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Viele Menschen glauben, dass Gesteine anhand der Radiokarbonanalyse (Kohlenstoff-14-Datierung) auf „Millionen von Jahren” datiert werden. Dies ist jedoch nicht der Fall. Der Grund dafür ist einfach: Kohlenstoff-14 kann nur „Tausende von Jahren” existieren, bevor er zerfällt.

Die bekannteste aller radiometrischen Datierungsmethoden ist die Radiokarbondatierung. Obwohl viele glauben, dass die Radiokarbondatierung zur Bestimmung des Alters von Gesteinen verwendet wird, beschränkt sie sich auf die Datierung von Gegenständen, die Kohlenstoff enthalten und einst lebendig waren (z. B. Fossilien).

Wie entsteht Kohlenstoff-14?

Im Gegensatz zu radioaktivem Kohlenstoff (^14C) werden andere radioaktive Elemente, die zur Datierung von Gesteinen verwendet werden – Uran (^238U), Kalium (^40K) und Rubidium (^87Rb) – unseres Wissens nach nicht auf der Erde gebildet. Daher kann man davon ausgehen, dass Gott diese Elemente wahrscheinlich zu Beginn der Erdgeschichte geschaffen hat.

Im Gegensatz dazu wird radioaktiver Kohlenstoff heute ständig in den oberen Schichten der Erdatmosphäre gebildet. Und soweit wir wissen, wird er auf diese Weise gebildet, seit die Atmosphäre am zweiten Tag der Erschaffung der Erde (dem Teil des Raumes oder der Feste, der in Genesis 1:6-8 beschrieben wird) entstanden ist.

Wie entsteht also radioaktiver Kohlenstoff-14? 

Radioaktiver Kohlenstoff entsteht, wenn kosmische Strahlen aus dem Weltraum ständig die oberen Schichten der Erdatmosphäre bombardieren und dabei Neutronen (subatomare Teilchen ohne elektrische Ladung) erzeugen, die sich schnell bewegen.¹ Neutronen kollidieren mit hoher Geschwindigkeit mit Stickstoff-14-Atomen, dem häufigsten Element in der oberen Atmosphäre, und verwandeln sie in radioaktive Kohlenstoffatome (Kohlenstoff-14).

Da die Atmosphäre zu etwa 78 % aus Stickstoff besteht, werden viele radioaktive Atome produziert – insgesamt etwa 16,5 Pfund (7,5 kg) pro Jahr. Diese verbinden sich schnell mit Sauerstoffatomen (dem zweithäufigsten Element in der Atmosphäre, 21 %) und bilden Kohlendioxid (_CO₂).

Kohlendioxid, das nun radioaktives Kohlenstoff-14 enthält, unterscheidet sich chemisch nicht von normalem Kohlendioxid in der Atmosphäre, obwohl es etwas schwerer ist, da es zwei Protonen mehr hat als normales Kohlenstoff-12. Radioaktives und nicht radioaktives Kohlendioxid verbinden sich in der Atmosphäre und lösen sich in den Ozeanen auf.

Durch Photosynthese gelangt Kohlendioxid in Pflanzen und Algen und bringt radioaktiven Kohlenstoff in die Nahrungskette. Radioaktiver Kohlenstoff gelangt in den Organismus von Tieren, wenn diese Pflanzen verzehren.

Bestimmung der Halbwertszeit von radioaktivem Kohlenstoff

Nach der Bildung von radioaktivem Kohlenstoff sind die Kerne der Kohlenstoff-14-Atome instabil, sodass sie mit der Zeit zu stabilen Stickstoff-14-Kernen zerfallen. Das Neutron zerfällt in ein Proton und ein Elektron, wobei das Elektron ausgestoßen wird. Dieser Vorgang wird als Betazerfall bezeichnet. Die ausgestoßenen Elektronen werden als Betateilchen bezeichnet und bilden die sogenannte Betastrahlung.

Nicht alle Atome des radioaktiven Kohlenstoffs zerfallen gleichzeitig. Verschiedene Kohlenstoff-14-Atome wandeln sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten wieder in Stickstoff-14 um, was erklärt, warum der Zerfall als zufälliger Prozess angesehen wird.

Um die Zerfallsrate zu messen, erfasst ein entsprechender Detektor die Anzahl der Beta-Teilchen, die aus einer bestimmten Menge Kohlenstoff innerhalb eines bestimmten Zeitraums, beispielsweise einem Monat (zur Veranschaulichung), abgegeben werden. Da jedes Betateilchen ein einzelnes Kohlenstoff-14-Atom darstellt, das zerfallen ist, wissen wir, wie viele Kohlenstoff-14-Atome innerhalb eines Monats zerfallen.

