Mit der Expositionsdatierung kann das Alter einer durch geologische Prozesse entstandenen Oberfläche bestimmt werden, etwa von Gletscherschliffen, Moränen, Flussterrassen, Bergstürzen oder Lavaflüssen. Eine wesentliche Voraussetzung ist jedoch, dass die Oberfläche seit ihrer Entstehung weitgehend stabil blieb und weder durch Erosion modifiziert noch durch zwischenzeitliche Bedeckung, etwa durch Schnee oder Bodenbildung, teilweise vom direkten Einfluss kosmischer Strahlung abgeschirmt wurde. Alternativ müssen Erosionsrate oder zwischenzeitliche Bedeckung durch unabhängige Beobachtungen bekannt sein. Ein gutes Verständnis der geomorphologischen Situation gefolgt von einer sorgfältigen, detaillierten Beprobung sind essentiell, da Fehler später analytisch nicht korrigiert werden können.

Geeignete Materialen sind unter anderem Quarz (¹⁰Be, ¹⁴C, ²¹Ne, ²⁶Al), Feldspat (³⁶Cl), Karbonate (³⁶Cl), Olivin & Pyroxen (³He, ²¹Ne), Basalt (³⁶Cl) und Zirkon (^78,81Kr). Der maximale Zeitraum, der mit Expositionsdatierungen abgedeckt werden kann, beträgt etwa vier Halbwertszeiten, d.h. ~ 5.6 Ma für ¹⁰Be, ~2.8 Ma für ²⁶Al und ~1.2 Ma für ³⁶Cl. Für stabile Edelgase (³He, ²¹Ne, ⁷⁸Kr) gibt es keinen maximalen Datierungszeitraum; in geologisch außerordentlich stabilen Landschaften, etwa in der Atacama-Wüste oder in der Antarktis, können daher Expositionsalter von mehreren 10 Ma bestimmt werden.
 

Unterschiedliche Zerfallsraten kosmogener Radionuklide ermöglichen es zu bestimmen, wie lange ursprünglich exponierte Sedimente durch Bedeckung vor kosmischer Strahlung abgeschirmt waren, sofern das ursprüngliche Nuklidverhältnis bekannt ist. Typische Anwendungen sind z.B. eingespülte Höhlensedimente, Sedimente mächtiger Ablagerungen sowie klastische lakustrine Sedimente.

Für terrestrische Proben wird aufgrund des bekannten, und im Normalfall annähernd konstanten Produktionsratenverhältnisses, meist das Nuklidpaar ²⁶Al/¹⁰Be in Quarz verwendet. Der geeignete Zeitraum für ²⁶Al/¹⁰Be liegt bei einigen hunderttausend bis wenigen Millionen Jahren. Seit kurzem steht zudem das Nuklidpaar ⁸¹Kr/⁷⁸Kr in Zirkon für den Altersbereich von 50 ka bis 1 Ma zur Verfügung.
 

Die Konzentration von kosmogenen Nukliden in erodierenden Oberflächen ist proportional zur Erosionsrate. Repräsentative Sedimente aus einem Einzugsgebiet können daher zur Abschätzung der mittleren Erosionsrate genutzt werden. Voraussetzung ist, dass die Erosion langanhaltend und gleichförmig verläuft. Für diese Anwendung wird meist ¹⁰Be in Quarz verwendet.

„Langanhaltend“ beschreibt dabei den Zeitraum, der nötig ist, um einige Meter Gestein abzutragen.
„Gleichförmig“ bedeutet, dass die Erosionsrate über diesen Zeitraum konstant bleibt. 
 

Beryllium besitzt ein stabiles (⁹Be) und zwei kosmogene Radionuklide (⁷Be, T_1/2 = 53 Tage und ¹⁰Be, T_1/2 = 1.39 Ma). Aufgrund seiner langen Halbwertszeit, ist ¹⁰Be besonders gut für geologische Anwendungen im gesamten Quartär und Pliozän geeignet. Es wird in oberflächennahen Gesteinen und Mineralen vorwiegend durch Spallationsreaktionen an Sauerstoff gebildet.

Da in der Erdatmosphäre ebenfalls ¹⁰Be entsteht, ist die Trennung der atmosphärischen und der in-situ gebildeten Komponente bei der Probenaufbereitung von zentraler Bedeutung. Für in-situ Anwendungen wird überwiegend Quarz als Targetmineral verwendet, da sich die quantitative Entfernung der atmosphärischen Komponente aus anderen Mineralen schwierig gestaltet. Die atmosphärische Komponente (sog. meteorisches ¹⁰Be) kann wiederum zur Datierung feinkörniger Sedimente verwendet werden (1 bis- ~14 Ma).

Beschreibungen der ¹⁰Be Probenaufbereitung und Messungen in Köln sowie Vergleiche zu anderen Laboren finden Sie in: 

Neon besitzt drei stabile Isotope ²¹Ne, ²²Ne  und ²⁰Ne, welche alle durch Spallationsreaktionen an Silizium, Magnesium und Aluminium gebildet werden. Zur Quantifizierung von Erdoberflächenprozessen wird die Konzentration des seltensten Ne-Isotops, ²¹Ne (0.3% des Neons in der Atmosphäre), bestimmt. Die simultane Messung der beiden anderen Neon- Isotope erlaubt die genaue Bestimmung des kosmogen produzierten Anteils ²¹Ne_cos. 

