Für Archäologen und Geologen gehört die Datierung von Gesteinen zum existenziellen Handwerkszeug. Bei der Bestimmung des Alters von Objekten werden je nach Zeit und Forschungsgebiet unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Ein Heidelberger Wissenschaftler-Team hat zwei neue Methoden zur Datierung von Mineralien entwickelt, die den Blick in die Vergangenheit weiter öffnen sollen.

Günther Wagner, Leiter des Forschungteams am Heidelberger Max-Planck-Institut, arbeitet seit langem mit Datierungstechniken, die auf lumineszierenden Eigenschaften von Mineralien beruhen. Das jetzt entwickelte Verfahren der optisch stimulierten Lumineszens beruht auf dem Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente im Innern von Mineralien.

Dabei wird genügend Energie frei, um von umgebenden Atomen Elektronen abzulösen. So lange das Mineral dem Tageslicht ausgesetzt ist, bewegen sich die Elektronen frei und ohne nach außen sichtbare Wirkung. Sobald aber das Mineral vom Sonnenlicht abgeschirmt ist, fehlt den Elektronen die äußere Anregung, und sie setzen sich in bestimmten Kristallbereichen fest. Wenn man das Mineral aus dem Dunkeln holt und anleuchtet, werden die Elektronen wieder aktiv und senden eine charakteristische Lumineszenzstrahlung aus.

Durch UV-Bestrahlung im abgedunkelten Labor wird das schwache Leuchten sichtbar, dessen Intensität als Indikator für das Alter des Objektes dient. So lassen sich etwa über die Analyse eines Steins, der in einem Gebäude verbaut wurde, Aussagen zum Alter des Bauwerks machen.

Ein Zeitraum von etwa 100.000 Jahren lässt sich so erfassen. «Geeicht» hat Wagner die neue Technik an römischen Säulen in einem Steinbruch südlich von Troja. Der Zeitpunkt, zu dem sich die Römer zurückzogen und die Säulen mit Erdreich bedeckten, ist historisch belegt und kann so als Fixpunkt für die Datierung dienen.

Als nächstes prominentes Ziel haben die Max-Planck-Wissenschaftler die bekannten Scharrbilder der südamerikanischen Nazca-Kultur ins Visier genommen. Wagner hofft, mit seiner Methode die genaue Entstehungszeit der Monumentalbilder ermitteln zu können.

Derzeit arbeitet Wagner noch an einem zweiten Datierungsverfahren, der «Alpha-Rückstoß-Methode». Sie basiert ebenso wie das Lumineszenz-Verfahren auf radioaktivem Zerfall innerhalb von Gesteinen.

Bei der stufenweisen Abspaltung von schweren Isotopen wie Uran oder Thorium fliegt jeweils ein so genanntes Alpha-Teilchen aus dem Kern und versetzt diesem einen Rückstoß. Zeitgleich bewegt sich der Kern in einem Kristallgitter und zerstört dabei dessen Struktur. Aus der Zerstörung des Gitters können Wagner und seine Kollegen Rückschlüsse auf das Alter des Gesteins ziehen.

Erste Tests mit der neuen Methode, die einen Zeitraum von einigen Millionen Jahren erfasst, verliefen erfolgreich, etwa an Vulkangestein in der Eifel, in Böhmen und im Indischen Ozean. Und ein neues Forschungsprojekt ist bereits genehmigt. Im ostafrikanischen Graben sollen Vulkangesteine datiert werden, die sich vor zwei bis vier Millionen Jahren gebildet haben.

Für das Web ediert von Katharina Grube