Wie alt ist die Erde: Radiometrische Datierung

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RADIOMETRISCHE DATIERUNG

Die Frage nach dem Alter der Erde, ihrer Gesteinsformationen und Merkmale hat Philosophen, Theologen und Wissenschaftler seit Jahrhunderten fasziniert, vor allem, weil die Antworten unser Leben in einen zeitlichen Kontext setzen. Bis zum 18. Jahrhundert lag diese Frage hauptsächlich in den Händen von Theologen, die ihre Berechnungen auf die biblische Chronologie stützten. Der irische Geistliche James Ussher aus dem 17. Jahrhundert beispielsweise berechnete, dass die Schöpfung im Jahr 4004 v. Chr. stattfand. Es gab viele andere solche Schätzungen, die jedoch stets zu einem Ergebnis führten, wonach die Erde nur wenige tausend Jahre alt sei.

Spätestens im späten 18. Jahrhundert begannen einige Naturforscher, die alten Gesteinsschichten der Erde genau zu untersuchen. Sie stellten fest, dass jede Gesteinsformation, egal wie alt sie auch war, aus noch älteren Gesteinen zu bestehen schien. Durch den Vergleich dieser Gesteine mit den Produkten der gegenwärtigen Erosion, Sedimentation und tektonischen Bewegungen schlossen diese frühesten Geologen schnell, dass die Zeit, die zur Bildung und Gestaltung der gegenwärtigen Erde erforderlich war, unvorstellbar länger war, als zuvor angenommen wurde. James Hutton, ein Arzt-Landwirt und einer der Begründer der Geologie, schrieb 1788: „Das Ergebnis unserer gegenwärtigen Untersuchung ist also, dass wir keine Spur eines Beginns finden, — keine Aussicht auf ein Ende." Obwohl dies heute vielleicht wie eine Übertreibung klingen mag, drückt es treffend den gewaltigen intellektuellen Sprung aus, der erforderlich war, als die geologische Zeit endgültig und für immer von den künstlichen Grenzen getrennt wurde, die durch die Länge des menschlichen Lebenslebens gesetzt wurden.

Mittlerweile in den späten 1800er Jahren suchten Geologen, Physiker und Chemiker nach Wegen, das Alter der Erde zu quantifizieren. Lord Kelvin und Clarence King berechneten die Zeitspanne, die erforderlich ist, damit die Erde von einem weißglühenden flüssigen Zustand aus abkühlt; sie kamen schließlich auf 24 Millionen Jahre. James Joly berechnete, dass das Alter der Erde 89 Millionen Jahre beträgt, basierend auf der Zeit, die für die Ansammlung von Salz in den Ozeanen erforderlich ist. Es gab andere Schätzungen, aber die Berechnungen wurden heftig angefochten, da sie alle offensichtlich durch Unsicherheiten sowohl in den anfänglichen Annahmen als auch in den Daten beeinträchtigt waren.

Den Wissenschaftlern, die an dieser Kontroverse beteiligt waren, war jedoch unbekannt, dass die Geologie kurz darauf tiefgreifend durch dieselben Entdeckungen beeinflusst werden sollte, die die Physik um die Wende des 20. Jahrhunderts revolutionierten. Die Entdeckung der Radioaktivität 1896 durch Henri Becquerel, die Isolierung von Radium durch Marie Curie kurz darauf, die Entdeckung der Gesetze des radioaktiven Zerfalls 1902 durch Ernest Rutherford und Frederick Soddy, die Entdeckung von Isotopen 1910 durch Soddy sowie die Entwicklung des quantitativen Massenspektrographen 1914 durch J. J. Thomson bildeten die Grundlage moderner isotopischer Datierungsmethoden. Doch erst in den späten 1950er Jahren waren alle Puzzleteile an Ort und Stelle; zu diesem Zeitpunkt war das Phänomen der Radioaktivität verstanden, die meisten natürlich vorkommenden Isotope identifiziert und ihre Häufigkeit bestimmt worden, Instrumente mit der erforderlichen Empfindlichkeit entwickelt worden, isotopische Tracer in den benötigten Mengen und Reinheiten verfügbar gewesen und die Halbwertszeiten der langlebigen radioaktiven Isotope relativ gut bekannt. Bis in die frühen 1960er Jahre waren die meisten der heute verwendeten Hauptmethoden der radiometrischen Datierung getestet worden, und ihre allgemeinen Grenzen waren bekannt.

Keine Technik ist natürlich jemals völlig perfektioniert, und die Verfeinerung setzt sich bis heute fort, doch seit mehr als zwei Jahrzehnten werden radiometrische Datierungsmethoden verwendet, um zuverlässig die Altersbestimmungen von Gesteinen, der Erde, Meteoriten und, seit 1969, des Mondes vorzunehmen.