Als Targetmineral wird überwiegend Quarz verwendet (häufig, verwitterungsbeständig, einfache Targetchemie), mit  Silizium als einzigem Targetnuklid. Kosmogenes Neon eignet sich besonders für die Expositionsdatierung alter Oberflächen (>1 Ma). In Kombination mit ¹⁰Be eignet sich ²¹Ne für Bedeckungsalterdatierungen auch jenseits von 5 Ma.

Beschreibungen der ²¹Ne Probenaufbereitung und Messungen in Köln sowie Vergleiche mit anderen Laboren finden Sie in:

Aluminium besitzt ein stabiles (²⁷Al) und ein kosmogenes Radionuklid (²⁶Al, T_1/2 = 700 ka). In geologischen Anwendungen wird ²⁶Al häufig gemeinsam mit ¹⁰Be verwendet, da diese Kombination die Erkennung komplexer Expositionsgeschichten erlaubt. Zudem bildet das Nuklid zusammen mit ¹⁰Be die Grundlage der klassischen Bedeckungsalterdatierung.

²⁶Al wird in oberflächennahen Silikaten hauptsächlich durch Spallationsreaktionen an Silizium gebildet. Eine nennenswerte Produktion in der Atmosphäre findet nicht statt. Für die Messung wird fast ausschließlich Quarz verwendet, da hohe Gehalte an stabilem Aluminium (>100 ppm; wie es bei anderen Silikaten häufig ist) die AMS-Analyse erschweren. Die Bestimmung der ²⁶Al-Konzentration erfordert zudem eine genaue Messung des stabilen ²⁷Al. 

Beschreibungen der ²⁶Al Messungen in Köln sowie Vergleiche mit anderen Laboren finden Sie in: 

Chlor besitzt zwei stabile Isotope (³⁵Cl und ³⁷Cl) und ein Radionuklid (³⁶Cl, T_1/2 = 300 ka). ³⁶Cl wird in oberflächennahen Gesteinen und Mineralen vor allem durch Spallationsreaktionen an Kalzium und Kalium, aber auch an Eisen und Titan gebildet. In chlorhaltigen Proben spielt zusätzlich die Produktion durch thermische Neutronen eine wichtige Rolle.

Da der Fluss thermischer Neutronen empfindlich auf Umweltbedingungen wie Feuchtigkeit reagiert und dadurch schwer vorhersagbar ist, sollten Proben idealerweise wenig stabiles Chlor enthalten. Ein besonderer Vorteil von ³⁶Cl ist, dass es routinemäßig in Karbonaten gemessen werden kann (als einziges kosmogenes Nuklid). Bei der Probenaufbereitung ist neben der Entfernung chlorhaltiger Phasen durch Mineralseparation und chemische Laugung insbesondere die quantitative Entfernung von Schwefel wichtig, da ³⁶S eine Interferenz bei der AMS-Messung darstellt.

Beschreibungen der ³⁶Cl Probenaufbereitung und Messungen in Köln sowie Vergleiche mit anderen Laboren finden Sie in:

Krypton ist das einzige Edelgas welches stabile (⁷⁸Kr, ⁸⁰Kr, ⁸²Kr, ⁸³Kr, ⁸⁴Kr, ⁸⁶Kr) und Radioisotope (⁸¹Kr, T_½=229  ka, ⁸⁵Kr T_½=10,7  a ) besitzt. Weiterhin ist ⁷⁸Kr, neben der kosmogenen und atmosphärischen Komponenten, frei von geochemischen Interferenzen (wesentlicher Unterschied zu ³He oder ²¹Ne). Alle Isotope werden durch Spallationsreaktionen an Rubidium, Strontium, Yttrium, Zirconium und Niob gebildet.

Die simultane Messung aller Krypton-Isotope erlaubt die genaue Bestimmung des kosmogen ⁷⁸Kr_cos; ⁸¹Kr ist ausschließlich kosmogenen Ursprungs. Mögliche Targetminerale sind z.B. Zirkon, Xenotim und Columbit. Kosmogenes ⁷⁸Kr ermöglicht die Bestimmung von Paleoerosionsraten in Sedimenten jeden Alters. Das Paar ⁸¹Kr/⁷⁸Kr eignet sich für Bedeckungsalterdatierungen zwischen ca. 50 ka und ~1Ma. Die methodischen Grundlagen für terrestrische in-situ Anwendungen von kosmogenem Krypton wurden in Köln entwickelt.

Information zur Methodik, zur Krypton Probenaufbereitung und zu Messungen in Köln finden Sie in:

Zusammen mit anderen anthropogenen Radionukliden, wie z.B. ⁹⁰Sr und ¹³⁷Cs, wurde Plutonium bei den atmosphärischen Atombombentests der 1950er und frühen 60er Jahre freigesetzt und weltweit als Fallout abgelagert. Die Anwendung von Fallout Plutonium in der Bodenkunde ist im Wesentlichen äquivalent zur Anwendung von ¹³⁷Cs, bringt jedoch Vorteile.

Plutonium wird bei Reaktorhavarien, z.B. Tschernobyl, nicht weiträumig verbreitet. Dadurch ist das Bomben-Fallout-Signal von Pu in Europa unverfälscht erhalten , jenes von 137Cs nicht; die beschleunigermassenspektrometrische Bestimmung der Pu Isotopenhäufigkeiten erlaubt die Bestimmung der Pu-Quelle als auch die Analyse kleinster Probenmengen.

Beschreibungen der Plutonium-Probenaufbereitung und Messungen in Köln sowie Vergleiche mit anderen Laboren finden Sie in: