De grenzen van radioactieve datering

by | mrt 18, 2015 | Aardwetenschappen, Geologie, Natuurkunde, Radiometrische datering, Scheikunde

Heeft wetenschap evolutie overtuigend aangetoond?

Eigenlijk klopt bovenstaande zin niet. Wetenschap toont niets aan, hooguit doen wetenschappers dit. Los daarvan; is het waar dat evolutie een voldongen feit is? Is het waar dat de big bang theorie en de evolutietheorie “goede wetenschappelijke theorieën zijn, stevig gefundeerd op veel waarnemingen en experimenteel onderzoek”1? Heeft radioactieve datering aangetoond dat de aarde miljarden jaren oud is?

Als zoveel wetenschappers dat zeggen, dan moet het toch wel zo zijn? Vandaag gaan we dieper op deze vragen in. Dit doen we aan de hand van de powerpoint presentatie2 van Cees Dekker, die over dit onderwerp in de festivalkerk sprak3.

14 miljard jaar geleden schiep God de wereld4

aarde, Schepping, radioactieve dateringVeel wetenschappers nemen aan dat er in een ver verleden een “Big Bang” heeft plaatsgevonden. Cees Dekker neemt aan dat God op deze manier de kosmos heeft geschapen. In de slides hierna geeft hij redenen waarom hij gelooft dat de aarde heel, heel erg oud is.

Hij geeft hiervoor deze redenen:

  1. Radioactieve datering
  2. Bewijzen uit de astronomie
  3. IJslagen op Groenland
  4. Sedimentlagen in meren
  5. Groei van koraalriffen

We zullen deze redenen één voor één behandelen. Vandaag zullen we het hebben over de eerste: radioactieve datering

Radioactieve datering

radioactieve datering: Example of a radioactive decay chain from lead-212 (212Pb) to lead-208 (208Pb) . Each parent nuclide spontaneously decays into a daughter nuclide (the decay product) via an α decay or a β− decay. The final decay product, lead-208 (208Pb), is stable and can no longer undergo spontaneous radioactive decay.

Voorbeeld van een radioactiefverval-keten van lood-212 (212Pb) naar lood-208 (208Pb). Elke moeder-isotoop vervalt spontaan in een dochter isotoop. Het uiteindelijke verval product, lood-208 (208Pb), is stabiel en ondergaat geen spontaan radioactief verval (bron).

Radioactieve datering wordt gebruikt om te “meten” hoe oud gesteente en fossielen zijn. Velen gaan ervan uit dat deze manier van dateren bewezen heeft dat onze aarde miljarden jaren oud is. Wat de meeste mensen echter niet weten, is hoe deze methode precies werkt, welke aannames er worden gedaan en hoe betrouwbaar de uitkomsten eigenlijk zijn. Daarom zal ik een korte uitleg van de methode geven.

De methode maakt gebruik van de verhouding tussen isotopen. Isotopen zijn verschillende “verschijningsvormen” van hetzelfde chemische element5. Sommige isotopen zijn niet stabiel, dat betekent dat ze langzaam veranderen in een andere isotoop6, die wel stabiel is: de dochter isotoop. Dit noemen we radioactief verval.

De eerste stap bij radioactieve datering is daarom het meten van de hoeveelheden moeder- en dochterelementen in het gesteente7. Met de huidige apparatuur zijn deze hoeveelheden heel precies te meten.

Om van deze meetresultaten te komen tot een ouderdom van het gesteente moeten er drie aannames worden gedaan:

  1. We weten de beginsituatie (we weten de verhouding moeder- en dochter isotopen op het moment van vorming van het gesteente)
  2. Het gaat om een gesloten systeem (er zijn van buitenaf geen isotopen toegevoegd of uit het gesteente verdwenen)
  3. De snelheid van het radioactieve verval (de halfwaardetijd) is constant

Voorbeeld: cola

Cola als voorbeeld bij radioactief vervalOm de theorie iets beter te begrijpen kun je de volgende vergelijking maken. Stel je komt op een feestje. Op een tafel staan allemaal ingeschonken glazen cola. In cola zit prik (koolzuur). Zodra je de cola inschenkt, staat de cola direct in contact met de buitenlucht en verdwijnt het koolzuur uit de cola. Stel dat de helft van het koolzuur na 2 uur uit de cola is ontsnapt. In een pas ingeschonken glas cola zit ongeveer 2 gram koolzuur8.

