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Lexikon der Geowissenschaften: Radioaktivität

Radioaktivität, radioaktive Eigenschaften, bedeutet den spontanen Zerfall bestimmter Atomkerne, bei dem i.a. Alphateilchen, Elektronen oder Photonen abgestrahlt werden, die auch als α-, β- und γ-Strahlung bezeichnet werden. Für alle radioaktiven Zerfälle gilt das Zerfallsgesetz mit unterschiedlichen Zerfallszeiten, die jedoch unabhängig vom physikalischen Zustand (z.B. der Temperatur oder dem Druck) der Substanz und von seiner chemischen Beschaffenheit sind. Man unterscheidet heute die in vielen Stoffen vorkommende natürliche Radioaktivität von der durch Bestrahlung mit Teilchen geeigneter Energie hervorgerufenen künstlichen Radioaktivität. Oft sind die durch Radioaktivität entstehenden Nuklide selbst wieder radioaktiv, und es bildet sich eine radioaktive Zerfallsreihe, die schließlich zu stabilen Atomkernen führt. Zu denbekanntestenZerfallreihen zählen die Uran-Radium- und die Thorium-Reihe.

Der Zerfall der in den Mineralen enthaltenen radioaktiven Elemente ist ein wesentlicher Faktor im Energiehaushalt der Erde. Besonders die granitischen, sauren Gesteine enthalten sehr viel mehr radioaktive Minerale als die basischen, basaltischen Gesteinstypen. Die wichtigsten radioaktiven Minerale sind Uranpecherz und die Uranglimmer, Thorianit ((Th,U)O2), Camotit ((K,Ha,Ca)2(UO2-VO4)2·3H2O), Samarskit ((Y,Er)4[(Nb,Ta)2O7]3) und Monazit. Dazu kommen noch sehr viele seltene Minerale, die radioaktive Isotope enthalten. Oft kann man in Gesteinen die Erscheinung der sogenannten radioaktiven Höfe beobachten. Dieses Phänomen tritt immer dort auf, wo radioaktive Kristalle mit Gehalten von Uran oder Thorium auf Minerale ihrer Umgebung verfärbend einwirken. Durch die Wirkung von α-Strahlen werden im Kristallgitter der Minerale Unordnungen hervorgerufen, die einen farbändernden Einfluß ausüben. Dabei entstehen im Steinsalz und Flußspat durch die Bildung kolloidaler Teilchen blau-violette Färbungen. Biotit wird braun, Cordierit gelb usw. Da die Färbung nur soweit reicht, wie die Teilchen fliegen, entstehen konzentrisch gefärbte Ringe. Bei starker Radioaktivität kann ein Kristallgitter jedoch auch völlig zerstört werden, wobei alle anisotropen Eigenschaften des betreffenden Minerals verloren gehen können und ein glasähnlicher Zustand herbeigeführt wird. Man bezeichnet solche Minerale als isotropisiert.Da die Intensität der radioaktiven Höfe außerdem von der zeitlichen Einwirkung abhängt, kann man sie zur Bestimmung des Alters von Gesteinen benutzen. Da radioaktives Uran über verschiedene Zwischenstufen schließlich zu Blei und Helium zerfällt, kann man aus dem Bleigehalt der Gesteine bei bekannter Halbwertzeit das Alter errechnen. Die Halbwertzeit ist eine für jedes radioaktive Element charakteristische Konstante, die besagt, nach welcher Zeit die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Menge zerfällt bzw. umgewandelt ist. Bei Uran dauert es 4,4·109 Jahre, bis die Hälfte aller Atome zerfallen ist. Neben der Uranzerfallsreihe werden für Altersbestimmungen noch die ebenfalls in der Natur ablaufenden Zerfallsreihen des Thoriums und des Aktiniums für geochronologische Altersbestimmungen herangezogen. Altersbestimmungen an Gesteinen mit uranhaltigen Mineralen sehr hoher geologischer Alter lassen sich nach der 208Pb/207Pb-Methode durchführen. Das Verhältnis des aus Uran entstandenen Bleis zu dem aus dem Aktinium liefert dabei das erdgeschichtliche Alter des Gesteins. U-Pb-Methode, Radium, Radon. [GST,PG]

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