Ouderdomsbepaling

Ouderdomsbepaling

• Inhoudsopgave

Inleiding
Dendrochronologie
Datering met behulp van radioactief verval
Koolstof14 methode
Literatuuropgave
Logboek

• Inleiding

Bij ouderdom van gesteenten kan op verschillende manieren worden vastgesteld. Er zijn in grote lijnen twee methoden:

• Relatieve ouderdomsbepaling

Deze gaat ervan uit dat tijdperken in de aardgeschiedenis worden gekenmerkt door bepaalde planten en dieren. Is eenmaal de volgorde vastgesteld waarin de fossielen van deze planten en dieren in de gesteenten voorkomen, dan kan deze gebruikt worden om van gesteenten die men ergens anders vindt, de plaats in die volgorde vast te stellen.

• Absolute ouderdomsbepaling (in jaren)

Hierbij maakt men vooral gebruik van radioactieve mineralen die in een bekend tempo uiteenvallen in andere stoffen. Door de verhouding tussen het oorspronkelijke mineraal en de producten te bepalen, kan een redelijk nauwkeurige indruk ontstaan van de tijd die dit proces geduurd heeft. Andere relatieve tijdsbepalingen van – geologisch gezien – zeer korte perioden zijn gedaan met jaarringen van bomen en in afzettingen in water met jaarlijkse schommelingen in stroomsterkte, zoals smeltwater.

Relatieve ouderdomsbepaling gebeurd met fossielen die in afzettingsgesteenten voorkomen. Radioactieve mineralen zijn daarentegen vooral te vinden in stollingsgesteenten. Het aan elkaar koppelen van relatieve en absolute ouderdomsbepalingen gaat dus het beste op plaatsen waar stollings- en afzettingsgesteenten aan elkaar grenzen, bijvoorbeeld waar vulkanische gesteenten tussen sedimenten gevonden worden.

• Dendrochronologie

Dendrochronologie (dendros=boom, chronos=tijd) kan alleen toegepast worden in gebieden met duidelijke seizoenswisselingen, zoals in de gematigde luchtstreek.

Dendrochronologie is de wetenschap die zich bezighoudt met het dateren van houtmonsters aan de hand van jaarringenonderzoek. Hiervoor wordt bij voorkeur hout van de eik gebruikt. Deze boom heeft als bijzondere eigenschap dat het elk jaar één jaarring groeit, onafhankelijk van de weersgesteldheid. Andere bomen vormen in een goed seizoen soms meerdere ringen, of in een slecht jaar soms niet één. Door het tellen van de ringen van een eik is het hierdoor mogelijk om de leeftijd van de boom af te lezen. De jaarringen variëren per jaar niet in aantal maar wel in dikte: in een goed seizoen ontstaat een brede en in een slecht seizoen ontstaat een dunne jaarring.

Zo ontstaat een ringenpatroon dat voor een bepaalde streek en periode uniek is. Indien men beschikt over redelijk dikke boomstammen uit overlappende periodes en uit dezelfde streek, dan kan men door de groeiringpatronen naast elkaar te leggen onderzoek doen en, in theorie, patronen voor vele honderden en soms duizenden jaren vastleggen.

Toch is het in theorie natuurlijk niet zo simpel om een goed overlappend en duidelijk aantal patronen te vinden van boomstammen uit dezelfde regio.

Het blijkt namelijk dat deze methode ('crossdating' in het Engels) slechts een beperkt aantal patronen heeft kunnen vormen waarbij men over duizenden jaren kan spreken. Het is bij patronen die het verst in de tijd terug gaan daarentegen ook niet na te gaan of ze echt zijn, omdat het haast onmogelijk is om een enkele ring goed te bestuderen.

Zoals te zien is op de foto hiernaast is het erg moeilijk om patronen te onderzoeken omdat er al verschillen zijn in de omtrek van de stam, laat staan dat verschillende bomen identieke patronen zouden kunnen laten ontstaan tijdens gelijke periodes. Daarom is controle door onafhankelijke wetenschappers nodig om zekerheid te hebben over de feiten.

• Datering met behulp van radioaktief verval

Basisprincipe

Als tweede methode hebben we gekozen voor radioactief verval van chemische elementen. Chemische elementen of atomen zijn de kleinste deeltjes van de stoffen om ons heen, die op zichzelf kunnen bestaan. Een atoom bestaat uit een kern met elektronen die erom heen cirkelen. Het atoom wordt samengehouden door een combinatie van 4 elementaire krachten. Één daarvan is de elektromechanische kracht. Die werkt tussen de negatieve lading van de elektronen en de positieve lading van de protonen (een proton is de kern van een waterstofatoom) in de kern.

Omdat in zwaardere atomen in de kern meerdere protonen zitten, moeten deze samengehouden worden door andere krachten. Deze komen onder andere tot stand door de neutronen (dit is een deeltje van een atoom zonder electrische lading) die dan deel maken van de kern.

Het atoomnummer dat in de Tabel van Mendeljev(*) te vinden is, geeft het aantal protonen in de kern aan. (Een ongeladen atoom heeft ook evenveel elektronen.) Maar in de kern zijn verschillende aantallen neutronen te vinden. Atomen met een zelfde aantal protonen, maar met een verschillend aantal neutronen zijn zogenaamde ‘isotopen van hetzelfde element’.

De getallen waarmee de verschillende isotopen worden onderscheiden slaan op het atoomgewicht, op het aantal deeltjes in de kern. Koolstof-12 heeft zes protonen en zes neutronen in zijn kern, koolstof-13 zes protonen en zeven neutronen en koolstof-14 zes protonen en acht neutronen.

