Entstehung von 14C durch kosmische Strahlung

Gast3487 · Gast

Meine Frage:
Hallo liebe Mitglieder des Physikerboards,
ich habe zwei Fragen zu der natürlichen Entstehung des radioaktiven Kohlenstoffisotops 14C.
Überall liest man, dass 14C in den oberen Schichten der Atmosphäre entsteht, indem freie Neutronen mit Stickstoffatomen kollidieren und es dann zu der Kernreaktion 14N + n -> 14C + p kommt. Die so entstandenen 14C-Atome gelangen dann in den Kohlenstoffkreislauf der Erde, wobei ein Gleichgewicht zwischen Entstehung und Zerfall besteht (was letztendlich auch die Radiokarbonmethode ermöglicht).
Nun meine Fragen:
1.) Entsteht 14C auf natürlichem Weg auch auf der Erdoberfläche, indem dort Neutronen aus der kosmischen Höhenstrahlung auftreffen?
2.) Ist der 14C Gehalt auf der Erde abhängig von der Höhenlage, d.h. ist in großen Höhen, z.B. in Gebirgen, mehr 14C vorhanden?

Meine Ideen:
Wenn Neutronen aus der kosmischen Höhenstrahlung auf die Erdoberfläche auftreffen und mit dort vorhandenen Stickstoffatomen kollidieren, müsste auch auf diese Weise 14C entstehen.
Geht man nun davon aus, dass der Neutronengehalt der kosmischen Strahlung in großen Höhen, z.B. in Gebirgen, deutlich erhöht ist, hätte dies ja zur Folge, dass in großen Höhen ein größerer 14C Gehalt im Boden und in der Luft herrschen müsste als auf Meeresniveau.
Ist diese Annahme so korrekt oder hängt der 14C Gehalt auf der Erde nicht von der Höhenlage ab?

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Moin!

Bin skeptisch bezüglich genauer Daten: CO2 ist ein seltener Bestandteil der Luft (~ 4 * 10^-4) und innerhalb der paar CO2-Moleküle gibt es nur sehr wenig C14 (~10^-12), die kosmische Strahlung wird in der Atmosphäre stark abgeschwächt und die Masse der Luftteilchen (in der Troposphäre) ordentlich durchmischt, in der Biosphäre verwurstet ...

Natürlich gibt es auf der Erdoberfläche freie Neutronen (z.B. vom Uran), aber wieviel C14 die anteilig produzieren - k.A.

Brillant X · Gast

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5852

In Demtröder, Bd. 4 steht einiges zum Thema. Nur kurz einige Punkte:

-Es ist überhaupt nicht so, dass bei der Altersbestimmung mittels der C14-Methode angenommen wird, dass die 14C-Produktion und das Verhältnis 14C/12C immer konstant gewesen war. Im Gegenteil, bei der genauen Analyse müssen zahlreiche Störeffekte (Sonnenaktivität, Erdmagnetfeld u.a.) berücksichtigt werden. Übrigens unterlag die 14C-Entstehung auch kurzfristigeren Schwankungen. So sank der 14C-Anteil in den letzten 100 Jahren durch die Verbrennung von 14C-armer Kohle, anderseits stieg (nach Demtröder) durch Kernwaffentests in den 60er Jahren der 14C-Anteil in der Atmosphäre um bis zu 4%.

-Die Neutronen aus der kosmischen Strahlung gelangen im Gegensatz zu den Protonen auch in tiefere Atmosphärenschichten. Der CO2-Austausch in der Atmosphäre benötigt wenige Monate, über Jahrzehnte gelangt das CO2 auch in tiefere Ozeanschichten. Aber auch hier, die genauen Verhältnisse sind kompliziert, und es gibt viel Literatur zum Thema.