De geschiedenis van de aarde staat op haar stenen gedrukt. Op plaatsen als de Grand Canyon legt het water dat de muren vernietigt de lagen rotsen bloot waaruit deze muren zijn ontstaan.
Omdat de oude lagen onder de nieuwe lagen liggen, kunnen geologen een idee krijgen hoe de korst is ontstaan. Maar wetende dat diepgelegen lagen ouder zijn, vertelt ons niet wat hun absolute leeftijd is, dat wil zeggen hoe oud ze zijn.
Hoe heb je de leeftijd van de aarde berekend?
Wetenschappers uit de 19e eeuw probeerden de leeftijd van de aarde te berekenen op basis van de timing van rotsformaties in de moderne tijd. Maar ze konden het alleen maar raden. Volgens hun resultaten varieert de leeftijd van onze planeet van 3 miljoen jaar tot 1,5 miljard jaar. De spread is 500 keer, een dergelijk resultaat is natuurlijk niet accuraat te noemen. Uiteraard was er een andere methode nodig. Wetenschappers wilden zulke horloges vinden die, als ze bij de schepping werden opgewonden, tot onze tijd zouden blijven bestaan. Als je naar zo'n klok kijkt, zou je nauwkeurig de leeftijd van de aarde kunnen aangeven.
Waarmee kun je nauwkeurig de leeftijd van de aarde berekenen?
En het bleek dat dergelijke horloges bestaan: in rotsen, bomen en in de diepten van de oceaan. Deze natuurlijke klokken zijn radioactieve elementen die na verloop van tijd vervallen om andere elementen te vormen. Het bepalen van de ouderdom van rotsen of fossielen met behulp van radioactieve elementen wordt radiometrische datering genoemd.In een tijdseenheid vervalt een strikt gedefinieerd deel van het radioactieve materiaal. Deze fractie is niet afhankelijk van de massa van de oorspronkelijke radioactieve stof.
Radiocarbon-methode
Neem de radiokoolstofmethode als voorbeeld. Het is gebaseerd op het feit dat levende organismen zowel gewone koolstof-12 als de radioactieve isotoop koolstof-14 uit lucht en water absorberen. Stel dat de verhouding tussen deze twee isotopen in water en lucht constant blijft.
In deze verhouding worden koolstofisotopen aangetroffen in levende organismen. Wanneer het lichaam na vele jaren niet meer bederfelijk is, blijft de hoeveelheid gewone koolstof in zijn overblijfselen hetzelfde als op het moment van overlijden, en vervalt het radioactieve isotoop (koolstof-14). Deze isotoop vervalt binnen 5730 jaar met de helft. Door de verhouding van twee koolstofisotopen in de overblijfselen van een eens levend organisme te meten, kunnen wetenschappers dus de leeftijd van deze overblijfselen bepalen.
Interessant feit: Radioactieve elementen kunnen dienen als een natuurlijke klok, omdat radioactief verval onderhevig is aan strikte tijdelijke patronen.
Resultaten controleren
Natuurlijk kan geen van de dateringsmethoden als volledig betrouwbaar worden beschouwd. Daarom onderzoeken geologen voor nauwkeurigheid, naast koolstof-14, verschillende radioactieve elementen, zoals uranium of thorium. Wetenschappers verifiëren hun resultaten door dubbele tests uit te voeren met verschillende radioactieve isotopen op hetzelfde materiaal. Soms geven twee methoden verschillende resultaten.Zo namen geologen monsters van een koraalrif voor de kust van Barbados om te bestuderen.
We hebben het koolstofgehalte gemeten, evenals uranium en thorium. Als het koraal 'jong' is, dat wil zeggen niet ouder dan 9000 jaar, dan geven alle methoden dezelfde resultaten. Maar als het koraal ouder bleek te zijn, kunnen de resultaten dubbelzinnig zijn. De uranium-thorium-methode stelde de leeftijd van het koraal vast als 20.000 jaar en de koolstof slechts 17.000 jaar. Wat is de reden voor zo'n groot verschil? En welke methode is nauwkeuriger? Wetenschappers zijn van mening dat de uranium-thorium-methode nauwkeuriger is, omdat de radiokoolstof-methode eerder dubbelzinnige of zelfs twijfelachtige resultaten heeft opgeleverd.
Betrouwbaarheid van methoden voor leeftijdsmeting
De radiometrische dateringsmethode is niet helemaal betrouwbaar. Daarom onderzoeken wetenschappers twee verschillende radioactieve elementen van hetzelfde materiaal. De reden kan zijn dat bijvoorbeeld de afgelopen jaren het koolstof-14-gehalte in de atmosfeer is gestegen, wat betekent dat het in het verleden in een of andere richting zou kunnen veranderen. Als de verhouding tussen koolstof-14 en koolstof-12 verandert, kan de radiokoolstofmethode de leeftijd van de overblijfselen van oude organismen niet betrouwbaar bepalen, omdat deze is gebaseerd op het feit dat het gehalte aan radioactieve koolstof in de atmosfeer en het water ongewijzigd blijft.
Leeftijd van de aarde, de maan en het zonnestelsel
De halfwaardetijd van uranium is 4,5 miljard jaar. Metingen van de ouderdom van sommige gesteenten van de aarde met de uranium-thorium-methode toonden aan dat ze ongeveer 3,8 miljard jaar oud zijn. Hoe kom je erachter hoe vroeg onze planeet is ontstaan? Monsters van maangrond onderzoeken,geleverd door astronauten van de maanexpeditie, ontdekten wetenschappers dat hun leeftijd ongeveer 4,6 miljard jaar is, evenals de leeftijd van meteorieten die op aarde arriveerden vanuit dicht bij elkaar liggende gebieden van het zonnestelsel. Daarom geloven wetenschappers dat het hele zonnestelsel, inclusief de maan en de zon, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden is gevormd.