F. G. Houtermans

Determination of the age of the earth from the isotopic composition of meteoritic lead

SummaryUnder the assumption thata) the isotopic constitution of lead at the time of the formation of the lithosphére is represented by the figures found for lead from the troilite phase of the Cafion-Diablo meteorite [Pat 53] andb) the majority of tertiary lead ores analysed for isotopic constitution has been formed according to the simple model of primary origin (equ. 3), the age of the lithospherew follows asw= 4,5 ±±0.3.109 a.RiassuntoNell’ipotesi chea) la costituzione isotopica del piombo all’epoca della formazione della litosfera sia rappresentata dalle cifre trovate per il piombo della troilite del meteorite del Cafion-Diablo [Pat 53] e cheb) la maggioranza dei minerali di piombo terziari di oui è stata analizzata la costituzione isotopica si sia formata secondo il semplice modello della creazione primaria (eq. 3), si deduce che l’etàw della litosfera si ottiene dalla formula (4)w = 4,5 ±0,3.109 a.

Zur Frage der Aufbaumöglichkeit der Elemente in Sternen

ZusammenfassungDie quantenmechanische Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein Proton in einen Atomkern eindringt, wird nach der Methode von Gamow berechnet. Dabei zeigt sich, daß unter den Temperatur- und Dichteverhältnissen im Innern der Sterne die Eindringung von Protonen, nicht aber vonα-Teilchen, in leichtere Elemente genügend häufig vorkommt, um dort einen Aufbau dieser Elemente wahrscheinlich erscheinen zu lassen. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Energieentwicklung der Sterne aus den Massendefekten der Elemente zu erklären, wobei die Annahme von Sechserstößen für den He-Aufbau vermieden wird. Hieran schließen sich einige weitere hypothetische Betrachtungen über den Aufbau der schwereren Elemente.

Versuch zur Datierung von Eisenmeteoriten nach der Rhenium-Osmium-Methode

The rhenium and osmium contents and the isotopic compositions of osmium in a number of meteorites have been measured. Os/Re ratios and 187Os/186Os ratios vary sufficiently as to make the 187Re/187Os dating-method applicable to meteorites. Also, the isotopic compositions of several samples of terrestrial common osmium have been determined, giving variations in the 187Os/186Os ratio which are larger than the terrestrial common strontium variations. The halflife of 187Re still is only tentatively known. Taking the latest value (4.3 · 1010 years), it is shown that the results are in agreement with the assumption that stone meteorites, iron meteorites and the crust of the earth have been formed about 4 to 5 AE ago.

Die Halbwertszeit des K40

ZusammenfassungMit einem Zählrohr, das den ganzen Raumwinkel 4π zu erfassen erlaubt, wurde dieβ-Aktivität des natürlichen Kaliums zunβ=27.1±1.5β-Teilchen/g Kalium sec gemessen. Die γ-Strahlenaktivität wurde mit einem an der Na24 und Co60 γ-Strahlung geeichten Zähler zunγ=3.1±0.3 γ-Quanten/g Kalium sec bestimmt. Es werden Argumente dafür angegeben, daß das von H.Suess angegebene Zerfallsschema als richtig anzusehen ist, wonach bei jedem K-Einfang ein γ-Quant emittiert wird. Damit ergibt sich die Halbwertszeit des K40 zuT=(1,33±0,08)·109 Jahre und die Argonproduktion zu 3,1 Atome A40/g Kalium sec=3,6·10−12 cm3 Argon/g Kalium Jahr.

