De atmosfeer
De atmosfeer bestaat uit 78% stikstof, 21% zuurstof,
0,93% argon, 0,03% koolstofdioxide en voor 0,04% uit andere
gassen.
Koolstof als bouwstof
Dat koolstofdioxide (CO.2), daar gaat het om, wordt opgenomen door
de planten, en die koolstof (C) komt dan weer via
dierlijke of plantaardige weg in ons lichaam terecht. Alle levende
organismen gebruiken uiteindelijk die C van dat CO.2 als bouwstof voor
hun lichaam.
Deze koolstof is het normale C.12, met 6 protonen en 6 neutronen in de
atoomkern.
Kosmische straling
Op grote hoogte bombardeert kosmische straling onze atmosfeer.
Een van de effecten is dat er regelmatig een stikstofatoom (N.16) zo wordt
beïnvloed dat deze verandert in een instabiel (lees: radioaktief) C.14 atoom.
Op jaarbasis praten we over de omzetting van 10 kilogram
stikstof in radiokoolstof (C14)
Deze radio-aktieve variant van koolstof heeft 6 protonen en 8
neutronen in de atoomkern.
Radioaktieve kooldioxyde
Dit atoom zal zich binden met zuurstof zodat we weer een
CO.2 molecuul hebben waarvan het C-deeltje nu radioactief is! Dat
betekent in de praktijk ongeveer dat één op de 1.000.000.000
kooldioxyde moleculen
radioaktief is. Uiteindelijk komt ook de CO.2 met dat C.14 atoom in dezelfde verhouding in elk levend organisme terecht.
Vervaltijd van C.14
Wat is nu zo bijzonder aan dat radioaktieve koolstof? De helft ervan zal
namelijk in een
periode van ongeveer 5730 jaar (de halveringstijd) weer uiteenvallen in
stikstof. En daarna zal de andere helft over 5730
jaar eveneens uiteenvallen, enzovoorts.
Hoe lang geleden overleden?
Op die manier kunnen we ongeveer uitrekenen hoelang het geleden is dat het stuk bot, hout, of pels nog levend was.
Wanneer een levend organisme sterft houdt de stofwisseling op, dan wordt er geen koolstof meer opgenomen. Omdat het
C.14 gedeelte radioactief is en de halveringstijd daarvan ongeveer
5730 jaar is bevatten de afvalresten steeds minder C.14.
De consequentie is dat radiokoolstof datering alleen van
toepassing is op biologisch materiaal.
Onzekerheden
* Kosmische straling zorgt ervoor dat C.14 onstaat. Is deze altijd even sterk aanwezig geweest?
* Een zwakker aardmagnetisme geeft meer mogelijkheden tot C-14 dan sterker magnetisme
en
het aardemagnetisme wordt duidelijker zwakker volgens de
waarnemingen.
* Verhouding van CO.2 in de atmosfeer, veel plantengroei geeft een heel ander beeld dan
vrijwel geen plantengroei..
Betrouwbaarheid
Grappig is de opmerking van Pensee over de gevonden data;
"Als de
reslutaten onze theorie bevestigd zetten we het in de tekst. Als
de data niet is wat we verwachten maar ook niet tegenspreekt
zetten we het in een opmerking. Als we de gevonden datum niet is wat
we verwachten laten we het buiten beschouwing."
Radiokoolstof datering kan behoorlijk betrouwbaar zijn, en de
techniek verbetert nog jaarlijks.
Het lijkt erop dat de methode redelijk betrouwbaar is als we niet te ver terugkijken.
Dat komt mede doordat de gegevens van het heden bekent zijn, hoeveel CO.2 en in
welke verhouding er in deatmosfeer is. (die ook nog niet in evenwicht zijn!?)
Dan zal enkele honderden jaren geleden niet veel verschil hebben met de huidige waarden
Vergissingen
Bij sommige levende dieren schijnt het niet te kloppen, o.a. mosselen
De ontdekkers
Libby, Anderson and Arnold (1949) first discovered that this decay
occurs at a constant rate.
Willard Libby (de ontdekker) twijfelde zelf aan de juistheid van de techniek.
Maar, om een bepaalde datering te
aanvaarden is het belangrijk om te weten hoe deze techniek werkt,
welke beperkingen er zijn en op welke veronderstellingen ze gebaseerd
is.
De verhouding van C.12 en C.14
De gebruikelijke (maar zelden genoemde) veronderstelling is dat die
verhouding (een op triljoen) niet veranderd is. Maar dat hoeft niet
per sé waar te zijn. Een wereldwijde vloed zou bijvoorbeeld alle
bestaande bossen ontworteld en begraven hebben. Daarna zou er minder
koolstof aanwezig zijn voor de uitwisseling tussen levende wezens en
de atmosfeer. Als er minder gewone koolstof (C12) aanwezig is om de
radiokoolstof te verdunnen die in de atmosfeer ontstaat, zou de
verhouding tussen C14 en C12 langzaam toenemen.