Die radiometrische Datierung basiert auf dem Zerfall langlebiger radioaktiver Isotope, die natürlich in Gesteinen und Mineralien vorkommen. Diese Mutterisotope zerfallen zu stabilen Tochterisotopen mit Raten, die experimentell gemessen werden können und über die Zeit hinweg effektiv konstant bleiben, unabhängig von physikalischen oder chemischen Bedingungen. Es gibt eine Reihe von langlebigen radioaktiven Isotopen, die in der radiometrischen Datierung verwendet werden, und eine Vielzahl von Methoden, mit denen die Altersbestimmung von Gesteinen, Mineralien und organischen Materialien durchgeführt wird. Einige der beteiligten isotopischen Eltern, Endprodukt-Tochter und Halbwertszeiten sind in Tabelle 1 aufgeführt. Manchmal werden diese Zerfallsschemata einzeln verwendet, um ein Alter zu bestimmen (z. B. Rb-Sr), und manchmal in Kombinationen (z. B. U-Th-Pb). Jedes der verschiedenen Zerfallsschemata und Datierungsmethoden weist einzigartige Merkmale auf, die es für bestimmte geologische Situationen anwendbar machen. Beispielsweise ist eine Methode, die auf einem Mutterisotop mit einer sehr langen Halbwertszeit wie ¹⁴⁷Sm basiert, nicht sehr nützlich zur Bestimmung des Alters eines Gesteins, das nur wenige Millionen Jahre alt ist, da in dieser kurzen Zeit nicht genügend Mengen des Tochterisotops akkumulieren. Ebenso kann die ¹⁴C-Methode nur verwendet werden, um die Altersbestimmung bestimmter Arten von jungem organischem Material durchzuführen, und ist bei alten Graniten nutzlos. Einige Methoden funktionieren nur in geschlossenen Systemen, während andere in offenen Systemen funktionieren.¹ Der Punkt ist, dass nicht alle Methoden für alle Gesteine aller Altersstufen anwendbar sind. Eine der Hauptfunktionen des Datierungsspezialisten (manchmal auch Geochronologe genannt) besteht darin, die anwendbare Methode für das zu lösende spezifische Problem auszuwählen und das Experiment so zu gestalten, dass Kontrollen für die Zuverlässigkeit der Ergebnisse vorhanden sind. Einige der Methoden verfügen über interne Kontrollen, sodass die Daten selbst gute Hinweise auf die Zuverlässigkeit oder deren Fehlen liefern. Häufig wird ein radiometrisches Alter durch andere Beweise überprüft, wie z. B. die relative Reihenfolge von Gesteinseinheiten, wie sie im Feld beobachtet werden, Altersmessungen, die auf anderen Zerfallsschemata basieren, oder Altersbestimmungen an mehreren Proben aus derselben Gesteinseinheit. Der Hauptpunkt ist, dass die Altersbestimmungen von Gesteinsformationen selten auf einer einzelnen, isolierten Altersmessung basieren. Im Gegenteil, radiometrische Altersbestimmungen werden whenever möglich und praktikabel verifiziert und werden bewertet, indem andere relevante Daten berücksichtigt werden.

Mein Zweck hier besteht nicht darin, alle derzeit verwendeten Datierungsmethoden zu überprüfen und zu diskutieren. Stattdessen beschreibe ich kurz nur die drei Hauptmethoden. Dies sind die K-Ar-, Rb-Sr- und U-Pb-Methoden. Dies sind die drei Methoden, die Wissenschaftler am häufigsten verwenden, um das Alter von Gesteinen zu bestimmen, da sie den breitesten Anwendungsbereich haben und bei sachgemäßer Anwendung sehr zuverlässig sind. Dies sind auch die Methoden, die am häufigsten von kreationistischen „Wissenschaftlern" kritisiert werden. Für weitere Informationen zu diesen Methoden oder zu Methoden, die hier nicht behandelt werden, wird der Leser auf die Bücher von Faul (47), Dalrymple und Lanphere (35), Doe (38), York und Farquhar (136), Faure und Powell (50), Faure (49) sowie Jager und Hunziker (70), sowie auf den Artikel von Dalrymple (32) verwiesen.

Die K-Ar-METHODE

Die K-Ar-Methode ist wahrscheinlich die am weitesten verbreitete radiometrische Datierungstechnik, die Geologen zur Verfügung steht. Sie basiert auf der Radioaktivität von ⁴⁰K, das durch Elektroneneinfang zu ⁴⁰Ar und durch Beta-Emission zu ⁴⁰Ca zerfällt. Das Verhältnis der ⁴⁰K-Atome, die zu ⁴⁰Ar zerfallen, zu denen, die zu ⁴⁰Ca zerfallen, beträgt 0,117; dies wird als Verzweigungsratio bezeichnet. Da ⁴⁰Ca in Gesteinen und Mineralien praktisch allgegenwärtig und relativ häufig ist, ist es in der Regel nicht möglich, für das ursprünglich vorhandene ⁴⁰Ca zu korrigieren, sodass die ⁴⁰K/⁴⁰Ca-Methode selten zur Datierung verwendet wird. ⁴⁰Ar ist jedoch ein inertes Gas, das bei Erwärmung leicht aus Gesteinen entweicht, aber nach dem Abkühlen eines Gesteins in den Kristallstrukturen vieler Mineralien eingeschlossen wird. Daher kann im Prinzip, solange ein Gestein geschmolzen ist, das durch den Zerfall von ⁴⁰K gebildete ⁴⁰Ar aus der Flüssigkeit entweichen. Nach dem Erstarren und Abkühlen des Gesteins wird das radioaktive ⁴⁰Ar in den festen Kristallen eingeschlossen und reichert sich mit der Zeit an. Wird das Gestein zu einem späteren Zeitpunkt erhitzt oder geschmolzen, kann dann ein Teil oder das gesamte ⁴⁰Ar freigesetzt werden, und die Uhr wird teilweise oder vollständig zurückgesetzt.

Im Analyseprozess muss eine Korrektur für das atmosphärische Argon² vorgenommen werden, das in den meisten Mineralien und in den Vakuumapparaturen, die für die Analysen verwendet werden, vorhanden ist. Diese Korrektur lässt sich leicht durchführen, indem man die Menge an ³⁶Ar misst und, unter Verwendung der bekannten isotopischen Zusammensetzung des atmosphärischen Argons (⁴⁰Ar/ ³⁶Ar = 295,5), den entsprechenden Anteil an ⁴⁰Ar aufgrund von atmosphärischer Kontamination abzieht. Was übrig bleibt, ist die Menge an radioaktivem ⁴⁰Ar. Diese Korrektur kann sehr genau durchgeführt werden und hat keinen nennenswerten Einfluss auf das berechnete Alter, es sei denn, das atmosphärische Argon macht einen sehr großen Anteil des gesamten Argons in der Analyse aus. Der Geochronologe berücksichtigt diesen Faktor, wenn er experimentelle Fehler zu den berechneten Altersdaten hinzufügt.

Die K-Ar-Methode hat zwei wesentliche Voraussetzungen. Erstens darf kein Argon vorhanden sein, das nicht der atmosphärischen Zusammensetzung entspricht und im Gestein oder Mineral bei seiner Bildung eingeschlossen wurde. Zweitens darf das Gestein oder Mineral von der Zeit seiner Entstehung bis zur Analysezeit weder Kalium noch Argon verlieren oder gewinnen. Durch zahlreiche Experimente in den letzten drei Jahrzehnten haben Geologen gelernt, welche Gesteins- und Mineralarten diese Voraussetzungen erfüllen und welche nicht. Die K-Ar-Uhr funktioniert vor allem bei magmatischen Gesteinen, d. h. bei solchen, die aus einer Gesteinsschmelze (wie Lava und Granit) entstehen und eine einfache post-entstehungsgeschichte aufweisen. Sie funktioniert bei sedimentären Gesteinen nicht gut, da diese Gesteine aus Trümmern älterer Gesteine bestehen. Sie funktioniert bei den meisten metamorphen Gesteinen nicht gut, da diese Gesteinsart in der Regel eine komplexe Geschichte aufweist, die oft eine oder mehrere Aufheizungen nach der initialen Bildung beinhaltet. Die Methode funktioniert bei bestimmten Mineralien, die Argon gut zurückhalten, wie Muscovit, Biotit und vulkanischen Feldspat, funktioniert aber nicht bei anderen Mineralien, wie Feldspat aus Granitgesteinen, da diese ihr Argon selbst bei niedrigen Temperaturen verlieren. Die Methode funktioniert gut bei subaerischen Lavaströmen, funktioniert aber bei den meisten submarinen Kissenbasalten nicht, da diese beim Erstarren häufig überschüssiges ⁴⁰Ar einschließen. Eine der Hauptaufgaben des Geochronologen besteht darin, die Art des Materials für eine Datierungsanalyse auszuwählen. Ein großer Aufwand geht in die Probenauswahl, und die Entscheidungen werden vor der Analyse getroffen, nicht auf der Grundlage der Ergebnisse. Fehler treten zwar auf, werden aber in der Regel durch die verschiedenen Kontrollen im gut konzipierten Experiment erkannt.

Die Rb-Sr-METHODE

Die Rb-Sr-Methode basiert auf der Radioaktivität von ⁸⁷Rb, das durch einfachen Beta-Zerfall zu ⁸⁷Sr zerfällt und eine Halbwertszeit von 48,8 Milliarden Jahren hat. Rubidium ist ein Hauptbestandteil nur sehr weniger Minerale, aber die Chemie des Rubidiums ähnelt der von Kalium und Natrium, die beide viele häufige Minerale bilden, und daher kommt Rubidium als Spurenelement in den meisten Gesteinen vor. Aufgrund der sehr langen Halbwertszeit von ⁸⁷Rb wird die Rb-Sr-Datierung hauptsächlich auf Gesteine angewendet, die älter als etwa 50 bis 100 Millionen Jahre sind. Diese Methode ist bei Gesteinen mit komplexen Geschichten sehr nützlich, da das Tochterprodukt, Strontium, nicht so leicht aus Mineralen entweicht wie Argon. Infolgedessen kann eine Probe die Anforderungen eines geschlossenen Systems für die Rb-Sr-Datierung unter einem breiteren Spektrum geologischer Bedingungen erfüllen als eine Probe für die K-Ar-Datierung.

Im Gegensatz zu Argon, das leicht und vollständig aus den meisten geschmolzenen Gesteinen entweicht, ist Strontium als Spurenelement in den meisten Mineralien vorhanden, wenn diese entstehen. Aus diesem Grund können einfache Rb-Sr-Alter nur für jene Mineralien berechnet werden, die reich an Rubidium sind und eine vernachlässigbare Menge an ursprünglichem Strontium enthalten. Bei solchen Mineralien ist das berechnete Alter unempfindlich gegenüber der ursprünglichen Strontiummenge und -zusammensetzung. Bei den meisten Gesteinen ist jedoch Strontium in erheblichen Mengen vorhanden, sodass die Datierung mittels der Isokronen-Methode erfolgt, die das Problem des ursprünglichen Strontiums vollständig beseitigt.

In der Rb-Sr-Isochronen-Methode werden mehrere (drei oder mehr) Mineralien desselben Gesteins oder mehrere kogenetische Gesteine mit unterschiedlichen Rubidium- und Strontiumgehalten analysiert und die Daten in einem Isochronendiagramm (Abbildung 2) aufgetragen. Die ⁸⁷Rb- und ⁸⁷Sr-Gehalte werden auf die Menge an ⁸⁶Sr normalisiert, welches kein radiogenes Tochterprodukt ist. Wenn ein Gestein erstmals gebildet wird, beispielsweise aus einem Magma, sind die ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnisse in allen Mineralien gleich, unabhängig von den Rubidium- oder Strontiumgehalten der Mineralien, sodass alle Proben auf einer horizontalen Linie liegen (a-b-c in Abbildung 2). Der Schnittpunkt dieser Linie mit der Ordinate repräsentiert die isotopische Zusammensetzung des ursprünglichen Strontiums. Von diesem Zeitpunkt an folgen die Punkte den Pfaden³, die durch die Pfeile dargestellt werden, während jedes Atom ⁸⁷Rb zu ⁸⁷Sr zerfällt. Zu jedem Zeitpunkt nach der Bildung liegen die Punkte entlang einer Linie a'-b'-c' (Abbildung 2), deren Steigung eine Funktion des Alters des Gesteins ist. Der Schnittpunkt der Linie mit der Ordinate gibt die isotopische Zusammensetzung des ursprünglichen Strontiums an, das vorhanden war, als das Gestein gebildet wurde. Beachten Sie, dass die Schnittpunkte der Linien a-b-c und a'-b'-c' identisch sind, sodass die ursprüngliche Strontiumisotopenzusammensetzung aus diesem Schnittpunkt unabhängig vom Alter des Gesteins bestimmt werden kann.

Abbildung 2: Rb-Sr-Isokronendiagramm, das die zeitabhängige Evolution von Rb- und Sr-Isotopen in einem geschlossenen System zeigt. Nach Faure (49).

Beachten Sie, dass die Rb-Sr-Isokronen-Methode kein Wissen oder Annahmen über die isotopische Zusammensetzung oder die Menge des initialen Tochterisotops erfordert — tatsächlich werden diese aus der Methode abgeleitet. Die Gesteine oder Mineralien müssen seit ihrer Bildung Systeme gewesen sein, die für Rubidium und Strontium geschlossen waren; wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, werden die Daten nicht auf einer Isokronen liegen. Auch wenn entweder die anfängliche isotopische Zusammensetzung von Strontium nicht einheitlich ist oder die analysierten Proben nicht kogenetisch sind, werden die Daten nicht auf einer Geraden liegen. Wie der Leser leicht erkennen kann, ist die Rb-Sr-Isokronen-Methode elegant selbstüberprüfend. Wenn die Anforderungen der Methode verletzt wurden, zeigen die Daten dies deutlich.

Ein Beispiel für eine Rb-Sr-Isochron ist in Abbildung 3 dargestellt, die Analysen von fünf separaten Phasen des Meteoriten Juvinas (3) enthält. Die Daten bilden eine Isochron, die ein Alter für Juvinas von 4,60 ± 0,07 Milliarden Jahren anzeigt. Dieser Meteorit wurde auch mit der Sm-Nd-Isochron-Methode datiert, die wie die Rb-Sr-Isochron-Methode funktioniert, mit einem Alter von 4,56 ± 0,08 Milliarden Jahren (84).

Abbildung 3: Rb-Sr-Isokron für den Meteoriten Juvinas. Die Punkte stellen Analysen an Glas, Tridymit und Quarz, Pyroxen, Gesamtgestein und Plagioklas dar. Nach Faure (49). Daten von Allegre und anderen (3).

Die U-Pb-Methode

Die U-Pb-Methode beruht auf dem Zerfall von ²³⁵U und ²³⁸U. Diese beiden Mutterisotope durchlaufen eine Zerfallsreihe mit mehreren intermediären radioaktiven Tochterisotopen, bevor das stabile Endprodukt, Blei (Tabelle 1), erreicht wird.

Zwei einfache unabhängige „Alter"-Berechnungen können aus den zwei U-Pb-Zerfällen durchgeführt werden: ²³⁸U zu ²⁰⁶Pb und ²³⁵U zu ²⁰⁷Pb. Zusätzlich kann ein „Alter" auf Basis des ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb-Verhältnisses berechnet werden, da sich dieses Verhältnis im Laufe der Zeit ändert. Falls erforderlich, kann eine Korrektur für den anfänglichen Bleigehalt in diesen Systemen unter Verwendung von ²⁰⁴Pb als Index vorgenommen werden. Wenn diese drei Altersberechnungen übereinstimmen, repräsentiert das Alter das wahre Alter des Gesteins. Blei ist jedoch ein flüchtiges Element, und daher ist Bleiverlust häufig ein Problem. Infolgedessen sind einfache U-Pb-Alter oft diskordant.

Die U-Pb-Konkordanz-Diskordanz-Methode umgeht das Problem des Bleiverlusts in diskordanten Systemen und bietet eine interne Kontrolle für die Zuverlässigkeit. Diese Methode umfasst den Zerfall von ²³⁸U und ²³⁵U und wird bei Mineralien wie Zirkon angewendet, einem häufigen Nebengemengmineral in magmatischen Gesteinen, das Uran enthält, aber kein oder nur vernachlässigbares ursprüngliches Blei. Diese letztere Anforderung kann, falls notwendig, durch Überprüfung auf das Vorhandensein von ²⁰⁴Pb geprüft werden, was auf das Vorhandensein und die Menge des ursprünglichen Bleis hindeuten würde. In einem geschlossenen, bleifreien System wird ein Punkt, der die ²⁰⁶Pb/²³⁸U- und ²⁰⁷Pb/²³⁵U-Verhältnisse darstellt, auf einer gekrümmten Linie aufgetragen, die als Konkordanz bekannt ist (Abbildung 4). Die Position des Punktes auf der Konkordanz hängt ausschließlich vom Alter der Probe ab. Wenn die Probe zu einem späteren Zeitpunkt (z. B. 2,5 Milliarden Jahre nach der Bildung) Blei in einem episodischen Ereignis verliert, bewegt sich der Punkt von der Konkordanz entlang einer geraden Linie zum Ursprung. Zu jedem Zeitpunkt nach dem episodischen Bleiverlust (z. B. 1,0 Milliarden Jahre später) wird der Punkt Q in Abbildung 4 auf einer Sehne zur Konkordanz liegen, die das ursprüngliche Alter der Probe mit dem Alter des Bleiverlust-Ereignisses verbindet. Diese Sehne wird Diskordanz genannt. Wenn wir nun betrachten, was mit mehreren verschiedenen Proben passieren würde, z. B. verschiedenen Zirkonen aus demselben Gestein, von denen jede unterschiedliche Mengen Blei während des Ereignisses verlor, stellen wir fest, dass zu jedem Zeitpunkt nach dem Bleiverlust, sagen wir heute, alle Punkte für diese Proben auf der Diskordanz liegen. Der obere Schnittpunkt der Diskordanz mit der Konkordanz gibt das ursprüngliche Alter des Gesteins an, oder 3,5 Milliarden Jahre im in Abbildung 4 gezeigten Beispiel. Es gibt mehrere Hypothesen zur Interpretation des unteren Schnittpunkts, aber die häufigste Interpretation ist, dass er das Alter des Ereignisses angibt, das den Bleiverlust verursachte, oder 1 Milliarde Jahre in Abbildung 4. Beachten Sie, dass diese Methode nicht nur selbstüberprüfend ist, sondern auch an offenen Systemen funktioniert. Was ist mit Uranverlust? Uran ist so refraktär, dass sein Verlust kein Problem zu sein scheint. Wenn jedoch Uran verloren ginge, würde die Konkordanz-Diskordanz-Diagramm dies ebenfalls anzeigen.

Abbildung 4: U-Pb-Konkordanz-Diskordanz-Diagramm, das die Entwicklung eines Systems zeigt, das 3,5 Milliarden Jahre alt ist und vor 1,0 Milliarden Jahren episodischen Bleiverlust erlitt. Siehe Text für Erklärung. Nach Faure (49).

Die U-Pb-Konkordanz-Diskordanz-Methode ist eine der leistungsfähigsten und zuverlässigsten Datierungsmethoden. Sie ist besonders widerstandsfähig gegenüber Erhitzungs- und metamorphen Ereignissen und daher äußerst nützlich bei Gesteinen mit komplexen Geschichten. Häufig wird diese Methode in Verbindung mit den K-Ar- und Rb-Sr-Isokronenmethoden verwendet, um die Geschichte metamorpher Gesteine zu entschlüsseln, da jede dieser Methoden unterschiedlich auf Metamorphose und Erhitzung reagiert. Zum Beispiel könnte das U-Pb-Diskordanz-Alter das Alter der initialen Bildung des Gesteins angeben, während die K-Ar-Methode, die besonders empfindlich gegenüber Argonverlust durch Erhitzung ist, das Alter des jüngsten Erhitzungseignisses angeben könnte.

Ein Beispiel für ein U-Pb-Diskordanz-Alter ist in Abbildung 5 dargestellt. Dieses Beispiel zeigt ein Alter von 3,56 Milliarden Jahren für die ältesten bisher in Nordamerika gefundenen Gesteine und ein Alter von 1,85 Milliarden Jahren für das jüngste Erhitzungsevent, das diese Gesteine erfahren haben. Die K-Ar-Alter von Gesteinen und Mineralien aus diesem Gebiet im Südwesten von Minnesota dokumentieren ebenfalls dieses 1,85-Milliarden-Jahre alte Erhitzungsevent.

Abbildung 5: U-Pb-Konkordanz-Diskordanz-Diagramm für neun Proben des 3,56 Milliarden Jahre alten Morton Gneiss, Minn. Nach Goldich und anderen (56).

MANCHE KREATIONISTISCHE KRITIKEN AN DER RADIOMETRISCHEN DATIERUNG

„ANOMALÖSE" ALTERTÄGER

Die Befürworter des „wissenschaftlichen" Kreationismus verweisen häufig auf scheinbare Inkonsistenzen in den Ergebnissen der radiometrischen Datierung als Beweis für die Ungültigkeit der Techniken. Dieses Argument ist irreführend und vergleichbar mit dem Schluss, dass alle Armbanduhren nicht funktionieren, weil Sie zufällig eine finden, die keine genaue Zeit anzeigt. Tatsächlich betragen die Anzahl der „falschen" Altersangaben nur wenige Prozent der Gesamtzahl, und fast alle dieser Fälle sind auf unerkannte geologische Faktoren, unbeabsichtigte Fehlapplication der Techniken oder technische Schwierigkeiten zurückzuführen. Wie jedes komplexe Verfahren funktioniert die radiometrische Datierung nicht unter allen Umständen immer. Jede Technik funktioniert nur unter einem bestimmten Satz geologischer Bedingungen, und gelegentlich wird eine Methode unbeabsichtigt falsch angewendet. Darüber hinaus lernen Wissenschaftler ständig Neues, und einige der „Fehler" sind gar keine Fehler, sondern einfach Ergebnisse, die im fortgesetzten Bemühen, die Methoden und ihre Anwendung zu erforschen und zu verbessern, erzielt werden. Es gibt zwar, um sicher zu sein, Inkonsistenzen, Fehler und Ergebnisse, die schlecht verstanden werden, aber diese sind im Vergleich zum riesigen Korpus konsistenter und sinnvoller Ergebnisse, die deutlich darauf hindeuten, dass die Methoden funktionieren und die Ergebnisse, wenn sie korrekt angewendet und sorgfältig bewertet werden, vertrauenswürdig sind, sehr wenige.

Die meisten von Kreationisten als „Wissenschaftlern" zitierten „anomalen" Altersdaten, die sie in ihrem Versuch, die radiometrische Datierung zu diskreditieren, anführen, sind tatsächlich eine Fehlinterpretation der Daten, die häufig aus dem Kontext gerissen und missverstanden werden. Einige Beispiele werden zeigen, dass ihre Kritik unbegründet ist.

Die Woodmorappe-Liste

Der kreationistische Autor J. Woodmorappe (134) listet mehr als 300 angeblich „anomale" radiometrische Altersbestimmungen auf, die er aus der wissenschaftlichen Literatur ausgewählt hat. Er behauptet, dass diese Beispiele die Gültigkeit der radiometrischen Datierung ernsthaft in Frage stellen.

Die Anwendung der radiometrischen Datierung in der Geologie beinhaltet eine sehr selektive Akzeptanz von Daten. Diskrepanzen bei Datierungen, die offenen Systemen zugeschrieben werden, könnten stattdessen Belege gegen die Gültigkeit der radiometrischen Datierung sein. (134, S. 102)

Jedoch zeigt eine sorgfältige Prüfung seiner Beispiele, von denen einige in Tabelle 2 aufgeführt sind, dass er sowohl die Daten als auch deren Bedeutung falsch darstellt.

Die beiden Altersbestimmungen aus Küstenregionen im Golf von Mexiko (Tabelle 2) stammen aus einem Bericht von Evernden und anderen (43). Es handelt sich um K-Ar-Daten, die an Glaukonit gewonnen wurden, einem Kaliumhaltigen Tonmineral, das in einigen marinen Sedimenten entsteht. Woodmorappe (134) erwähnt jedoch nicht, dass diese Daten im Rahmen eines kontrollierten Experiments gewonnen wurden, um die Anwendbarkeit der K-Ar-Methode auf Glaukonit und auf Illit, ein weiteres Tonmineral, an Proben mit bekanntem Alter zu testen. Er erwähnt auch nicht, dass die meisten der 89 K-Ar-Altersbestimmungen, die in ihrer Studie berichtet werden, sehr gut mit den erwarteten Alterswerten übereinstimmen. Evernden und andere (43) stellten fest, dass diese Tonminerale bei auch nur leichtem Erhitzen, wie es beispielsweise beim tiefen Vergraben von sedimentären Gesteinen vorkommt, extrem anfällig für Argonverluste sind. Daher wird Glaukonit zur Altersbestimmung nur mit äußerster Vorsicht eingesetzt. Woodmorappes Beispiele aus dem Golf von Mexiko sind tatsächlich Beispiele aus einem sorgfältig konzipierten Experiment, um die Gültigkeit einer neuen Technik an einem bisher ungetesteten Material zu prüfen.

Die Altersangaben aus dem Coast Range Batholith in Alaska (Tabelle 2) werden von Woodmorappe (134) auf einen Bericht von Lanphere und anderen (80) bezogen. Während Lanphere und seine Kollegen auf diese beiden K-Ar-Altersangaben von 163 und 186 Millionen Jahren verwiesen, stammen die Altersangaben tatsächlich aus einem anderen Bericht und wurden von Proben gewonnen, die an zwei Standorten in Kanada, nicht in Alaska, gesammelt wurden. Mit diesen Altersangaben ist nichts falsch; sie stehen im Einklang mit den bekannten geologischen Beziehungen und repräsentieren die Kristallisationsalter der kanadischen Proben. Wo Woodmorappe sein „erwartetes" Alter von 140 Millionen Jahren herhat, ist für jeden eine Frage, da es in dem Bericht, den er zitiert, nicht erscheint.