On a correlation between the common lead model age and the trace-element content of galenas

Abstract It is now well known that the isotopic composition of common lead varies in a significant way with the age of the lead occurrence. Providing certain assumptions are made, this isotopic composition can be used for an estimate of the age of the mineral. This “model” or “conventional” age is often in accordance with other evidence. However there exist a certain number of leads which do not conform to the systematic pattern generally observed. The purpose of this study is to investigate certain aspects of the geology and geochemistry of those leads, the model ages of which are older than the geological age. Their isotopic composition usually appears to be perfectly normal and if the age of the host formation or of the emplacement of the lead occurrence is unknown it may be impossible to detect which leads belong to this type, so that the search for criteria enabling to recognize them is of some importance. Twenty leads from the Alps and twenty-four from North Africa have been studied. In each case the model age, derived from the isotopic composition, has been compared to the age of the host formation or that of the emplacement of the galena. The silver content (and that of some trace elements) of each of these galenas has been measured and compared to the abovementioned ages. Practically all galenas we have investigated that have model ages comparable to the age of the host formation are found in veins, often with more or less obvious magmatic connexions and they are silver rich. On the other hand the leads of those occurrences, located in sedimentary rocks, and apparently independent of igneous activity, are poor in silver and have model ages which are older than the host formation. The origin of the latter, “telethermal”, type of occurrence has often been debated and it has been suggested that these occurrences are “rejuvenated” from an older source of ore. This seems to be borne out by the fact that it is precisely occurrences of this type which contain leads with model ages older than the age of the host formation. It thus seems that when the age of the host formation is known, isotope analyses of lead minerals and the model age derived therefrom, constitute objective criteria enabling us to distinguish which occurrences are emplaced for the first time and which are derived or rejuvenated. In formations of unknown age, a similar criterion which might furnish the same information appears to be the silver content of the galena. In each of the areas studied, we have found that, as regards silver content, there is a sharp distinction, with little or no overlap, between leads with model ages in agreement with the age of the host formation and those with model ages older than that of the host formation.

Gleichzeitige Emission von zwei Elektronen beim radioaktiven Zerfall des Rubidium 87

ZusammenfassungDurch Koinzidenzmessungen wird gezeigt, daß beim Zerfall des Rb 87-Atoms in das Sr 87 zwei Elektronen emittiert werden, wovon das eine das Zerfallselektron ist und das andere wahrscheinlich von der hundertprozentigen inneren Umwandlung einer Kerngammastrahlung herrührt. Eine dieser beiden Elektronenkomponenten ist sehr energiearm, so daß nur bei Verwendung dünnster Rb-Schichten alle Elektronen nachgewiesen werden können. Da mit dieser Tatsache bisher nicht gerechnet wurde, sind die bisherigen Bestimmungen der Halbwertszeit des Rb, die auch untereinander sehr stark streuen, zu revidieren. Berücksichtigt man diese β-β-Koinzidenzen, so erhält man einen Wert für die Halbwertszeit des Rb, der sehr gut mit dem aus geologischen Altersbestimmungen folgenden übereinstimmt. An dem 156-min-Körper des Dy wurden ebenfalls solche β-β-Koinzidenzen gefunden, bei RaE dagegen nicht.

Das Alter des Urans

Abstract Aus den Daten von Nier über die Isotopenzusammensetzung des gewöhnlichen Bleis wird auf Grund der schon von ihm formulierten Arbeitshypothese, das gewöhnliche Blei sei als durch radiogenes Blei der Eruptivgesteine verunreinigtes natürliches Blei aufzufassen, versucht, die ursprüngliche Isotopenzusammensetzung des letzteren zu extrapolieren und eine ziemlich scharfe Abschätzung für das Alter des terrestrischen Urans zu gewinnen. Dabei ergibt sich für das Verhältnis der Atomzahlen des natürlichen Bleis die Zusammensetzung Pb204 : Pb206 : Pb207 : Pb208 = 1: 11,52 : 14,03 : 31,6 und das Alter des Urans zu w = 2,9 ±0,3 • 109 Jahren. Hieraus läßt sich ferner die ursprüngliche Zusammensetzung des Urans und das heutige Verhältnis von Pb/U und Th/U in den als Muttergestein der Bleimineralien aufzufassenden Primärgesteinen in guter Übereinstimmung mit den für Granite experimentell gefundenen Zahlen berechnen. Es wird ferner diskutiert, unter welchen Voraussetzungen w als Alter der Erdkruste oder als Alter der Entstehung der Elemente selbst aufzufassen ist. Die Tatsache der Radioaktivität des Urans ist