Afhankelijk van het aantal neutronen is een atoom wel of niet stabiel. Een onstabiel atoom zal na een bepaalde tijd een deeltje uit de kern afstoten om stabiel te kunnen worden. Dit noemt men radioactief verval . omdat het element meestal 'vervalt' naar een element lager in de reeks van Mendeljev.

Het deeltje dat wordt afgestoten is het elementaire deel van de radioactiviteit, die met dit radioactief verval samenhangt.

Het bruikbare van dit fysisch proces was dat dit radioactief verval geacht werd om 'regelmatig' te zijn.

Voor de meest voorkomende chemische toestand heeft men van (bijna) alle isotopen de exacte halfwaarde tijden opgetekend. De halfwaarde tijd is de tijd waarin de helft van de isotopen vervallen is. Deze tijden kunnen van element tot element erg varieren:
Radioactieve Stof Halfwaardetijd
87Rubidium 50.000.000.000 jaren
235Uranium 710.000.000 jaren
14Koolstof 5730 jaren
90Strontium 30 jaren
60Cobalt 5.26 jaren
131Jodium 8 dagen
214Bismuth 19.7 minuten
6Helium 806.7 msec

De bouwsteen van het leven, koolstof, heeft een paar zeer interessante isotopen:

Isotoop Halfwaardetijd Voorkomen
12C
stabiel 98.90 %
13C
stabiel 1.10 %
14C
halfwaarde tijd 5730 jaar < 0,001%

De meetmethode.

Als men nu weet hoe snel een bepaald chemisch element vervalt, en in welke verhouding dit element oorspronkelijk voorkwam, kan men door de huidige verhouding van dit element in een lichaam de ouderdom van dat lichaam berekenen.

Deze meetmethode bevat een aantal veronderstellingen. Meestal zijn dit de volgende:

1. Het proces waarmee men werkt moet tijdens de geschiedenis steeds gelijk verlopen zijn. (Wat vaak niet het geval is.)
2. Dit proces moet steeds in een gesloten systeem verlopen zijn: er mogen geen invloeden van buiten af betrokken geweest zijn. (zoals weeromstandigheden)
3. De beginwaarden van het proces in dit gesloten systeem moeten bekend zijn. (anders valt de ‘leeftijd’ niet te berekenen)
4. Verder, mag het proces niet lokaal zijn, het moet gaan om een globaal proces dat op elke plek ter wereld een gelijk resultaat geeft.
5. Het proces moet ook nu nog bekend zijn, zodat het herhaald kan worden om de metingen te ijken.

Aan de twee laatste eisen kan redelijk gemakkelijk voldaan worden. Radioactief verval is inderdaad een proces dat overal ter wereld gelijk verloopt en dat in laboratorium-omgeving zonder veel problemen herhaald kan worden om de nodige ijking uit te voeren.
Maar de eerste drie punten zijn niet zo makkelijk te controleren op hun juistheid. Er bestaan geen absoluut gesloten systemen, de beginwaarden zijn nooit helemaal bekend en niemand heeft de mogelijkheid om te controleren of de processen inderdaad gedurende de hele geschiedenis gelijk verlopen zijn, toch is dit een methode die over het algemeen best betrouwbaar is.

Mendeljev, D

Dimitri Ivanovitsj Mendeljev (1834-1907) werd bekend door zijn ontwerp van het Periodiek Systeen der elementen. Hij rangschikte de elementen naar oplopende atoommassa, maar aarzelde niet om de volgorde aan te passen als dat in zijn systeem beter uit kwam. Hij zette elementen met overeenkomstige chemische eigenschappen in dezelfde (verticale) groep. Onvermijdelijk ontstonden door deze manier van werken lege plekken in het systeem. Echter, hij was zo overtuigd van zijn ideeën dat hij de eigenschappen van ontbrekende elementen voorspelde en voor hen een plaats reserveerde in zijn systeem. Toen een aantal jaren later gallium, scandium en germanium werden ontdekt bleken deze precies te voldoen aan de voorspellingen. Hij was op een overtuigende manier in het gelijk gesteld.

• Koolstof14 methode

Van het element koolstof bestaan meerdere isotopen. Het meeste koolstof komt in organische verbindingen voor als C-12 isotoop. Echter 1 op de 1000 miljard koolstof atomen is een C-14 isotoop. Dit isotoop is niet stabiel, het vervalt langzaam en verandert dan in een ander element. Levende wezens nemen tijdens hun leven koolstof op. Omdat in de natuur de verhouding tussen C-12 en C-14 min of meer constant blijft is de verhouding tussen C-12 en C-14 isotopen in een levend organisme bekend.

Echter als de dood intreedt wordt er geen koolstof meer opgenomen. De hoeveelheid C-14 neemt af door natuurlijk verval. De halfwaardetijd van C-14 bedraagt 5730 jaar. Dat betekent dat elke 5730 jaar de hoeveelheid C-14 isotopen halveert. Uit de verhouding tussen de C-12 en C-14 isotopen in een monster kan men zo de ouderdom van het materiaal bepalen.

• Literatuuropgave

Boek(en):
- Actieve Aarde, De Geo VWO, J. Hofker & J.H.A. Padmos, Meulenhoff Educatief, ‘99

Websites:
- http://users.pandora.be/rudi.meekers/creabel/datering.htm
- http://home.tiscali.nl/~knmg0130/ABC4.html#O

• Logboek

Datum Activiteit Tijdsduur Wie
16 april Informatie opgezocht 2 SLU Frank
25 april Informatie opgezocht 2 SLU Roy
5 mei Opdracht afgerond 4 SLU Beide
Totaal SLU 8 SLU