Das liberianische Beispiel (Tabelle 2) stammt aus einem Bericht von Dalrymple und anderen (34). Diese Autoren untersuchten Basaltgänge, die in präkambrische kristalline Grundgebirgsgesteine und mesozoische Sedimentgesteine im westlichen Liberia eindringen. Die Gänge, die das präkambrische Grundgebirge durchsetzen, ergaben K-Ar-Alter zwischen 186 und 1213 Millionen Jahren (Woodmorappe listet dieses höhere Alter fälschlicherweise als 1230 Millionen Jahre auf), wohingegen die Gänge, die die mesozoischen Sedimentgesteine durchsetzen, K-Ar-Alter zwischen 173 und 192 Millionen Jahren ergaben. ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Experimente⁴ an Proben der Gänge zeigten, dass die Gänge, die das präkambrische Grundgebirge durchsetzen, überschüssiges ⁴⁰Ar enthielten und dass die berechneten Alter der Gänge keine Erstarrungsalter darstellen. Die ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Experimente an den Gängen, die die mesozoischen Sedimentgesteine durchsetzen, zeigten jedoch, dass die Alter dieser Gänge zuverlässig sind. Woodmorappe (134) erwähnt nicht, dass die Experimente in dieser Studie so konzipiert waren, dass die anomalen Ergebnisse offensichtlich wurden, die Ursache der anomalen Ergebnisse entdeckt wurde und die Erstarrungsalter der liberianischen Gänge eindeutig bestimmt wurden. Das liberianische Studium ist tatsächlich ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Geochronologen Experimente so gestalten, dass die Ergebnisse überprüft und verifiziert werden können.

Das letzte in Tabelle 2 aufgeführte Beispiel ist eine angebliche Rb-Sr-Isochronen-Altersbestimmung von 34 Milliarden Jahren für Diabas der Pahrump-Gruppe aus dem Panamint Valley in Kalifornien und wird auf ein Buch von Faure und Powell (50) verwiesen. Auch hier stellt Woodmorappe (134) die Fakten stark falsch dar. Die von Woodmorappe (134) erwähnte „Isochron" ist in Abbildung 6 so dargestellt, wie sie in Faure und Powell (50) erscheint. Die Daten liegen nicht auf einer geraden Linie und bilden daher keine Isochron. Die ursprünglichen Daten stammen aus einem Bericht von Wasserburg und anderen (130), die die Daten zwar so aufgetragen haben, aber keine 34-Milliarden-Jahre-Isochron auf das Diagramm gezeichnet haben. Die „Isochronen"-Linien wurden von Faure und Powell (50) als „Referenz-Isochronen" ausschließlich zum Zweck der Darstellung der Streuung der Daten gezeichnet.

Abbildung 6: Die Rb-Sr „Isochron" aus dem Diabas der Pahrump-Gruppe, interpretiert von Woodmorappe (134) als eine radiometrische Altersbestimmung von 34 Milliarden Jahren. Die Linien sind tatsächlich „Referenz"-Isochronen, die von Faure und Powell (50) gezeichnet wurden, um die extreme Streuung der Daten zu veranschaulichen. Diese Streuung zeigt deutlich, dass die Probe ein offenes System war und ihr Alter aus diesen Daten nicht bestimmt werden kann. Radiometrische Altersbestimmungen an verwandten Formationen deuten darauf hin, dass der Pahrump-Diabas etwa 1,2 Milliarden Jahre alt ist. Originaldaten von Wasserburg und anderen (130).

Wie oben diskutiert, ist eine Eigenschaft des Rb-Sr-Isochronendiagramms, dass es in hohem Maße selbstdiagnostisch ist. Die Streuung der Daten in Abbildung 6 zeigt deutlich, dass die Probe ein offenes System für ⁸⁷Sr (und möglicherweise auch für andere Isotope) war und dass aus diesen Daten kein aussagekräftiges Rb-Sr-Alter berechnet werden kann. Dieser Schluss wurde eindeutig von Wasserburg und anderen (130) sowie von Faure und Powell (50) formuliert. Die Interpretation, dass die Daten eine 34 Milliarden Jahre alte Isochron darstellen, ist ausschließlich Woodmorappes (134) und offensichtlich falsch.

Die Wiedervereinigung „Diskrepanz"

Eine Reihe von Vulkaniten von der Insel Réunion im Indischen Ozean liefert K/Ar-Alter zwischen 100.000 und 2 Millionen Jahren, während die ²⁰⁶Pb/²³⁸U- und ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb-Alter zwischen 2,2 und 4,4 Milliarden Jahren liegen. Der Faktor der Diskrepanz zwischen den „Alter" beträgt in einigen Proben bis zu 14.000. (77, S. 201)

Es gibt zwei Fehler in diesem Argument. Erstens stammen die Bleidaten, die Kofahl und Segraves (77) zitieren, die aus einem Bericht von Oversby (102) stammen, aus üblichen Blei-Messungen, die primär durchgeführt wurden, um Informationen über die Entstehung der Reunion-Laven zu erhalten, und sekundär, um zu schätzen, wann das Muttermagma, aus dem die Lava abgeleitet wurde, vom primitiven Mantelmaterial getrennt wurde. Diese Daten können nicht verwendet werden, um das Alter der Lavaströme zu berechnen, und kein wissenschaftlich kompetenter Forscher würde dies versuchen. Zweitens erscheinen die von Kofahl und Segraves zitierten U-Pb- und Pb-Pb-Lava-"Alter" nicht in Oversbys Bericht. Die K-Ar-Alter sind die korrekten Alter der Reunion-Lavaströme, wohingegen die U-Pb- und Pb-Pb-"Alter" nicht existieren! Wir können nur spekulieren, wo Kofahl und Segraves ihre Zahlen hergehabt haben.

