RATE: Ouderdomsbepalingen door middel van radio-datering

Lange tijd is door wetenschappers die werken vanuit bijbelse principes en tijdrekening aangehikt tegen de oppermacht van de zgn. radioactieve dateringsmethoden. Zijn die werkelijk zo absoluut betrouwbaar? Wijzen die echt op een miljarden jaren oude aarde? Kloppen de vooronderstellingen van deze methoden? We zullen zien.

Een onderzoek door de RATE-groep van het Amerikaanse Institute for Creation Research (ICR)

Radioactief verval

De ouderdom van vulkanische gesteenten, afgezette aardlagen en organische resten wordt door wetenschappers met verschillende methoden vastgesteld. Radio-dateringsmethoden leveren het belangrijkste en vrijwel onaantastbaar geachte argument voor een oude aarde. De radio-dateringsmethode is gebaseerd op het verschijnsel dat bepaalde chemische elementen niet stabiel zijn, maar langzaam (of soms heel snel) door radioactieve emissie overgaan in andere, stabiele elementen. Het oorspronkelijke onstabiele element wordt moeder-element genoemd en het resulterende stabiele element wordt dochter-element genoemd.

Twee soorten verval zijn voor ons belangrijk: alpha-verval, waarbij (de kern van) een helium-atoom wordt uitgestoten, en bèta-verval, waarbij een elektron wordt uitgestoten.

Vooronderstellingen radio-dateringsmethoden

De bepaling van de ouderdom gebeurt door het meten van de verhouding moeder-/dochter-element. Daartoe wordt uitgegaan van een drietal basis-vooronderstellingen:

1. Er was oorspronkelijk geen dochter-element in het monster aanwezig, of de hoeveelheid daarvan is bekend.
2. Er is gedurende het gemeten tijdsverloop geen dochter- of moederelement ingespoeld (contaminatie) of uitgespoeld.
3. De vervalsnelheid is gedurende die hele tijd constant gebleven.

Radioactieve vervalsnelheid wordt uitgedrukt in de halfwaardetijd, dat is de tijd die nodig is om de helft van het (nog) aanwezige moederelement om te zetten in het dochterelement. Bepalingen van de ouderdom van gesteenten en organische resten met behulp van radio-dateringsmethoden, geven vrijwel alle als uitkomst een hoge ouderdom.

Andere methoden van ouderdomsbepaling

Er zijn nog diverse andere methoden om ouderdommen van geologische afzettingen en ijskappen te bepalen, zoals bijv. die uitgaan van de Milanković-cycli, ouderdomsbepaling van ijsboorkernen uit de ijskappen van Groenland en Antarctica, en van oceaanmodder. Maar deze alle functioneren binnen het paradigma van de oude aarde en hebben als achtergrond de geaccepteerde resultaten van de radio-dateringen en de daaruit volgende ouderdom van geologische afzettingen.

Initiatief van het ICR: RATE-groep

Het ICR (Institute for Creation Research) heeft besloten om een andere route te nemen dan de – bijv. door Setterfield gevolgde – theoretische weg, nl. moeilijk, inspannend en risicovol veldwerk, om te zien of in de gesteentekristallen zelf aanwijzingen zijn te vinden, die wijzen op een recente oorsprong. Daartoe heeft in 1997 een aantal wetenschappers van het ICR de groep RATE opgericht {R(adioisotopes and the) A(ge of) T(he) E(arth)}. Deze heeft zich ten doel gesteld om de drie bovengenoemde vooronderstellingen, die aan de basis van deze ouderdomsmetingen liggen, te onderzoeken en indien mogelijk te falsificeren. 1)

Gedrag van gesteenten

Gesteente kristalliseert door afkoeling uit heet magma. Pas als het gesteente is afgekoeld tot beneden het smeltpunt van de verschillende steenkristallen, wordt het gesteente hard. Er ontstaan kristallen, waarbinnen zich de verschillende elementen in zgn. kristalroosters rangschikken. Er wordt in principe aangenomen dat de dochterelementen die in het kristal gevonden worden, pas na het kristalliseren zijn ontstaan, door radioactief verval.

Algemene opmerkingen over de meetprocedures

In tegenstelling tot wat vaak wordt gesuggereerd, worden de procedures van monstername, preparatie en het meten zelf, uitgevoerd door gewetensvolle, hoog-gekwalificeerde en ervaren vakmensen in modern uitgeruste laboratoria, en zij worden omgeven met de uiterste zorgvuldigheid. Om twijfels over de betrouwbaarheid uit te sluiten zijn de metingen voor het RATE project uitbesteed aan deze laboratoria.

Werkwijze bij onderzoek van gesteenten

Er worden verschillende monsters genomen van een geschikt stuk gesteente. Deze worden alle onderworpen aan een meetprocedure die de verhouding tussen moeder- en dochterelement(isotoop) vaststelt. Via een bepaalde methode (isochroonmethode) probeert men nu vast te stellen, of en zo ja, hoeveel van het dochterelement er oorspronkelijk in het gesteente zat. Dat is een geaccepteerde methode, die echter wetenschappelijk zeker aanvechtbaar is. Maar zo probeert men de onzekerheid van vooronderstellingen 1 en 2 zoveel mogelijk uit te schakelen en tot een schatting van de ouderdom te komen. Daarbij treedt toch nog vaak een vrij grote spreiding op.

Uit het RATE-onderzoek bleek dat ouderdomsbepalingen van hetzelfde stuk gesteente met alpha-methoden leidden tot hogere ouderdommen en die met bèta-methoden leidden tot lagere ouderdommen. Ook liepen de verschillende metingen nogal ver uiteen. Welke ouderdom daaruit dan gekozen wordt, onttrekt zich aan wetenschappelijke beoordeling. Als voorbeeld gaat hierbij tabel 1, die de uitkomsten samenvat van diverse bepalingen van de ouderdom van een vulkanische basaltdrempel (intrusie) in het Bass Rapids gebied van de Grand Canyon in Arizona (USA). De geaccepteerde ouderdom = 1.070 ± 30 (in miljoenen jaren).

Confrontatie met historische gebeurtenissen

Er zijn monsters genomen uit afgekoelde lavastromen, ontstaan door uitbarstingen van de Nieuw-Zeelandse vulkaan Mount Ngauruhoe in 1949, 1954 en 1975. De ouderdom van deze gesteenten is dus nauwkeurig bekend. Maar de metingen, blanco (zonder kennis van de herkomst van de monsters) uitgevoerd door gerenommeerde laboratoria, lieten de in tabel 2 genoemde uitkomsten zien:

Het behoeft geen uitleg dat deze uitkomsten in het geheel niet overeenstemmen met de werkelijkheid. De lava’s zijn immers maar enkele decennia oud. Er moet dus wel degelijk iets mis zijn met de gehanteerde vooronderstellingen. Dat zou tot voorzichtigheid moeten manen wanneer bijv. de Kalium-Argon methode wordt gebruikt om de ouderdom van menselijke/apelijke resten vast te stellen die in vulkanisch gesteente zijn ingebed. Dus ook de bèta-methode K-Ar leidt tot veel te hoge ouderdommen.

De conclusie neigt naar de vaststelling dat de vooronderstellingen 1 en 2 niet effectief in de meetprocedures kunnen worden bepaald. Maar hoe staat het nu met vooronderstelling 3?

Vervalsnelheid van radioactieve elementen (helium in zirkoon-kristallen)

In sommige gesteenten komen kristallen voor van zirconium-silicaat (ZrSiO₄), stabiele kristallen en daarom vaak gebruikt in ouderdomsmetingen. Soms wordt de plaats van het zirconium-atoom ingenomen door een uranium-238 atoom, omdat beide atomen chemisch op elkaar lijken. U-238 vervalt in 14 stappen naar lood (Pb-206), en bij 8 van deze stappen wordt een helium-atoom uitgestoten (zie figuur), dat echter niet in het kristal gebonden wordt, maar zich na verloop van tijd door diffusie in het omringende gesteente verspreidt. Helium verbindt zich namelijk niet met enige andere stof. Maar het bijzondere is dat er in alle zirkoon-kristallen nog veel helium wordt gevonden, veel meer dan na miljoenen of miljarden jaren verwacht mag worden.

