Die Fähigkeit, das Alter eines Objekts genau zu datieren oder zu identifizieren, kann uns lehren, wann sich die Erde gebildet hat, uns helfen, vergangene Klimazonen aufzudecken und uns sagen, wie frühe Menschen gelebt haben. Wie gehen Wissenschaftler also vor?
Die Radiokohlenstoffdatierung ist laut Experten die bei weitem häufigste Methode. Bei dieser Methode werden Mengen von Kohlenstoff-14 gemessen, einem radioaktiven Kohlenstoffisotop – oder einer Version eines Atoms mit einer anderen Anzahl von Neutronen. Kohlenstoff-14 ist in der Umwelt allgegenwärtig. Nachdem es sich hoch oben in der Atmosphäre gebildet hat, atmen Pflanzen es ein und Tiere atmen es aus, sagte Thomas Higham, ein Archäologe und Spezialist für Radiokarbon-Datierung an der Universität Oxford in England.
„Alles, was lebendig ist, nimmt es auf“, so Higham gegenüber Live Science.
Zusammenhänge: Was ist das älteste Lebewesen, das heute lebt?
Während die häufigste Form von Kohlenstoff sechs Neutronen hat, hat Kohlenstoff-14 zwei zusätzliche. Das macht das Isotop schwerer und viel weniger stabil als die häufigste Form des Kohlenstoffs. Nach Tausenden von Jahren zerfällt Kohlenstoff-14 also irgendwann. Eines seiner Neutronen spaltet sich in ein Proton und ein Elektron auf. Während das Elektron entweicht, bleibt das Proton Teil des Atoms. Mit einem Neutron weniger und einem Proton mehr zerfällt das Isotop in Stickstoff.
Wenn Lebewesen sterben, hören sie auf, Kohlenstoff-14 aufzunehmen, und die Menge, die in ihrem Körper übrig bleibt, beginnt den langsamen Prozess des radioaktiven Zerfalls. Wissenschaftler wissen, wie lange es dauert, bis die Hälfte einer gegebenen Menge an Kohlenstoff-14 zerfällt – eine Zeitspanne, die als Halbwertszeit bezeichnet wird. Das ermöglicht es ihnen, das Alter eines organischen Stücks Materie zu messen – sei es eine Tierhaut oder ein Skelett, Asche oder ein Baumring – indem sie das Verhältnis von Kohlenstoff-14 zu Kohlenstoff-12 messen, das darin übrig ist, und diese Menge mit der Kohlenstoff-14-Halbwertszeit vergleichen.
Die Halbwertszeit von Kohlenstoff-14 beträgt 5.730 Jahre und ist damit ideal für Wissenschaftler, die die letzten 50.000 Jahre der Geschichte untersuchen wollen. „Das deckt im Grunde den wirklich interessanten Teil der menschlichen Geschichte ab“, sagte Higham, „die Ursprünge der Landwirtschaft, die Entwicklung der Zivilisationen: All diese Dinge sind in der Radiokarbonperiode passiert.“
Allerdings haben Objekte, die älter sind, mehr als 99% ihres Kohlenstoff-14 verloren, so dass zu wenig übrig bleibt, um sie nachzuweisen, sagte Brendan Culleton, ein Assistenz-Forschungsprofessor im Radiocarbon Laboratory an der Pennsylvania State University. Bei älteren Objekten verwenden Wissenschaftler nicht Kohlenstoff-14 als Altersbestimmung. Stattdessen suchen sie oft nach radioaktiven Isotopen anderer Elemente, die in der Umgebung vorhanden sind.
Für die ältesten Objekte der Welt ist die Uran-Thorium-Blei-Datierung die nützlichste Methode. „Wir verwenden sie, um die Erde zu datieren“, sagte Higham. Während die Radiokohlenstoff-Datierung nur für Materialien nützlich ist, die einst lebendig waren, können Wissenschaftler die Uran-Thorium-Blei-Datierung verwenden, um das Alter von Objekten wie Felsen zu messen. Bei dieser Methode messen die Wissenschaftler die Menge einer Vielzahl verschiedener radioaktiver Isotope, die alle in stabile Formen von Blei zerfallen. Diese separaten Zerfallsketten beginnen mit dem Zerfall von Uran-238, Uran-235 und Thorium-232.
„Uran und Thorium sind so große Isotope, dass sie aus allen Nähten platzen. Sie sind immer instabil“, sagte Tammy Rittenour, eine Geologin an der Utah State University. Diese „Elternisotope“ zerfallen jeweils in eine andere Kaskade von Radioisotopen, bevor sie als Blei enden. Jedes dieser Isotope hat eine andere Halbwertszeit, die von Tagen bis zu Milliarden von Jahren reicht, so die Environmental Protection Agency. Genau wie bei der Radiokohlenstoffdatierung berechnen die Wissenschaftler die Verhältnisse zwischen diesen Isotopen und vergleichen sie mit ihren jeweiligen Halbwertszeiten. Mit dieser Methode konnten Wissenschaftler das älteste jemals entdeckte Gestein datieren, einen 4,4 Milliarden Jahre alten Zirkonkristall, der in Australien gefunden wurde.
Eine andere Datierungsmethode schließlich sagt den Wissenschaftlern nicht, wie alt ein Objekt ist, sondern wann es zuletzt Wärme oder Sonnenlicht ausgesetzt war. Diese Methode, Lumineszenz-Datierung genannt, wird von Geowissenschaftlern bevorzugt, die Veränderungen in Landschaften über die letzten Millionen Jahre untersuchen – sie können damit herausfinden, wann sich ein Gletscher bildete oder zurückzog und Felsen über einem Tal ablagerte; oder wann eine Flut Sedimente über einem Flussbecken ablagerte, sagte Rittenour gegenüber Live Science
Wenn die Mineralien in diesen Gesteinen und Sedimenten begraben sind, werden sie der Strahlung ausgesetzt, die von den Sedimenten um sie herum abgegeben wird. Diese Strahlung stößt Elektronen aus ihren Atomen heraus. Einige der Elektronen fallen zurück in die Atome, aber andere bleiben in Löchern oder anderen Defekten in dem ansonsten dichten Netzwerk von Atomen um sie herum stecken. Erst eine zweite Bestrahlung mit Wärme oder Sonnenlicht bringt diese Elektronen wieder in ihre ursprüngliche Position zurück. Das ist genau das, was Wissenschaftler tun. Sie setzen eine Probe dem Licht aus, und wenn die Elektronen in die Atome zurückfallen, geben sie Wärme und Licht ab, also ein Lumineszenzsignal.
„Je länger das Objekt vergraben ist, desto mehr Strahlung war es ausgesetzt“, so Rittenour. Im Wesentlichen werden bei lang vergrabenen Objekten, die viel Strahlung ausgesetzt waren, eine enorme Menge an Elektronen aus der Bahn geworfen, die zusammen ein helles Licht aussenden, wenn sie zu ihren Atomen zurückkehren, sagte sie. Daher sagt die Menge des lumineszierenden Signals den Wissenschaftlern, wie lange das Objekt vergraben war.
Die Datierung von Objekten ist nicht nur wichtig, um das Alter der Welt zu verstehen und wie alte Menschen gelebt haben. Forensische Wissenschaftler nutzen sie, um Verbrechen aufzuklären, von Mord bis hin zu Kunstfälschungen. Die Radiokohlenstoff-Datierung kann uns sagen, wie lange ein guter Wein oder Whiskey gealtert ist, und damit, ob er gefälscht wurde, so Higham. „Es gibt eine ganze Reihe von verschiedenen Anwendungen.“
Ursprünglich veröffentlicht auf Live Science.
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