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Vesuvausbruch bei Pompeji hilft bei der Datierung der Erdgeschichte
Der historisch gut dokumentierte Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79 liefert Geologen einen seltenen Fixpunkt für eine radiometrische Uhr. An acht Sanidinproben erreichte die Argon-Argon-Datierung eine Präzision von 0,7 Prozent und traf das historisch abgeleitete Alter bis auf 0,4 Prozent. Zugleich ließ sich die Halbwertszeit von Kalium-40 deutlich genauer bestimmen.
Berkeley (U.S.A.). Radiometrische Datierungen sind unverzichtbar, um Vulkanausbrüche und andere Ereignisse der Erdgeschichte zeitlich einzuordnen, doch ihre Genauigkeit hängt davon ab, wie zuverlässig die zugrunde liegenden Zerfallsraten und Vergleichsstandards bekannt sind. Der Vesuvausbruch, der Pompeji im Jahr 79 verschüttete, bietet dafür einen ungewöhnlichen Vorteil, weil sein Zeitpunkt aus historischen Quellen unabhängig von der radiometrischen Messung eingegrenzt werden kann.
Forscher des Berkeley Geochronology Center (BGC) um Studienleiter Paul Renne haben diesen historischen Anker nun genutzt, um die Argon-Argon-Datierung zu überprüfen und neu zu kalibrieren. Dafür analysierte das Team acht Proben des kaliumreichen Minerals Sanidin aus Bimsstein, der bei der frühen Phase des Ausbruchs nahe Oplontis ausgeworfen und bereits 1998 gesammelt, danach aber jahrzehntelang nicht untersucht worden war.
Bei der Methode wird ein Teil des stabilen Kalium-39 durch Neutronenbestrahlung in Argon-39 umgewandelt. Anschließend vergleichen die Wissenschaftler Argon-39 mit dem radiogenen Argon-40, das sich seit der Bildung des Minerals angesammelt hat. Je größer der Anteil von Argon-40 im Verhältnis zu Argon-39 ist, desto älter ist die Probe. Verbesserte Proben, ein leistungsfähigeres Massenspektrometer und aktualisierte Bestrahlungsverfahren erhöhten dabei die Messgenauigkeit.
„Wenn man die Eruptionsgeschichte eines Vulkans für einen vergleichsweise jungen Zeitraum rekonstruieren will, zählen Präzision und Genauigkeit wirklich. Die Studie zeigt, dass sich eine solche, sehr nützliche Präzision und Genauigkeit bis in historische Zeiträume erreichen lässt“, erklärt Paul Renne.
Das Ergebnis lag bei 1.938 ± 13 Jahren vor der Analyse im Jahr 2025, während sich aus dem für den Vesuvausbruch angesetzten Datum vom 24. August 79 ein Alter von 1.946 Jahren ergibt. Damit erreichte die Messung eine Präzision von 0,7 Prozent und eine Genauigkeit von 0,4 Prozent. Zugleich prüfte das Team historische Einwände gegen den Augusttermin und behandelte den Ausbruchstag mit einer großzügigen Unsicherheit von zwei Monaten.
„Damit können wir kausale Zusammenhänge zwischen Ereignissen in der geologischen Überlieferung genauer erschließen, zum Beispiel zwischen einer Meteoriteneinschlagstruktur und einem Massenaussterben“, erklärt Paul Renne.
Der historische Zeitanker half nicht nur bei der Datierung der Bimssteine, denn aus der Kombination von bekanntem Ausbruchsalter und Isotopenmessungen bestimmten die Forscher auch die Halbwertszeit von Kalium-40 neu. Sie beträgt demnach 12,044 ± 0,088 Milliarden Jahre und ist damit etwa doppelt so präzise bestimmt wie der bisherige Wert aus der Kernphysik.
Diese Konstante ist für die Umrechnung der gemessenen Isotopenverhältnisse in ein Alter zentral, weshalb eine engere Unsicherheit nicht nur Datierungen junger Vulkanite verbessert, sondern auch den Abgleich mit anderen geologischen Uhren stärkt. Für sehr junge Ausbrüche schafft die Untersuchung nach Angaben des Teams einen neuen Maßstab, der eine Datierung bis auf Jahrzehnte ermöglichen kann.
Die Forscher wollen die Argon-Argon-Datierung künftig stärker mit anderen Verfahren verzahnen, darunter die Radiokarbondatierung für organisches Material bis etwa 55.000 Jahre und die Uran-Blei-Datierung sehr alter Gesteine. Ein bereits 2025 entwickelter Bayes-Ansatz soll unterschiedliche geologische Uhren mathematisch aufeinander abstimmen und widersprüchliche Altersangaben verringern.