Bei einer sehr konstanten Geschwindigkeit zerfällt instabiles Kohlenstoff-14 allmählich zu Kohlenstoff-12. Das Verhältnis dieser Kohlenstoffisotope zeigt das Alter einiger der ältesten Bewohner der Erde.
Kosmische Strahlung bombardiert die Erdatmosphäre und erzeugt das instabile Isotop Kohlenstoff-14. Mit diesem Isotop können Wissenschaftler das Alter von einst lebenden Dingen lernen. Bild über Ethan Siegel / Simon Swordy / NASA.
Radiokohlenstoffdatierung ist eine Technik, mit der Wissenschaftler das Alter von biologischen Exemplaren - zum Beispiel archäologischen Holzartefakten oder antiken menschlichen Überresten - aus der fernen Vergangenheit lernen. Es kann für Objekte verwendet werden, die etwa 62.000 Jahre alt sind. So funktioniert das.
Was ist ein Isotop?
Um die Radiokarbondatierung zu verstehen, muss man zuerst das Wort verstehen Isotop.
Ein Isotop ist das, was Wissenschaftler zwei oder mehr Formen desselben Elements nennen. Wenn Sie die Atome von zwei verschiedenen Isotopen betrachten könnten, würden Sie gleich viele finden Protonen aber unterschiedliche Anzahlen von Neutronen in den Atomen Kern oder Kern.
Es gibt also einen Unterschied in der relative Atommassen von zwei Isotopen. Sie haben aber immer noch die gleichen chemischen Eigenschaften. Ein Kohlenstoffatom ist ein Kohlenstoffatom ist ein Kohlenstoffatom…
Obwohl sich die Anzahl der Protonen eines Elements nicht ändern kann, kann die Anzahl der Neutronen in jedem Atom geringfügig variieren. Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen werden Isotope genannt. Hier ist ein Beispiel mit dem einfachsten Atom, Wasserstoff. Radiokarbondatierung verwendet Isotope des Elements Kohlenstoff. Bild über die 8. Klasse von Mr. Gotney.
Radiokarbondatierung verwendet Kohlenstoffisotope.
Die Radiokohlenstoffdatierung beruht auf den Kohlenstoffisotopen Kohlenstoff-14 und Kohlenstoff-12. Wissenschaftler suchen die Verhältnis dieser beiden Isotope in einer Probe.
Der meiste Kohlenstoff auf der Erde existiert als sehr stabiles Isotop Kohlenstoff-12, mit einer sehr geringen Menge als Kohlenstoff-13.
Kohlenstoff-14 ist ein instabiles Kohlenstoffisotop, das schließlich mit bekannter Geschwindigkeit zu Kohlenstoff-12 zerfällt.
Kosmische Strahlung - energiereiche Partikel von außerhalb des Sonnensystems - bombardiert kontinuierlich die obere Atmosphäre der Erde und erzeugt dabei den instabilen Kohlenstoff-14. Kohlenstoff-14 gilt als a radioaktiv Isotop von Kohlenstoff. Weil es instabil ist, zerfällt Kohlenstoff-14 schließlich wieder in Kohlenstoff-12-Isotope. Da der Beschuss mit kosmischen Strahlen ziemlich konstant ist, gibt es ein nahezu konstantes Verhältnis von Kohlenstoff-14 zu Kohlenstoff-12 in der Erdatmosphäre.
Organismen an der Basis der Nahrungskette, die Photosynthese betreiben - zum Beispiel Pflanzen und Algen - nutzen den Kohlenstoff in der Erdatmosphäre. Sie haben das gleiche Verhältnis von Kohlenstoff-14 zu Kohlenstoff-12 wie die Atmosphäre, und dieses gleiche Verhältnis wird dann über die Nahrungskette bis zu Raubfischen wie Haien übertragen.
Aber wenn der Gasaustausch gestoppt wird, sei es in einem bestimmten Teil des Körpers, wie in Ablagerungen in Knochen und Zähnen, oder wenn der gesamte Organismus stirbt, beginnt das Verhältnis von Kohlenstoff-14 zu Kohlenstoff-12 abzunehmen. Das instabile Kohlenstoff-14 zerfällt allmählich mit einer konstanten Geschwindigkeit zu Kohlenstoff-12.
Und das ist der Schlüssel zur Radiokarbon-Datierung. Wissenschaftler messen das Verhältnis von Kohlenstoffisotopen, um abschätzen zu können, wie lange eine biologische Probe aktiv oder lebendig war.
Dieses Diagramm zeigt den Kohlenstoff-14-Gehalt in der Atmosphäre, gemessen in Neuseeland (rot) und Österreich (grün), als Darstellung der südlichen bzw. nördlichen Hemisphäre. Durch oberirdische Atomtests wurde die Menge an Kohlenstoff-14 in der Atmosphäre fast verdoppelt. Aus diesem Grund wurden oberirdische Atomtests verboten. Der schwarze Pfeil zeigt an, wann der Vertrag über das teilweise Verbot von Atomtests in Kraft getreten ist, der oberirdische Atomtests untersagt. Bild über Hokanomono über Wikimedia Commons.
Eine besondere Art der Radiokarbondatierung: Bomb Radiokarbondatierung.
Wie oben erwähnt, bleibt das Kohlenstoff-14-Kohlenstoff-12-Verhältnis in der Atmosphäre nahezu konstant. Es ist nicht absolut konstant, da verschiedene Variablen die Höhe der kosmischen Strahlung beeinflussen, die die Atmosphäre erreicht, wie z. B. die schwankende Stärke des Erdmagnetfelds, Sonnenzyklen, die die Menge der kosmischen Strahlung beeinflussen, die in das Sonnensystem eintritt, klimatische Veränderungen und menschliche Aktivitäten. Zu den bedeutenden Ereignissen, die eine vorübergehende, aber signifikante Erhöhung des atmosphärischen Kohlenstoff-14-Kohlenstoff-12-Verhältnisses verursachten, gehörten oberirdische Atomtest-Detonationen in den zwei Jahrzehnten nach dem Zweiten Weltkrieg.
Bombenradiokarbondatierung ist eine Bezeichnung für Radiokohlenstoffdatierung auf der Grundlage von Zeitstempeln, die von oberirdischen Kernexplosionen stammen, und sie ist besonders nützlich, um Organismen, die diese Ereignisse überstanden haben, ein absolutes Alter zu geben. In der kosmischen Geschichte von Carbon-14 schreibt Ethan Siegel:
Die einzige größere Schwankung, von der wir wissen, trat auf, als wir Mitte des 20. Jahrhunderts damit begannen, Atomwaffen unter freiem Himmel zu detonieren. Wenn Sie sich jemals gefragt haben, warum Atomtests jetzt im Untergrund durchgeführt werden, ist dies der Grund.
Die meisten Radiokohlenstoffdatierungen werden heutzutage mit einem Beschleuniger-Massenspektrometer durchgeführt, einem Instrument, das die Anzahl von Kohlenstoff-14 und Kohlenstoff-12 in einer Probe direkt zählt.
Eine detaillierte Beschreibung der Radiokarbon-Datierung finden Sie auf der Wikipedia-Webseite zur Radiokarbon-Datierung.
Fazit: Die Radiokarbon-Datierung ist eine Technik, mit der Wissenschaftler das Alter von biologischen Proben aus der fernen Vergangenheit ermitteln können.