Die koolstof-14 dateringsmetode

2013-10-27 Leave a comment

Kyk ook:


Koolstof-14 word gebruik om organiese materiaal se ouderdom te bepaal. Dit is seker die bekendste metode om ouderdom te bepaal.

Om te verduidelik wat koolstof-14 is, net eers ’n agtergrond oor atome:

Alle materie bestaan uit atome. Atome het ’n kern in die middel waarom elektrone (negatief-gelaaide deeltjies) draai. ’n Atoom se kern bestaan uit protone (positiefgelaaide deeltjies) en neutrone (neutraal gelaai). Die atoomgetal van ’n atoom dui op die aantal protone van ’n atoom. Protone en neutrone word nukleone genoem. ’n Atoom met ’n neutrale lading het ewe veel protone(+) en elektrone(-). Verskillende elemente bevat verskillende hoeveelhede protone (en elektrone), bv: Waterstof het 1 proton, koolstof het 6 protone, suurstof het 8, goud het 79 (kyk Periodieke tabel). Vir meer inligting oor atome, kyk die definisies hieronder:

Definisies

  • Atoomgetal: Die aantal protone (en daarom elektrone) van ’n atoom.
  • Protone: Die positief-gelaaide deeltjies in ’n atoom. Dit kom in die middel van die atoom voor, in die atoomkern of atoomnukleus. Die aantal protone in die kern bepaal die chemiese eienskappe van ’n atoom asook watter chemiese element dit is: bv Waterstof het 1 proton, koolstof het 6 protone, suurstof het 8, yster het 26 en goud het 79 (kyk Periodieke tabel)
  • Elektrone: Die negatief-gelaaide deeltjies wat om die kern van die atoom beweeg. ’n Atoom met ’n neutrale lading het dieselfde hoeveelheid protone en elektrone.
  • Neutrone: Is saam met die protone in die middel van die atoom. Neutrone het nie ’n positiewe of negatiewe lading nie en hulle doel is om te verseker dat die positiefgelaaide protone mekaar nie wegstoot nie en daarom in die middel van die atoom bly. Gewoonlik is daar ongeveer dieselfde hoeveelheid protone as neutrone. Waterstof (H), met atoomgetal een (het slegs een proton), bevat gewoonlik nie neutrone nie. Dit is omdat daar nie verskillende protone is wat mekaar kan afstoot nie.
  • Atoomkern/nukleus: Bestaan uit die nukleone (protone en neutrone) en is in die middel van die atoom.
  • Nukleone: Die atoomkern, of atoomnukleus, bestaan uit nukleone. Dus word protone en neutrone ook nukleone genoem.
  • Atoommassa: Dit is die massa van een atoom. Hoe meer protone en neutrone daar is, hoe swaarder is die atoom.
  • Isotoop: Isotope is atome van dieselfde atoomgetal (aantal protone), maar met verskillende aantal neutrone. Bv koolstof, met 6 protone, kan 6, 7 of 8 neutrone bevat. Die isotoop word aangedui met ’n boskrif, bv die koolstofisotoop wat die mees algemeenste voorkom is koolstof-12. Dit bevat 12 nukleune (6 protone + 6 neutrone) en word aangedui deur 12C. Indien koolstof 7 neutrone bevat, word dit 13C aangedui. Die aantal protone word soms aangedui as ’n voetskrif. Die volgende is voorbeelde:
    • Koolstof-14: 146C of slegs 14C (14 nukleone, 6 protone en 14-6=8 neutrone)
    • Yster-56: 5626Fe of slegs 56Fe (56 nukleone, 26 protone en 56-26=30 neutrone)
    • Neutron: 10n (1 nukleon, 0 protone en 1 neutron)
    • Proton: 11p (1 nukleon, 1 proton en 0 neutrone)

Terug by koolstof-14: Koolstof het 6 protone en daar is drie isotope van koolstof wat natuurlik op aarde voorkom: 99% van die koolstof op aarde is koolstof-12 (6 neutrone), 1% is koolstof-13 (7 neutrone), en koolstof-14 (6 neutrone) wat in spoorhoeveelhede (baie klein hoeveelhede) voorkom.

Koolstof-14 word gevorm wanneer kosmiese strale in the boonste atmosfeer, neutrone uit die nukleus van ʼn atoom uitslaan. Hierdie uitgeslaande neutrone beweeg teen ʼn baie vinnige spoed en bots teen gewone stikstof (14N) wat op ʼn laer hoogte in die atmosfeer voorkom. Wanneer hierdie neutrone van die protone van die stikstof uitslaan, lei dit tot die vorming van koolstof-14:

147N + 10n –> 146C + 11p (’n neutron verplaas ’n proton)

Formasie van koolstof-14 vanaf stikstof

In teenstelling met gewone koolstof-12 (12C), is koolstof-14 (14C) onstabiel (radio-aktief) en daarom begin dit stadig met die proses van radioaktiewe verval. Hierdeur verander dit weer stadig terug na stikstof (14N) en stel energie vry in die proses. Die halfleeftyd van 14C is ~5730 jaar. Dus die hoeveelheid 14C halveer elke 5730 jaar. Die volgende formule word gebruik vir halfleeftyd:

X = X0(1/2)t/HL

Waar:[1]

  • X: Konsentrasie na tyd t
  • X0: Konsentrasie aan die begin by tyd t=0
  • t: Tyd in jare
  • HL: Halfleeftyd – dit tyd wat dit neem sodat die konsentrasie halveer.

Dus, as t = HL, dan is X = X0/2, die helfte van die oorspronklike konsentrasie.

Die volgende tabel demonstreer hoe die verval werk:

n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t 0 5730 11460 17190 22920 28650 34380 40110 45840 51570 57300
Frak 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/256 1/512 1/1024
Frak 1 0.5 0.25 0.125 0.0625 0.03125 0.015625 0.007813 0.003906 0.001953 0.000977
  • n = Aantal halfleeftye
  • t = Aantal jaar
  • Frak = Fraksie C14 wat oorbly (X/X0)

Dus, na 10 halfleeftye (in koolstof-14 se geval is dit 57300 jaar), is die konsentrasie minder as ’n duisendste van die oorspronklike konsentrasie.

Probleme met die koolstof-14 dateringsmetode

Die hoeveelheid koolstof-14 in lewende organismes (mense, diere en plante) word bepaal deur die hoeveelheid koolstof-14 in die atmosfeer toe die organisme nog geleef het. Niemand weet egter presies wat die konsentrasie van koolstof-14 in die atmosfeer was toe die lewende organisme gesterf het nie. Oor die algemeen word die aarde se afnemende magneetveld nie in ag geneem wanneer hierdie dateringsmetode gebruik word nie. ‘n Sterker magneetveld in die verlede sou veroorsaak dat minder kosmiese strale die aarde sou bereik wat 14C uit atmosferiese stikstof (14N) genereer. Dus, hoe verder terug in tyd, hoe minder 14C sou geproduseer gewees het. Die laer gemete 14C vandag sou geïnterpreteer word as ‘n groter ouderdom as die werklike ouderdom.

Koolstof-14 se halfleeftyd is relatief kort[2]. Koolstof-14 verminder relatief vinnig tot baie klein konsentrasies wat ’n mens nie kan meet nie. Met vandag se beste meetinstrumente kan ons met die koolstof-14-metode slegs ouderdomme jonger as 250 000 jaar bepaal. Daar word egter vandag koolstof-14 in diamante en dinosourusbene gevind (kyk Diamonds: a creationist’s best friend en Radiocarbon in dino bones). Volgens die koolstof-14 metode, is die hele geologiese kolom minder as 250 000 jaar oud.

“Ek het al koolstof-14 datering gebruik”, lag David. “Om die waarheid te sê, onder argeoloë, is koolstofdatering ’n groot grap. Hulle stuur monsters na die laboratorium om gedateer te word. As dit terugkom en saamstem met die datums waaroor hulle reeds besluit het uit die styl van die pottebakkery, sal hulle sê: ‘Koolstof-14 datering van hierdie monster bevestig ons gevolgtrekkings.’ Maar as dit nie ooreenstem nie, sal hulle net dink die laboratorium het dit verkeerd, en dit is die einde van die storie. Dit is net ’n vertoonvenster. Argeoloë dateer nooit – laat ek dit beklemtoon – nooit hul ontdekkings met koolstof-14 nie. Hulle sal dit net aanhaal indien dit ooreenstem met hulle gevolgtrekkings.”
David Down (Bybelgelowige veldargeoloog)

Voetnotas

[1] Om die ouderdom van iets te bepaal, moet die hoeveelheid koolstof-14 bekend wees en die aanvangs hoeveelheid koolstof-14 (by tyd t=0) aangeneem word en moet die boonste forumule soos volg herrangskik word:

X = X0(1/2)t/HL
X/X0 = (1/2)t/HL
log(X/X0) = log(1/2)t/HL
log(X/X0) = (t/HL)log(1/2)
t/HL = log(X/X0)/log(1/2)

[2] Die volgende is ’n lys van tipiese halfleeftye

  • koolstof-14 (14C) wat in stikstof-14 (14N) verval met ’n halfleeftyd van 5 730 jaar
  • kalium-40 (40K) wat in argon-40 (40Ar) verval met ’n halfleeftyd van 1.31 miljard jaar
  • uraan-238 (238U) wat in lood-206 (206Pb) verval met ’n halfleeftyd van 4.47 miljard jaar
  • rubidium-87 (87Rb) wat in stronsium-87 (87Sr) verval met ’n half-leeftyd van 49 miljard jaar

Ander bronne

Maak 'n opvolg-bydrae

Jou e-posadres sal nie gepubliseer word nie. Verpligte velde word met * aangedui