Recentelijk hebben anderen de metingen van Libby's opnieuw
uitgevoerd met grotere nauwkeurigheid. Ze zijn tot de conclusie
gekomen dat de onbalans inderdaad aanwezig is en zelfs in grotere mate
als Libby veronderstelde. Radiokoolstof ontstaat 28-37% sneller dan
dat het vervalt.
Momenteel zijn verschillende laboratoria in de wereld uitgerust met
apparatuur om de radiokoolstof datering nauwkeuriger te kunnen
uitvoeren. Door gebruik te maken van atomaire versnellers, kan het
aantal koolstof-14 atomen in een monster precies geteld worden.
Daardoor is zelfs voor kleine organische resten een nauwkeurigere
ouderdomsbepaling mogelijk. De gebruikelijke, minder betrouwbare,
methode probeert het aantal zeldzame desintegraties van koolstof-14
atomen te meten. Deze kan verstoord worden door andere soorten van
atomaire desintegraties. Met de nieuwe methode heeft men vastgesteld
dat er zich in ieder organisme een kleine hoeveelheid koolstof-14
bevindt, zelfs als het volgens conventionele opvattingen miljoenen
jaren oud zou zijn! De minimale hoeveelheid koolstof-14 is zo
eenduidig aanwezig in allerlei verschillende monsters, dat het zeer
onwaarschijnlijk is dat ze het gevolg is van verontreinigingen. Het is
duidelijk dat als de monsters werkelijk miljoenen jaren oud zouden
zijn, er nu geen radiokoolstof meer aanwezig kan zijn.
Slechts 10 kilogram stikstof wordt per jaar omgezet in C.14. Dat
zal voor velen belachelijk weinig lijken. Ter opfrissing:
NATIONALE WETENSCHAPSQUIZ 7e
EDITIE 2000
In een verkwistende bui gooi je een liter jenever in de oceaan. Die
nacht stormt het flink en de alcohol wordt door alle wereldzeeën
gemengd. Hoeveel alcoholmoleculen zitten er nu ongeveer in iedere
liter zeewater?
a) 4000 moleculen.
b) 100 moleculen.
c) Minder dan 1 molecuul.
ANTWOORD
1 liter jenever bevat 350 ml alcohol, dat is 276,15 gram.
1 mol ethanol, de standaardeenheid voor 6*1023 moleculen,
weegt 46,1 gram.
In 276,15 gram ethanol zitten ongeveer 3,594 * 1024 moleculen.
Geschat wordt dat er ongeveer 1021 liter zeewater op de
aarde is. Delen we dat op elkaar, dan komen we op 3594 moleculen per
liter. Omdat er verschillende soorten jenever zijn met verschillende,
ook hogere alcoholpercentages, hebben we 4000 moleculen aangehouden.
Antwoord a is dus juist.
2. Toen Willard Libby in 1952 zijn werk over radiokoolstof datering
publiceerde, wees hij op de kritische veronderstelling dat de
verhouding tussen C14 en C12 konstant geweest moet zijn. Hij heeft die
veronderstelling geverifieerd door een aantal metingen uit te voeren
en daaruit te bepalen hoe snel C14 ontstond en verviel. Vreemd genoeg
bleek C14 sneller te ontstaan dan te vervallen. Dit wees erop dat dat
er vroeger minder C14 in de atmosfeer aanwezig was dan nu. Als we dat
niet zouden weten, dan zouden we ten onrechte concluderen dat het
tekort aan C14 in dode planten en dieren omstaan is vanwege een
hoge(re) ouderdom.
Libby meende dat zijn metingen onjuist waren, omdat hij
veronderstelde dat de aarde zo oud was, dat er een balans zou moeten
zijn tussen het omstaan en het verval van C14. Hij verdedigt zich
daarom als volgt: "Als de kosmische straling gedurende de
afgelopen 20,000 tot 30,000 jaar even groot als nu geweest zou zijn,
en als de voorraad koolstof niet op merkbare wijze veranderd is in
deze periode, dan bestaat er momenteel een volledig evenwicht tussen
de snelheid van verval van radiokoolstof atomen en de snelheid van
assimilatie van nieuwe radiokoolstof atomen voor al het materiaal in
de levenscyclus". [Zie Willard F. Libby, Radiocarbon
Dating (Chicago: University of Chicago Press, 1952), pp. 4-9.]
5. Het oudste leven op aarde is voor zover bekend een pijnboom in
de White Mountains van California. De American Forestry Association
schat dat deze 4600 jaar oud is. Vreemd genoeg wordt deze niet
gebruikt in een van de "langdurige chronologieën." De
ouderdom is opmerkelijk dicht bij de geschatte datering van de vloed,
ongeveer 4300-5000 jaar geleden. Het is niet onmogelijk dat enkele
bomen die kort na de vloed zijn uitgekomen, nu nog steeds in leven
zijn.