebildet hat.

Zum Abtrennen und Nachweisen der seltenen Atome aus dem Wasser kommen innovative experimentelle Methoden zum Einsatz, die im Rahmen der Grundlagenforschung zu quantenmechanischen Systemen entwickelt und perfektioniert wurden. Die Wissenschaftler des Kirchhoff-Instituts für Physik und des Instituts für Umweltphysik der Universität Heidelberg konnten nun die unter dem Begriff „Atom Trap Trace Analysis“ oder kurz ATTA bekannte Methode erstmals für die Grundwasserdatierung mit Hilfe von 39Ar anwenden.

Mitarbeiter der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Werner Aeschbach-Hertig in der Umweltphysik trennten dazu zunächst aus mehr als 1.000 Litern Grundwasser reines Argon ab. In einer eigens dafür entwickelten ATTA-Apparatur „fing“ das Team von Prof. Dr. Markus Oberthaler am Kirchhoff-Institut die 39Ar-Atome ein und wies sie einzeln nach. Dieser Erfolg einer jahrelangen gemeinsamen Entwicklungsarbeit öffnet nun die Tür für eine Vielzahl neuer Anwendungen der 39Ar-Datierung, wie die Wissenschaftler betonen.

„Das Projekt ist ein hervorragendes Beispiel dafür, dass Methoden, die in der Grundlagenforschung zu quantenmechanischen Eigenschaften entwickelt wurden, auch neue Möglichkeiten in der Anwendung bieten“, erklärt Prof. Oberthaler. Der Erstautor der Studie, Dr. Florian Ritterbusch, ist davon überzeugt, dass weitere Verbesserungen der Messmethode möglich sind:

„Im Prinzip sollte ein Liter Wasser für eine Messung genügen.“ Diese Fortschritte sollen bald die ersten Messungen von 39Ar an Gletschereis aus den Alpen ermöglichen. Das größte Potenzial bietet 39Ar nach Angaben der Forscher aber für die Untersuchung der Tiefenwasserzirkulation im Ozean. „Dazu müssen wir in der Lage sein, Proben von weniger als zehn Liter Wasser mit ausreichender Genauigkeit messen zu können“, meint Prof. Aeschbach-Hertig.

Die Pioniere der neuen Messmethode vom US-amerikanischen Argonne National Laboratory organisierten 2012 in Chicago einen speziellen ATTA-Workshop, um die möglichen Anwendungen von Krypton-Isotopen in den Erd- und Umweltwissenschaften zu diskutieren. Im März 2015 wird die Heidelberger ATTA-Kollaboration eine Neuauflage dieses Treffens organisieren.

Durch die in Heidelberg erzielten Fortschritte bei der Arbeit mit 39Ar hat sich das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten nochmals deutlich vergrößert, wie die Wissenschaftler betonen. „Die neue Methode stellt damit auch eine innovative Erweiterung der in Heidelberg vorhandenen und im Heidelberg Center for the Environment gebündelten starken Kompetenz in Isotopen- und Datierungsmethoden dar“, sagt Prof. Aeschbach-Hertig.

Markus Oberthaler leitet am Kirchhoff-Institut für Physik die Arbeitsgruppe Synthetische Quantensysteme. Werner Aeschbach-Hertig ist Leiter der Gruppe Aquatische Systeme am Institut für Umweltphysik und zugleich Direktor des Heidelberg Center for the Environment (HCE).

Originalpublikation:
F. Ritterbusch, S. Ebser, J. Welte, T. Reichel, A. Kersting, R. Purtschert, W. Aeschbach-Hertig, M.K. Oberthaler (2014). Groundwater dating with Atom Trap Trace Analysis of 39Ar. Geophysical Research Letters 41, doi: 10.1002/2014GL061120

Informationen im Internet:
http://www.kip.uni-heidelberg.de/matterwaveoptics/research/atta
http://www.hce.uni-heidelberg.de

Kontakt:
Prof. Dr. Werner Aeschbach-Hertig
Institut für Umweltphysik
Telefon (06221) 54-6331
aeschbach@iup.uni-heidelberg.de

Prof. Dr. Markus Oberthaler
Kirchhoff-Institut für Physik
Telefon (06221) 54-5170
markus.oberthaler@kip.uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen