Radiometrische Datierung: Beginnen wir mit den Grundlagen #1
Radiometrische Datierung wird häufig verwendet, um zu „bestätigen”, dass Gesteine vor Millionen von Jahren entstanden sind. Wenn Sie jedoch die Grundlagen dieser Methode kennenlernen, werden Sie erkennen, wie falsche Annahmen zu falschen Datierungen führen.
Die meisten Menschen glauben, dass die radioaktive Datierung die Milliarden Jahre alte Geschichte der Erde bestätigt hat. Schließlich wird dies in Lehrbüchern, Medien und Museen aktiv als Tatsache dargestellt.
Allerdings kennen nur wenige die Prinzipien der radiometrischen Datierung oder interessieren sich dafür, welche Annahmen zu solchen Schlussfolgerungen führen. Lassen Sie uns überprüfen, wie zuverlässig diese Datierungsmethode ist.
Atome: Was wir heute beobachten
Jedes chemische Element, wie beispielsweise Kohlenstoff und Sauerstoff, besteht aus Atomen. Es wird angenommen, dass jedes Atom aus drei Hauptteilen besteht.
Abbildung 1. Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13, Kohlenstoff-14 Der Kernbesteht aus Protonen (winzigen Teilchen mit positiver elektrischer Ladung) und Neutronen (Teilchen ohne elektrische Ladung). Um das Atomkern kreisen Elektronen (winzige Teilchen, von denen jedes eine negative elektrische Ladung aufweist).
Die Atome jedes Elements können sich durch eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Kern unterscheiden. Solche Kernvarianten werden als Isotope eines bestimmten Elements bezeichnet. Die Anzahl der Neutronen ist unterschiedlich, jedoch hat jedes Atom eines Elements immer die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen.
So enthält beispielsweise jedes Kohlenstoffatom sechs Protonen und sechs Elektronen, aber die Anzahl der Neutronen in jedem Kern kann unterschiedlich sein: sechs, sieben oder sogar acht. Daher hat Kohlenstoff drei Isotope (Varianten), die als Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 bezeichnet werden (Abb. 1).
Radioaktiver Zerfall
Einige Isotope sind radioaktiv. Das bedeutet, dass sie instabil sind, da ihre Kerne zu groß sind. Um Stabilität zu erreichen, muss das Atom Veränderungen vornehmen, insbesondere im Kern. In einigen Fällen können Isotope Teilchen abgeben, vor allem Neutronen und Protonen. (Diese beweglichen Teilchen können mit einem Geigerzähler usw. registriert werden.)
Das Endergebnis ist ein stabiles Atom, jedoch handelt es sich um ein anderes chemisches Element (nicht Kohlenstoff), da das Atom nun eine andere Anzahl von Protonen und Elektronen aufweist.
Dieser Prozess des Übergangs von einem Element (Mutterisotop) in ein anderes (Tochterisotop) wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet. Die zerfallenen Mutterisotope werden als Radioisotope bezeichnet.
Das Wort „Zerfall” sollte jedoch nicht wörtlich im uns bekannten Sinne verstanden werden. Die Tochteratome sind in ihrer Qualität den Mutteratomen, aus denen sie entstanden sind, in nichts nachgestellt. Beide Atome sind in jeder Hinsicht normal.
Geologen verwenden häufig fünf Mutterisotope zur Bestimmung des Alters von Gesteinen: Uran-238, Uran-235, Kalium-40, Rubidium-87 und Samarium-147. Diese Mutterisotope zerfallen in die Tochterisotope Blei-206, Blei-207, Argon-40, Strontium-87 und Neodym-143.
Daher verwenden Geologen folgende Paare zur Datierung von Gesteinen: Uran – Blei (zwei Zerfallsvarianten), Kalium – Argon, Rubidium – Strontium oder Samarium – Neodym. Bitte beachten Sie, dass Kohlenstoff-14 (oder radioaktiver Kohlenstoff) nicht zur Datierung verwendet wird, da die meisten Gesteine ihn nicht enthalten.
Moderne chemische Analyse von Gesteinen
Abbildung 2. U– Mutteratome. Pb – Tochteratome.Geologen können nicht jedes Gestein zur Datierung verwenden. Sie müssen Gesteine finden, die die oben genannten Isotope enthalten, auch wenn diese nur in geringen Mengen vorhanden sind. Meistens handelt es sich dabei um Gesteinskörper, die während der Abkühlung von Magma entstanden sind. Beispiele hierfür sind Granite (entstehen bei der Abkühlung unter der Erde) und Basalte (entstehen bei der Abkühlung von Lava an der Erdoberfläche).
Der nächste Schritt besteht darin, die Menge der Mutter- und Tochterisotope in den Gesteinsproben zu bestimmen. Speziell ausgestattete Labore können dies mit höchster Genauigkeit durchführen. Daher bestreitet im Grunde genommen kaum jemand die Ergebnisse der chemischen Analyse.
Allerdings ist es gerade die Interpretation der chemischen Analysen, die Probleme verursacht. Betrachten wir anhand einer Analogie mit einer Sanduhr, wie Geologen das Alter von Gesteinen aus diesen chemischen Analysen „ablesen” (Abb. 2).
In einer Sanduhr fallen kleine Sandkörner mit konstanter Geschwindigkeit aus der oberen Schale der Uhr. Nach einer Stunde ist der gesamte Sand von der oberen Schale in die untere Schale geflossen. Das heißt, nach einer halben Stunde sollte sich die Hälfte des Sandes in der oberen Schale und die andere Hälfte in der unteren Schale befinden.
Nehmen wir an, dass eine Person nicht gesehen hat, wann die Sanduhr umgedreht wurde. Sie betritt den Raum und bemerkt, dass sich die Hälfte des Sandes in der oberen Schale und die andere Hälfte in der unteren Schale befindet. Die meisten Menschen würden davon ausgehen, dass die „Uhr“ vor einer halben Stunde umgedreht wurde.
Nach derselben Analogie stellen die Sandkörner in der oberen Schale die Atome des Mutterisotops dar (Uran-238, Kalium-40 usw.). (Abb. 2). Der Sand, der herunterfällt, steht für den radioaktiven Zerfall, und der Sand in der unteren Schale steht für die Tochterisotope (Blei-206, Argon-40 usw.).
Wenn ein Geologe eine Gesteinsprobe untersucht, geht er davon aus, dass alle Tochteratome durch den Zerfall der Mutteratome seit der Entstehung des Gesteins entstanden sind. Da er die Zerfallsrate des Mutteratoms kennt, kann der Geologe berechnen, wie lange es dauert, bis ein Tochteratom (das heute im Gestein nachweisbar ist) entsteht.
Was jedoch, wenn diese Annahmen falsch sind? Was, wenn später radioaktives Material in die obere Schale hinzugefügt wurde oder sich die Zerfallsrate geändert hat? In den folgenden Artikeln werden wir Annahmen betrachten, die zu einer falschen Datierung führen können, und wir werden uns ansehen, wie uns eine Geschichte aus der Bibel dabei helfen kann, die Besonderheiten des radioaktiven „Alters” moderner Gesteine besser zu verstehen.