Isotopenverhältnisse von „gewöhnlichem“ Blei und ihre Deutung

ZusammenfassungAn 60 Proben von „gewöhnlichem“ Blei verschiedener Herkunft wurde die Isotopenzusammensetzung gemessen. Für diese wird das „Modell-Alter“ sowie das heutige VerhältnisΜ=U238/Pb204 und Th/U in den Muttergesteinen der einzelnen Bleisorten berechnet. Die Ergebnisse werden im einzelnen diskutiert, wobei sich Modell-Alter bis zu 3300 Ma ergeben. Es werden zwei verschiedene Typen anormaler Isotopenzusammensetzung diskutiert und mit Beispielen belegt, für welche das Modell-Alter größer (B-Typ) oder kleiner (J-Typ) als das geologische Alter ist. Der B-Typ erklärt sich als eine Remobilisation einer früher gebildeten Bleiabscheidung, der J-Typ, der formal zu negativen Modell-Altern führen kann, durch eine Zumischung radioaktiven Zerfallsbleis. Zum letzteren Typus gehören rezente Bleiabscheidungen der Fumarolen des Vesuvs, an denen ein erheblicher RaD-Gehalt gefunden wurde.

Zur Quantenmechanik des radioaktiven Kerns

ZusammenfassungAuf Grund der von G. Gamow gegebenen quantenmechanischen Deutung desα-Zerfalls werden die Zerfallskonstanten derα-Strahler aus der Energie derα-Teilchen, den Atomnummern und gewissen charakteristischen Kernradien berechnet. Für je ein Element der radioaktiven Familien wird der Kernradius so berechnet, daß die Zerfallskonstante mit der Erfahrung übereinstimmt. Daraus werden — ohne spezielle Annahmen über den Potentialverlauf in unmittelbarer Nähe des Kerns — die Zerfallskonstanten der übrigenα-Strahler berechnet und in genäherter Übereinstimmung mit den experimentellen Werten gefunden. Daran schließen sich einige qualitative Betrachtungen über den Mechanismus des radioaktiven Zerfalls.

Isotopenzusammensetzung und Radioaktivität von rezentem Vesuvblei

ZusammenfassungDas Blei aus drei Cotunnitproben vom Vesuv wurde radioaktiv und massenspektrometrisch untersucht. Die Radioaktivität wurde als zum RaD und seinen Folgeprodukten gehörig identifiziert und ergab—auf den Auffindungszeitpunkt extrapoliert—21,2±0,5 Zerfälle/s·mg Blei. Das Cotunnitblei läßt sich als ein bisher unbekannter «intermediärer» Bleityp auffassen, der zu etwa 0,7% aus radiogenem Zerfallsblei und im übrigen aus rezentem «gewöhnlichem Blei» besteht. Das Zerfallsblei entstammt einem «Urankonzentrat». dessen Maximalalter sich nach der RaD-Methode zu 17·106 a ermitteln ließ. Die Isotopenzusammensetzung (vgl. Tab. I) zeigt eine ähnliche Anomalie wie die der Bleierzlagerstätten von Joplin, Sudbury u.a. Es wird ein Modell für den Entstehungsmechanismus dieser «J-Typen» angegeben.RiassuntoIl piombo di tre campioni di Cotunnite del Vesuvio è stato esaminato per la sua radioattività e allo spettrometro di massa. La radioattività fu identificata come dipendente dal RaD e dai suoi prodotti di decadimento e risultò dopo estrapolazione al tempo di ritrovamento 21,2±0,5 decadiment/s·mg Pb. Il Piombo della Cotunnite è da ritenere un tipo «intermedio», finora sconosciuto, consistente per circa il 0,7% in piombo di decadimento radiogeno e per il resto in piombo «ordinario» recente. Il piombo di decadimento ha origine da un «concentrato di uranio» la cui antichità massima, col procedimento del metodo RaD, fu potuta fissare a 17·106 a. La composizione isotopica (v. Tab. I) rivela una anomalia simile a quella dei giacimenti piombiferi di Joplin, Sudbury, ecc.. Si propone un modello per il meccanismo di formazione di questi «Tipi J».