Auch Steine haben ein Alter – Wie kann man es bestimmen?

Die Stratigraphie: Lehre der Schichten

Während langer Zeit mussten sich Geologen damit begnügen, Gesteinen ein relatives Alter zuzuweisen, d. h., man war zwar in der Lage, eine Aussage darüber zu machen, welches Gestein älter war, konnte ihnen jedoch kein Alter in Zahlen zuschreiben. Mit einfachen Mitteln und dank dem Studium der Stratigraphie waren die Geologen trotzdem zu sehr schlüssigen Aussagen fähig. Hier einige Regeln, auf die sich ein Geologe bei der Erforschung einer Felswand beruft:

• Eine Schicht, die unter einer anderen liegt, ist zuerst abgelagert worden.
• Im Augenblick der Ablagerung weisen die Gesteinsschichten eine horizontale Ausrichtung auf. Sind sie heute nicht mehr horizontal, haben Drücke zu ihrer Deformation und Lageveränderung geführt.
• Anfangs sind die Schichten grosse, kontinuierliche Gesteinsbanden. Auch wenn sie heute nicht mehr verbunden sind (Unterbrechung durch eine Schlucht oder eine Verwerfung), rühren die Schichten ursprünglich aus derselben Ablagerung her und sind folglich auch gleich alt.

Verrate mir deine Halbwertszeit und ich sage dir, wie alt du bist

Mittels der Messung von radioaktiven Elementen, die in jedem Gestein eingeschlossen sind, ist es seit den 1950er-Jahren möglich, das absolute Alter von Gesteinen zu bestimmen (radiometrische Datierung) und zum Beispiel festzustellen, dass ein bestimmter Stein sich vor 175 ± 1 Millionen Jahren gebildet hat. Diese Datierungsmethode basiert auf dem Zerfall von instabilen radioaktiven Isotopen (s. dazu auch das Experiment Aus Mais wird Popcorn – ein Küchenexperiment zur Halbwertszeit).

Und was hat es mit dem berühmten Kohlenstoff-14 auf sich?

Welches Isotopenpaar die Geologie zur Altersbestimmung heranzieht, hängt einerseits von der Halbwertszeit ab, andererseits vom Vorkommen der Elemente im fraglichen Gestein. Die berühmte Kohlenstoff-14-(¹⁴C)-Methode ist aus zwei Gründen ungeeignet für die Datierung von Gesteinen: Erstens enthalten Gesteine kein ¹⁴C (dieses findet sich nur in lebendigen Organismen, in die es via Photosynthese oder den Konsum von photosynthetisierenden Pflanzen gelangt); zweitens ist die Halbwertszeit von ¹⁴C mit 5730 Jahren sehr kurz, und innerhalb von 700'000 Jahren wäre nicht mehr genug ¹⁴C in einem Gestein enthalten, um es zu entdecken, geschweige denn, um damit eine Datierung vorzunehmen. Die meisten Gesteine sind viel älter als 700'000 Jahre: sogar die 'jüngsten’ unter ihnen sind selten jünger als einige Millionen Jahre. Die ¹⁴C-Methode ist deshalb eher für archäologische Arbeiten interessant, bei denen Hinterlassenschaften von prähistorischen Völkern untersucht werden.

Numerische und relative Methoden ergänzen sich

Zur Erinnerung: Die radiometrische Altersbestimmung macht Aussagen über die Zeit, die seit der Abkühlung eines Gesteins vergangen ist. Im Falle eines Sedimentgesteins kann diese Methode jedoch nicht zur Datierung herangezogen werden, da sie uns keinen Hinweis auf den Zeitpunkt der Sedimentation gibt. Bei einem Sandstein etwa, der aus abgelagerten Sandkörnern besteht, kann zwar bestimmt werden, wann sich die einzelnen Sandkörner abgekühlt haben, nicht jedoch wann sie sich zum Sandstein an sich konsolidiert haben. In diesem Fall ist die Stratigraphie immer noch ein nützliches Mittel, um die Aussagen der numerischen Methode zu ergänzen.