Je pakt een glas cola van de tafel en komt er na meting achter dat er nog maar 1 gram koolzuur in de cola zit. Je conclusie is daarom: dit glas cola is 2 uur geleden ingeschonken.

Klopt deze conclusie? Laten we weer eens kijken naar de aannames:

  1. We weten de beginsituatie: we nemen in onze berekening aan dat er 2 gram koolzuur in de cola zat direct na inschenken. Maar stel nu dat de fles waaruit de cola is geschonken al een uur open stond? In dat geval was de hoeveelheid koolzuur bij inschenken al een stuk minder en klopt onze berekening dus niet.
  2. Het is een gesloten systeem:  we nemen aan dat niemand aan de cola heeft gezeten nadat deze is ingeschonken. Maar stel dat iemand koolzuur heeft laten verdwijnen door flink in het glas te roeren of door suiker toe te voegen? In dat geval klopt onze berekening niet.
  3. De snelheid waarmee het koolzuur uit het glas verdwijnt is constant: in werkelijkheid is de snelheid o.a. afhankelijk van de temperatuur9 van de ruimte en van de cola bij inschenken. Hoe warmer de cola, hoe sneller het koolzuur verdwijnt. Wanneer de cola dus warm was bij inschenken, zal de koolzuur sneller uit het glas zijn verdwenen en klopt onze berekening niet.

In bovenstaand voorbeeld zijn de aannames niet erg betrouwbaar. Hoe zit dat met radioactieve datering? Kunnen we ervan uitgaan dat de drie aannames betrouwbaar zijn? Als één van de aannames niet betrouwbaar is, is daarmee de berekende leeftijd ook niet betrouwbaar.

Halfwaardetijden dalen drastisch in plasma
Als je bekende radioactieve materialen tot op plasmatemperaturen verwarmt, dan daalt de halfwaardetijd drastisch. Deze eigenschap betekent een extra onzekerheidsfactor bij de radiometrische ouderdomsbepaling.

Verwarmt men een vaste stof, dan worden de meeste elementen eerst vloeibaar en vanaf een bepaalde temperatuur gasvormig. Verwarmt men dit gas steeds verder, dan verandert het bij zeer hoge temperaturen in plasma. Dit plasma heeft nu volledig andere eigenschappen dan het gas, waaruit het is ontstaan. Onder andere wordt de halfwaardetijd van radioactieve isotopen drastisch verminderd. Des te hoger de temperatuur, des te sterker daalt de halfwaardetijd. Wanneer men de volgende materialen tot 15,4 miljard graad Kelvin verwarmt, dan verandert de halfwaardetijd als volgt:

Uranium-238 daalt van 4,5 miljard jaar naar 2,08 minuten
Thorium-232 daalt van 14 miljard jaar naar 15,6 minuten
Samarium-147 daalt van 106 miljard jaar naar 1,56 minuten
Rubidium-87 daalt van 47 miljard jaar naar 2,46 minuten
Kalium-40 daalt van 1,2 miljard jaar naar 5,87 minuten10

De beginsituatie

We kunnen nooit zeker weten wat de beginsituatie was, hoe de isotopen verhouding was bij de vorming van het gesteente. Daarom kunnen we ook niet weten hoeveel  moeder isotoop is vervallen in de dochter isotoop: we weten immers niet in welke verhoudingen deze isotopen aanwezig waren bij de vorming van het gesteente. Dit getal is altijd gebaseerd op aannames. Wetenschappers gaan ervan uit dat de aarde 4,5 miljard jaar oud is. Dit getal is gebaseerd op een artikel11 waarin de auteurs aannamen dat de verhoudingen op aarde in het verleden vergelijkbaar zijn met de verhoudingen van isotopen op bepaalde meteorieten, omdat wordt aangenomen dat dit fragmenten zijn van een vergelijkbare planeet die in een zeer vroeg stadium van het zonnestelsel uit elkaar is gevallen. Probleem hierbij is dat de isotopen in verschillende verhoudingen worden gevonden op andere meteorieten.12 Hoe weten we dan zeker wat de samenstelling was bij de vorming van de aarde?

