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Zeitmesser der Vergangenheit: Geologische Uhren

Unter absolutem Alter verstehen wir die Angabe in Jahren, Jahrtausenden und Jahrmillionen vor heute. Geologische Uhren nennen wir jene physikalischen Vorgänge, die wir für die Messung der geologischen Zeit verwenden. Sie beruhen auf dem Prinzip, das natürliche radioaktive Elemente durch die Strahlung zunächst Masse verlieren und ihr Atomgewicht verringern. Schließlich verringert sich auch die Zahl der geladenen Teilchen, der Protonen und Elektronen: Ein neues Element mit anderen chemischen und physikalischen Eigenschaften ist entstanden. Derartige Zerfallsprozesse verlaufen nach einem Naturgesetz, immer mit der gleichen Geschwindigkeit, und niemand und nichts kann diesen Vorgang beschleunigen, verlangsamen oder zum Stillstand bringen. Diese Zerfallsgesetze (bei der Entsorgung von Atommüll zum Fluch unserer Zeit geworden) eröffnen uns die besten Möglichkeiten, die verflossene Zeit zu bestimmen und zu gliedern.
Die geologischen Uhren bedürfen der gleichen Voraussetzungen wie eine heutige Uhr.

- Sie brauchen für ihr Laufwerk Energie: Was bei einer Armbanduhr früher durch Aufziehen einer Feder, heute von einer Batterie geliefert wird, kommt bei der geologischen Uhr aus der Energie des Atomkernes.

- Jede Uhr muss gestellt werden, damit sie zu einem bestimmten Zeitpunkt zu laufen beginnt. Die geologischen Uhren werden durch geologische (z.B. Vulkanausbrüche), chemische (z.B. Lösungsvorgänge) oder biologische (z.B: Nahrungsaufnahme) Vorgänge auf null gestellt; nun laufen sie unbeirrbar so lange weiter, bis sie gestoppt werden oder ihre Antriebsenergie dahinschwindet.

- Die Uhrzeit muss ablesbar sein. Was bei unseren heutigen Uhren meist kinderleicht ist, erfordert bei geologischen Uhren langwierige und kostspielige Prozeduren.

Das sogenannte Probenalter (die Zeit, die seit der Entstehung oder Veränderung der Probenmaterials verflossen ist) wird aus den Verhältnissen der Anteile von zwei oder mehreren Ausgangs- bzw. Folgeprodukten einer radioaktiven Zerfallsreihe errechnet. Die Genauigkeit der Zeitmessung hängt von der Gesamtkonzentration der radioaktiven Elemente, von der Genauigkeit des Messvorgangs und von eventuellen Verunreinigungen der Probensubstanz ab.
Jede Uhr hat eine beschränkte Reichweite. Bei einer heutigen, modernen Uhr wird diese Reichweite (= Laufzeit) durch die Batterie oder die aufgezogene Feder bestimmt, die Reichweite geologischer Uhren hängt von der Zerfallsgeschwindigkeit ab. Je rascher der radioaktive Zerfall fortschreitet, desto schneller schwindet der Anteil der Ausgangssubstanz, bis eine Messung der Verhältnisse unmöglich wird. Die Zerfallsgeschwindigkeit wird durch die Halbwertszeit (= Zeitdauer, in der die Hälfte des Ausgangsisotops in Folgeprodukte umgewandelt wird) dargestellt. Je kürzer die Halbwertszeit, desto kürzer auch die Reichweite. Eine Faustregel sagt, dass die Reichweite etwa der zehnfachen Halbwertszeit entspricht.