RATE heeft metingen laten doen aan graniet met een veronderstelde leeftijd van 1,5 miljard jaar. Er zijn zeven monsters gewonnen in een vulkanisch gebied waarbij de temperatuur varieerde van 20°- 313°C. De hoeveelheden uranium en lood leverden met de standaard methode een leeftijd op van ± 1,5 miljard jaar. Tegelijk werd de hoeveelheid nog aanwezig helium bepaald. Die varieerde tussen 58% – <1%, afhankelijk van de temperatuur. Op grond van de literatuur en de opnieuw bepaalde diffusiesnelheid, kon de ouderdom van deze monsters worden vastgesteld op 4.000-14.000 jaar. In diezelfde tijd moet dus ook het overeenkomstige verval van uranium-238 naar lood-206 hebben plaatsgevonden. Hoe? 1,5 miljard jaar of enkele duizenden jaren. Een enorm verschil. Hoe kan dat? Er bestaan eigenlijk twee opties: de diffusiesnelheid was vroeger lager dan nu, of de radioactieve vervalsnelheid was vroeger veel hoger dan nu. De eerste optie stuit op onoverkomenlijke problemen in verband met levensprocessen, de andere wordt verderop besproken.

Radioactief koolstof

Radiokoolstofdatering is een methode die belangrijk afwijkt van de andere radiodateringen. Zij gaat uit van het feit dat hoog in de atmosfeer door kosmische straling vrije neutronen ontstaan. Sommige daarvan worden ingevangen door een stikstof-atoom (N-14) dat daardoor overgaat in een radioactieve koolstof-isotoop (C-14) onder uitstoting van een proton. Slechts een minieme hoeveelheid C-14 ontstaat elk jaar, wereldwijd slechts ongeveer 7 kilogram! Op hun omzwervingen door de atmosfeer verbinden koolstof-atomen zich gemakkelijk met zuurstof en vormen kooldioxyde (CO2). Normaal koolstof (C-12) is niet radioactief, C-14 wel. Een klein deel van de CO2-atomen bevat dus radioactief koolstof. C-14 vervalt langzaam weer tot N-14 onder uitstoting van een elektron (bèta-verval). De halfwaardetijd is ± 5.730 jaar.
CO2 wordt opgenomen door planten, die weer worden gegeten door dieren. Als een organisme sterft, stopt de inname van koolstof en het aanwezige C-14 vervalt langzaam weer tot N-14. Door het meten van de verhoudingen tussen C-12 en C-14 wordt de ouderdom bepaald.

Vooronderstellingen bij radioactief koolstof

Als we ervan uitgaan dat er aanvankelijk geen C-14 in de atmosfeer was, dan duurt het ongeveer 30.000 jaar voordat er een zgn. evenwichtssituatie is, d.w.z. dat er evenveel C-14 in N-14 wordt omgezet als er in de atmosfeer wordt gevormd. Vanwege de onbekendheid met de atmosferische situaties in het verleden, is deze vooronderstelling niet zeker. Voor mensen die een jonge aarde voorstaan met rijke vegetaties voorafgaand aan de catastrofale grote vloed en schraalheid daarna, staat deze vooronderstelling behoorlijk onder druk.

Betrouwbaarheid van de methode

Hoewel de bepaling van koolstof-ouderdom een buitengewoon precies werkje is, vanwege de minieme hoeveelheden C-14, hebben verschillende laboratoria een goede reputatie op dit gebied opgebouwd. Vooral op het gebied van het zuiver houden van het monster, en het voorkomen van contaminatie met externe koolstof-atomen, is veel bereikt. Het is zonder meer mogelijk, om 10 halfwaardetijden te bereiken (ouderdom 57.300 jaar), en zelfs 17-18 halfwaardetijden zijn niet meer onmogelijk . Dan is er minder dan 4 miljoenste deel van de – toch al geringe – oorspronkelijke hoeveelheid C-14 overgebleven. Een leeftijd tot 100.000 jaar zou eventueel dus experimenteel vastgesteld kunnen worden.

Radioactief koolstof in ‘oude’ monsters

Omdat de hoeveelheden dan zo klein zijn, gebruikt men vergelijkingsmonsters, waarvan men ‘zeker’ is, dat die geen C-14 meer kunnen bevatten. Zo probeert men contaminatie te elimineren. Toch is herhaaldelijk vastgesteld dat er in materiaal dat veel ouder wordt verondersteld dan wat met de C-14 methode kan worden vastgesteld, nog meetbare hoeveelheden C-14 aantoonbaar zijn. Zo is er bijv. C-14 gevonden in mineralen als marmer, grafiet en calciet, afzettingen die geacht worden vele miljoenen jaren geleden gevormd te zijn.

RATE-onderzoek naar diamanten

Zeer opmerkelijk is de uitkomst van metingen aan verschillende diamanten, o.a. afkomstig uit oeroud pre-Cambrisch gesteente in de Kimberley-velden in Zuid-Afrika. Met behulp van de gebruikelijke koolstof-methode (inclusief de daarbij behorende vooronderstellingen) komen deze diamanten dan op 44.000 – 57.000 jaar, in gesteente dat verondersteld wordt 1,5 miljard jaar oud te zijn. Diamanten die koolstof-14 bevatten kunnen onmogelijk 1,5 miljard jaar oud zijn.

Is radioactieve vervalsnelheid variabel?

Het is zeer moeilijk gebleken, om radioactief materiaal onder de huidige omstandigheden te bewegen tot een lagere of hogere vervalsnelheid. Temperatuurverschillen, agressieve chemische bewerking, blootstelling aan extreme magnetische stralingen, etcetera, geven slechts minimale verschillen. Er zijn onderzoeken gedaan waarbij alle elektronen van een atoom zijn weggevangen, waarna de kern gemakkelijk bleek te manipuleren. Maar dit is een laboratorium-situatie, die in de praktijk niet voorkomt.

Eén van de RATE-wetenschappers heeft een theoretisch model gemaakt van de verhouding tussen de sterke kernkracht (die de elementen van de atoomkern bijeenhoudt) en de vervalsnelheid. Het bleek dat een geringe afname in die sterke kernkracht al leidt tot grote toename van de vervalsnelheid. Bij langzame vervalprocessen zoals uranium-lood (die dus veel tijd vergen) neemt de vervalsnelheid sterk toe, bij snelle vervalprocessen zoals koolstof-14 vrijwel niet.

Groot probleem

Deze gegevens suggereren dat er in korte tijd veel radioactief verval heeft plaatsgevonden. Daardoor wordt veel warmte ontwikkeld en door de straling zou alle leven vernietigd worden. Is hiervoor een verklaring? De RATE onderzoekers veronderstellen dat veel radioactief verval heeft plaatsgevonden tijdens de eerste scheppingsdagen en misschien ook tijdens de zondvloed, toen mensen en dieren door het water en door de ark beschermd werden. Maar er bestaat een meer geloofwaardige verklaring.

Theorie en praktijk

Versneld radioactief verval komt overeen met de opvattingen van Barry Setterfield, die de radioactieve vervalsnelheid, samen met de afnemende lichtsnelheid en de gekwantiseerde roodverschuiving van sterrenlicht in een veelomvattend model koppelt aan de vacuüm-energie. Ook in zijn model is de vervalsnelheid in het begin zeer veel hoger. Wat eerder theoretisch was vastgesteld, wordt nu dan kennelijk ook in de praktijk waargenomen. Bovendien geeft Setterfield aan dat de energie van die hogere straling evenredig lager is, zodat het netto-effect gelijk is aan de achtergrondstraling vandaag. Al met al dus veelbelovende resultaten.

Het vervolg

Het RATE-team heeft nieuwe onderzoeksdoelen geformuleerd voor de komende jaren. Vooral de zaken rond de vervalsnelheid zullen dan worden aangevat, en de problemen die men nog heeft met de veronderstelde hoge energie van snel vervallende elementen. Of die alle zullen kunnen worden uitgevoerd, hangt af van de beschikbare financiën. Het ICR leeft in hoofdzaak van giften. Creationisten zijn experimenteel aktief geworden en we hopen natuurlijk dat deze veelbelovende onderzoeken worden voortgezet.