Het gesloten systeem

Ook kunnen we niet met zekerheid (vast)stellen dat er geen radioactief materiaal is verdwenen of juist is bijgekomen. Sterker nog, we weten dat het tegenovergestelde gebeurt: Uranium is bijvoorbeeld een element dat zich gemakkelijk verplaatst13. Wanneer je dus de hoeveelheid uranium en lood isotopen analyseert in een stuk gesteente, kun je niet aannemen dat al het uranium en lood dat je meet afkomstig is van de beginsituatie + het verval van uranium tot lood. Er kan immers uranium uit het gesteente zijn “weggelekt”, waardoor het ouder lijkt dan het werkelijk is; ook kan er uranium zijn afgezet door grondwater, waardoor het jonger lijkt.

De vervalsnelheid14 is constant

Klopt het dat halfwaarde tijden constant zijn? We weten dat radioactief verval onder speciale omstandigheden met een factor van meer dan een miljard(!) is te versnellen15. Hoewel radioactief verval over korte termijn16 constant lijkt te zijn, kunnen er in het verleden dus omstandigheden zijn geweest waardoor radioactief verval is versneld17.

In de praktijk

We hebben dus gezien dat alle drie de aannames die nodig zijn voor een tijdberekening met behulp van isotopen niet heel overtuigend zijn. Maar hoe gaat het in de praktijk? Hebben we reden om aan te nemen dat radioactieve datering accuraat is? Dit zou testbaar moeten zijn door bijvoorbeeld gesteente te dateren waarvan we weten hoe oud het is, of door gesteente te dateren met verschillende dateringstechnieken.

Gesteente met bekende leeftijd

MountNgauruhoe St Helens vulkaan uitbarstingVan gesteente waarvan de leeftijd bekend is, weten we dat radioactieve datering veel te “oude” leeftijden geeft: een vulkaan in Nieuw Zeeland is tussen 1949 en 1975 enkele keren uitgebarsten. Toen het nieuw gevormde gesteente werd gedateerd werden leeftijden tussen de 250.000 en 3,5 miljoen jaar gevonden18. Gesteente dat is gevormd tijdens de uitbarsting van Mount St. Helens in Amerika werd gedateerd op 350.000 jaar, terwijl het gesteente op dat moment slechts 10 jaar oud was19. Als de dateertechnieken niet werken voor gesteente waarvan de leeftijd bekend is, hoe kunnen we ze dan vertrouwen voor gesteente waarvan we niet weten hoe oud het is?20

Verschillende technieken

Ook zou wanneer gesteente gedateerd wordt met behulp van verschillende technieken het resultaat vergelijkbaar moeten zijn. Als je twee manieren hebt om een som uit te rekenen, dan moet de uitkomst bij beide manieren wel hetzelfde zijn, anders is één van de manieren (of misschien zelfs beide) niet correct. Bij radiometrisch dateren geven verschillende methoden vaak verschillende leeftijden: gesteente van de Uinkaret lavastromen in de Grand Canyon is op vier verschillende manieren gedateerd. Elke verschillende methode gaf een heel andere leeftijd.21

Methode “Leeftijd”
Kalium-Argon 10.000 – 117.000.000 jaar
Rubidium-Strontium 1.270 – 1.390 miljoen jaar
Rubidium-Strontium isochroon 1.340 miljoen jaar
Lood-lood isochroon 2.600 miljoen jaar

De rubidium-strontium isochroonmethode wordt het meest betrouwbaar geacht. In deze lavastromen zijn echter ook indiaanse potscherven gevonden van 800-1000 jaar oud…

Ook blijkt keer op keer dat fossielen, hout, steenkool en diamanten, waarvan gedacht wordt dat ze miljoenen jaren oud zijn, toch nog 14C bevatten, terwijl de halfwaardetijd hiervan zo kort is, dat het helemaal niet meer meetbaar aanwezig zou kunnen zijn22. Er is zelfs nog nooit steen- of bruinkool gevonden dat géén 14C bevat23, terwijl deze fossiele brandstof honderden miljoenen jaren oud zou zijn.24

Waarom wordt radiometrische datering dan gebruikt?

Als er zoveel signalen zijn waaruit blijkt dat radiometrische dateringen niet betrouwbaar genoeg zijn om te dateren, waarom wordt deze methode dan nog steeds gebruikt? Ten eerste is het van belang te beseffen dat radiometrische datering niet de belangrijkste manier van dateren is voor geologen, en een datering puur op grond van radiometrische bevindingen wordt dan ook niet als valide beschouwd. Geologen dateren met name op gidsfossielen25 die in aardlagen gevonden worden.

Als radioactief verval tot absolute leeftijden zou leiden, hoe komt het dan dat aardlagen na vervolgonderzoek opnieuw gedateerd worden en ineens veel ouder of nieuwer blijken te zijn? 26.

Waarom gebruiken geologen toch nog deze methode? Zouden ze deze theorie niet allang verlaten hebben als de resultaten zo onbetrouwbaar waren? Hoewel de berekende leeftijden niet kloppen, betekent dat niet dat de hele methode waardeloos is. De berekende leeftijd is gebaseerd op de isotopen samenstelling in het gesteente en deze samenstelling is een karakteristieke eigenschap van de hard geworden lava. Daarom is gesteente dat een vergelijkbare “leeftijd” heeft, waarschijnlijk ontstaan uit dezelfde lavastroom.

Ter vergelijking met ons voorbeeld: als je tussen alle glazen cola twee glazen met veel minder prik tegenkomt dan de rest, zou je aan kunnen nemen dat deze glazen gelijktijdig zijn ingeschonken, of in ieder geval uit dezelfde fles komen.

Dus, hoewel de aannames en daarmee de berekende leeftijd niet betrouwbaar zijn, is radiometrische datering een bruikbare methode voor de geologen om de relatie tussen gesteente in een bepaald gebied te onderzoeken27.

Conclusie

Hoewel de methode dus bruikbaar is voor onderzoek, zijn er te veel signalen waaruit blijkt dat Radioactieve datering van gesteente en fossielen niet betrouwbaar genoeg is om te dienen als dateringsmechanisme voor perioden verder dan enkele duizenden jaren terug. De bewering dat deze dateringstechniek een bewijs zou zijn voor een heel heel erg oude aarde, berust slechts op aannames en is niet te toetsen.

De volgende keer behandelen we de bewijzen uit de astronomie.

Meer lezen?

Voetnoten

  1. R. Barth, Erken de evolutie en praat dan over schepping, ND november 2008
  2. Te downloaden op http://logos.nl/wp-content/uploads/2016/03/cees_dekker_schepping_en_evolutie_ede_schuilplaats_maart_2015.pdf
  3. Zie ook: Schepping en evolutie? – Deel 1
  4. Slide #36 van de presentatie
  5. De hoeveelheid protonen van de atoom is gelijk, maar de hoeveelheid neutronen wijkt af http://nl.wikipedia.org/wiki/Isotoop
  6. Of in meerdere isotopen
  7. Lang niet alle gesteenten lenen zich voor radiometrische datering. Alleen vulkanische gesteenten kunnen gedateerd worden, en steenkool met de C-14 methode.
  8. In 1 liter cola zit 5-8 gram CO2 http://www.cocacolanederland.nl/Ingredienten/Koolzuur.aspx
  9. Er zijn meer factoren waarvan de snelheid afhankelijk is, zoals de koolzuurdruk op het glas
  10. Stelling 45 van 95 Stellingen tegen evolutie (https://logos.nl/radioactief-verval-plasmatemperaturen/). Zie stelling 41 t/m 47 voor meer argumenten voor de onbetrouwbaarheid van radiometrisch verval als ouderdomsbepaling.
  11. Patterson, C., Tilton, G. en Inghram, M., Science 121:69, 1955. Hoewel de auteurs zelf terughoudend waren over de bruikbaarheid van hun datering, hebben wetenschappers hun 4,5 miljard jaar toch overgenomen.
  12. Faul, H., Ages of Rocks, Planets and Stars, McGraw-Hill Book Co., p. 74, 1966.
  13. met name via grondwater
  14. halfwaardetijd
  15. Bosch, F. et al., Observation of bound-state β decay of fully ionized 187Re, Physical Review Letters 77(26)5190–5193, 1996. For further discussion of this experiment, see: Kienle, P., Beta-decay experiments and astrophysical implications, in: Prantzos, N. and Harissopulus, S., Proceedings, Nuclei in the Cosmos, pp. 181–186, 1999
  16. Hier lijken meetresultaten van de afgelopen 90 jaar op te duiden, maar de significatie is te beperkt om dit te kunnen extrapoleren naar miljarden jaren
  17. In dit artikel (engels) wordt veel dieper ingegaan op de versnelling van radioactief verval.
  18. Hier werd de K-Ar datering gebruikt: Snelling, A.A., The cause of anomalous potassium-argon ‘ages’ for recent andesite flows at Mt. Ngauruhoe, New Zealand, and the implications for potassium-argon ‘dating’, Proc. 4th ICC, pp. 503–525, 1998
  19. Austin, S.A., Excess argon within mineral concentrates from the new dacite lava dome at Mount St Helens Volcano, Journal of Creation 10(3):335–343, 1996; creation.com/lavadome
  20. Wetenschappers die radiometrische datering toepassen geven vaak als tegenwerping dat het hier gaat om “oud” gesteente dat in de lavastroom terechtgekomen is. Dit maakt de methode echter niet betrouwbaarder: ook bij “oudere” aardlagen kan “nog ouder” gesteente zijn opgelost.
  21. Zie tabel,Austin, S.A. (Ed.), Grand Canyon: Monument to Catastrophe, Institute for Creation Research, Santee, CA, pp. 120–131, 1994
  22. De halfwaardetijd van 14C is 5730 jaar. Na 10-20 halfwaardetijden is er geen meetbare hoeveelheid 14C meer aanwezig in de sample. Snelling, A.A., Radiometric dating in conflict, Creation 20(1):24–27, 1998; creation.com/basalt_wood. (14C wordt soms ook geschreven als C14.)
  23. Lowe, D.C., Problems associated with the use of coal as a source of 14C free background material, Radiocarbon 31:117–120, 1989
  24. http://nl.wikipedia.org/wiki/Steenkool
  25. Gidsfossielen zijn fossielen die karakteristiek zijn voor een bepaalde laag in de stratigrafie. Deze worden veel gebruikt voor onderzoek naar de biostratigrafie. Geschikte gidsfossielen zijn fossielen die een beperkte verspreiding in de tijd hebben, een groot verspreidingsgebied hebben en niet zeldzaam zijn. De beste gidsfossielen zijn snel geëvolueerd en hebben een korte levensduur. Aan de hand van gidsfossielen kunnen op een snelle en eenvoudige wijze lagen worden gedateerd. Voor een uitgebreidere datering is het belangrijk om verschillende dateringsmethoden te combineren. Bron: http://www.fossiel.net/information/article.php?id=33&/Gidsfossiel
  26. Zo werd een aardlaag in China zo’n 10 miljoen jaar jonger: http://creation.com/chinese-fossil-layers-and-the-uniformitarian-re-dating-of-the-jehol-group
  27. Tas Walker (geoloog)in The way it really is: little-known facts about radiometric dating: http://creation.com/the-way-it-really-is-little-known-facts-about-radiometric-dating
M
"

Artikelen

Artikelen