Chemiker haben bereits bestimmt, wie viele Atome in einer bestimmten Masse jedes Elements, beispielsweise des oben genannten Kohlenstoffs, enthalten sind. Wenn wir also ein Stück Kohlenstoff wiegen, können wir berechnen, wie viele Atome darin enthalten sind.

Wenn wir wissen, welcher Anteil der Kohlenstoffatome radioaktiv ist, können wir berechnen, wie viele davon in einer Masseneinheit enthalten sind. Wenn wir die Anzahl der Atome kennen, die in unserer Probe innerhalb eines Monats zerfallen sind, können wir die Zerfallsrate des radioaktiven Kohlenstoffs berechnen.

Die Standardmethode zur Angabe der Zerfallsrate wird als Halbwertszeit bezeichnet. Sie ist definiert als die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte einer bestimmten Menge eines radioaktiven Elements zerfallen ist. Wenn wir also mit 2 Millionen Kohlenstoff-14-Atomen in unserer gemessenen Menge beginnen, ist die Halbwertszeit die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte (d. h. 1 Million) dieser Atome zu zerfallen. 

Die Halbwertszeit von radioaktivem Kohlenstoff (die Zerfallsrate) beträgt 5730 Jahre.

Verwendung von Kohlenstoff-14 zur Altersbestimmung von Objekten

Im Folgenden wird erläutert, wie Wissenschaftler dieses Wissen heute nutzen. Wenn Kohlenstoff-14 über einen sehr langen Zeitraum mit konstanter Geschwindigkeit gebildet und ständig in die Biosphäre eingebracht wird, sollte sein Gehalt in der Atmosphäre konstant bleiben.

Wenn der Gehalt konstant ist, sollten auch lebende Pflanzen und Tiere einen konstanten Gehalt an Kohlenstoff-14 aufweisen. Dies geschieht, weil ein Organismus, solange er lebt, jedes Kohlenstoff-14-Molekül, das zu Stickstoff zerfallen ist, durch ein neues ersetzt.

Nach dem Tod ersetzen Pflanzen und Tiere jedoch keine Moleküle mehr, die zerfallen sind. Stattdessen zerfallen die Atome des radioaktiven Kohlenstoffs in ihren Körpern langsam, sodass das Verhältnis von radioaktiven Kohlenstoff-14-Atomen zu normalen Atomen mit der Zeit stetig abnimmt.

Nehmen wir an, wir haben einen Mammutschädel gefunden und möchten bestimmen, wie lange das Tier gelebt hat. Wir können im Labor die Menge an Kohlenstoff-14-Atomen messen, die sich noch im Schädel befinden. Wenn wir davon ausgehen, dass das Mammut ursprünglich die gleiche Menge an Kohlenstoff-14-Atomen in seinen Knochen hatte wie heute lebende Organismen (etwa ein Kohlenstoff-14-Atom pro Billion Kohlenstoff-12-Atome), können wir, da wir auch die Halbwertszeit von radioaktivem Kohlenstoff kennen, können wir berechnen, wie lange das Mammut bereits tot ist. Dies ist sehr einfach.

Diese Datierungsmethode ähnelt dem Prinzip einer Sanduhr. Die Sandkörner in der oberen Schale repräsentieren zu Beginn die Kohlenstoff-14-Atome im lebenden Mammut, bevor es starb. Es wird angenommen, dass die Menge an Kohlenstoff-14-Atomen dieselbe ist wie bei heute lebenden Elefanten. Mit der Zeit fallen diese Sandkörner in die untere Schale: Die neue Anzahl von Sandkörnern in der oberen Schale der Uhr entspricht also den Kohlenstoff-14-Atomen, die im Schädel des Mammuts verblieben waren, als wir ihn gefunden haben.

Die Differenz in der Anzahl der Sandkörner entspricht der Anzahl der Kohlenstoff-14-Atome, die nach dem Tod des Mammuts zu Stickstoff-14 zerfallen sind. Da wir die Fallgeschwindigkeit der Sandkörner (die Halbwertszeit des radioaktiven Kohlenstoffs) gemessen haben, können wir anschließend berechnen, wie lange es gedauert hat, bis die Kohlenstoff-14-Atome zerfallen sind, d. h. wie viele Jahre vor unserer Zeit das Mammut gestorben ist.

So funktioniert die Radiokarbonmethode. Da die Halbwertszeit von Kohlenstoff-14 nur 5730 Jahre beträgt, eignet sich diese Methode nur für die Datierung von Materialien, die mehrere tausend, aber nicht mehrere Millionen Jahre alt sind. Letzteres widerspricht dem Rahmen der Erdgeschichte, wie er in der Bibel dargestellt wird, die Gottes Erzählung der Geschichte ist.