Blei (Pb) Überblick über die Geochemie

Aktuell sind insgesamt 43 Blei(Pb)-Isotope bekannt, einschließlich sehr instabiler synthetischer Spezies, aber diese fünf werden häufig in der geochemischen Forschung verwendet (Abbildung 1). Blei hat vier relativ stabile Isotope: ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb und ²⁰⁸Pb; die letzten drei repräsentieren Enden von Zerfallsketten. ²⁰⁶Pb steht am Ende der Uran-Zerfallskette, ²⁰⁷Pb am Ende der Aktinium-Zerfallskette und ²⁰⁸Pb steht am Ende der Thorium-Zerfallskette. ²¹⁰Pb ist ein kurzlebiges natürlich vorkommendes Isotop mit einer Halbwertszeit von 22,6 Jahren; Seine praktische Halbwertszeit wird häufig zur Datierung der Eiszeit, neuerer Sedimente und Torfablagerungen verwendet.

Blei-Isotopenverhältnisse innerhalb der Uran-Zerfallskette sind eine Funktion der Menge an vorhandenem Uran und Thorium. Geologische Prozesse beeinflussen die Menge an vorhandenem U und Th, daher dienen Bleiisotope als nützliches Werkzeug zum Verständnis der Natur und des zeitlichen Ablaufs dieser Prozesse. Da die Blei-Isotopen-Zusammensetzung von geologischem Material eine Funktion von drei unabhängigen Zerfallsketten ist, besteht ein großes Potenzial für die Isotopenvariabilität in Mineralien.

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Feste Erdgeochemie / Petrologie

Blei-Isotopen-Verhältnisse können bei der Altersdatierung und pettrogenetischen Verfolgung von magmatischen, metamorphen und hydrothermalen Gesteinen verwendet werden. Da das chemische Verhalten von Uran, Thorium und ihren Tochterelementen unterschiedlich ist, können viele geologische Prozesse zu einer weitgehenden Fraktionierung der verschiedenen Isotope führen. Dies führt zu markanten Mustern, die eine Bestimmung der Gesteinsgeschichte ermöglichen. Beispielsweise kann die Isotopenzusammensetzung von Blei in vulkanischen und plutonischen Gesteinen verwendet werden, um die Quellen verschiedener Magmatypen zu verfolgen, die aus verschiedenen tektonischen Umgebungen stammen.

Geochemischer Fingerabdruck: Staub & Archäologie

Die charakteristischen Blei-Isotopen-Muster, die in verschiedenen Gesteinslithologien (und darüber liegenden Böden) vorhanden sind, ermöglichen es, Blei-Isotope bestimmten Bereichen auf der Erdoberfläche zuzuordnen. Da verschiedene Gesteine unterschiedliche Eltern-Tochter-Verhältnisse aufweisen, wurde diese Eigenschaft ausgiebig für Provenienzstudien von verwitterten und erodierten Materialien, insbesondere Staub, genutzt. Beispielsweise haben Staubquellen unterschiedliche Blei-Isotopen-Signaturen, sodass Staub, der weit gereist ist, bis zu seiner Ursprungsregion zurückverfolgt werden kann.

Dieser geochemische Fingerabdruck kann auch in archäologischen Studien verwendet werden. Schon sehr früh in der Erforschung antiker Metalle war es ein wichtiges Ziel, den geologischen Ursprung des Metalls festzustellen, das zur Herstellung bestimmter Metallartefakte verwendet wurde, und auf diese Weise Fragen des Handels, der Handelsbeziehungen und der Bewegung von Objekten direkt anzusprechen. Da die Blei-Isotope ihre Form von ihrem geologischen Ursprung (oder ihrer Erzform) bis zum Artefakt nicht ändern, sollten die Artefakte die Informationen über den Standort enthalten, an dem das Blei abgebaut wurde.

Rückverfolgung von Kontaminationsquellen

Blei ist ein nicht essentielles und toxisches Metall, dessen biogeochemischer Kreislauf erheblich durch menschliche Aktivitäten beeinflusst wurde. Blei gelangt während der Produktion (einschließlich Bergbau und Verhüttung), der Verwendung (Batterien, Pigmente, Keramik, Kunststoffe), des Recyclings, der Entsorgung von Pb-Verbindungen, der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, frühere Verwendung von verbleitem Benzin), der Verwendung von Mineraldünger und unter anderem durch Klärschlammausbringung in die Umwelt. Infolgedessen ist es möglich, verschiedene Blei-Isotope zu analysieren, um die Auswirkungen des Menschen im Laufe der Zeit zu messen, indem einzigartige Blei-Isotopen-Bereiche untersucht werden, die mit bestimmten Arten menschlicher Aktivitäten korrelieren. In den letzten Jahren gab es ein wachsendes Interesse an der Verwendung von Blei-Isotopen, um die Quelle und den Ursprung (geogen vs. anthropogen) von Kontaminationen zu verfolgen und die Persistenz dieser Elemente in der Umwelt zu bewerten. Beispielsweise können Blei-Isotope in Benzin verwendet werden, um die kontinentale Quelle des Benzins sowie Änderungen in der Benzinzusammensetzung im Laufe der Zeit zu analysieren.

Forensische Studien

In vielen Fällen von Tötungsdelikten fehlt es oft an physischen Beweisen, um den Täter zu identifizieren. Die Blei-Isotopen-Analyse von kleinen Fragmenten des Geschossmaterials kann den Übeltäter oft eindeutig identifizieren, wenn man davon ausgeht, dass die Geschosspatronen innerhalb einer einzigen Charge alle die gleiche Isotopen-Zusammensetzung aufweisen. Zum Beispiel haben verschiedene Marken von Kugeln oft unterschiedliche Blei-Isotopen-Signaturen. Auf diese Weise können Blei-Isotope verwendet werden, um eine am Tatort gefundene Kugel mit Kugeln von potenziellen Verdächtigen abzugleichen. Dies funktioniert, wenn das gesamte Geschoss nicht für ballistische Tests verfügbar ist.

Erfahren Sie mehr über die Isotopenanalyse in der forensischen Geographie.

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Verweise

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