Die hawaiischen Basalte

Eine weitere Studie über hawaiische Basalte ergab sieben „Alter" dieser Basalte, die allesamt von null Jahren bis zu 3,34 Millionen Jahren reichten. Die Autoren fühlten sich durch eine offensichtlich unorthodoxe Anwendung statistischer Schlussfolgerungen berechtigt, das „Alter" dieser Basalte als 250.000 Jahre zu verzeichnen. (92, S. 147)

Die Daten, auf die Morris (92) sich bezieht, wurden von Evernden und anderen (44) veröffentlicht, umfassen jedoch Proben von verschiedenen Inseln, die zu unterschiedlichen Zeiten entstanden sind! Das Alter von 3,34 Millionen Jahren stammt aus der Napali-Formation auf der Insel Kauai und stimmt mit anderen Altersbestimmungen dieser Formation überein (86, 87). Das ungefähre Alter von 250.000 Jahren war der Mittelwert der Ergebnisse aus vier Proben von der Insel Hawaii, die viel jünger ist als Kauai. Im Gegensatz zu Morris' Bedenken ist mit diesen Daten nichts in Ordnung, und die statistische Argumentation, die von Evernden und seinen Kollegen verwendet wurde, ist vollkommen rational und orthodox.

Die submarinen Kissenbasalte von Kilauea

Viele der Gesteine scheinen Ar⁴⁰ aus dem Magma geerbt zu haben, aus dem die Gesteine entstanden sind. Vulkanische Gesteine, die in den Ozean eruptierten, erben definitiv Ar⁴⁰ und Helium, und wenn diese mit dem K⁴⁰-Ar⁴⁰-Uhrwerk datiert werden, ergeben sich für sehr junge Fließungen alte Altersangaben. Beispielsweise ergaben Basalte, die vom Meeresboden vor der Insel Hawaii auf einer submarinen Verlängerung des Ost-Rift-Zones des Kilauea-Vulkans entnommen wurden, ein Alter von 22 Millionen Jahren, obwohl der tatsächliche Ausbruch vor weniger als 200 Jahren stattfand. (117, S. 39, und ähnliche Aussagen in 92)

Slusher (117) und Morris (92) führten dieses Argument vor, um zu zeigen, dass die K-Ar-Methode unzuverlässig ist, doch das Argument ist ein roter Hering.

Zwei Studien entdeckten unabhängig voneinander, dass die glasartigen Ränder submariner Kissenbasalte, so benannt, weil Lava, die unter Wasser extrudiert wird, kugelförmige Gestalten annimmt, die Kissen ähneln, ⁴⁰Ar lösen, das in der Schmelze enthalten ist, bevor sie entweichen kann (36, 101). Dieser Effekt ist in den Rändern der Kissen am gravierendsten und nimmt mit der Wassertiefe zu. Der überschüssige ⁴⁰Ar-Gehalt nähert sich den Kisseninnereien, die sich langsamer abkühlen und dem ⁴⁰Ar die Möglichkeit geben zu entweichen, sowie bei Wassertiefen von weniger als etwa 1000 Metern aufgrund des Rückgangs des hydrostatischen Drucks, dem Wert Null. Der Zweck dieser beiden Studien bestand darin, in einem kontrollierten Experiment mit Proben bekannter Altersbestimmung, die Eignung submariner Kissenbasalte für die Datierung zu ermitteln, da vermutet wurde, dass solche Proben möglicherweise unzuverlässig sein könnten. Solche Studien sind nicht ungewöhnlich, da jeder verschiedene Typ von Mineral und Gestein sorgfältig getestet werden muss, bevor er für eine radiometrische Datierungstechnik verwendet werden kann. Im Fall der submariner Kissenbasalte zeigten die Ergebnisse eindeutig an, dass diese Gesteine für die Datierung ungeeignet sind, und werden daher nicht allgemein für diesen Zweck verwendet, außer in besonderen Umständen und es sei denn, es gibt einen unabhängigen Weg, um die Ergebnisse zu überprüfen.

„Überschüssiges" Argon in Mondgestein

Andererseits enthalten viele Mondgesteine so große Mengen an als überschüssiges Argon betrachteten Substanzen, dass eine Datierung mittels K/Ar gar nicht erst berichtet wird. (77, S. 200)

Die Quellenangabe für diese Aussage verweist auf einen Bericht von Turner (128). Turner hat jedoch keine solche Bemerkung zu überschüssigem Argon in Mondgestein gemacht, und es liegen in seinem Bericht keine Daten vor, auf denen eine solche Schlussfolgerung basieren könnte. Die Aussage von Rofahl und Segraves (77) ist einfach unbegründet.

Der 1801er Ausbruch des Hualalai-Vulkans

Vulkanische Gesteine, die durch Lavaströme entstanden, die in Hawaii in den Jahren 1800–1801 auftraten, wurden mit der Kalium-Argon-Methode datiert. Der überschüssige Argon ergab scheinbare Altersangaben von 160 Millionen bis 2,96 Milliarden Jahren. (77, S. 200)

Ähnliche moderne Gesteine, die 1801 in der Nähe von Hualalai, Hawaii, entstanden, ergaben Kalium-Argon-Altersangaben von 160 Millionen bis 3 Milliarden Jahren. (92, S. 147)

Kofahl und Segraves (77) sowie Morris (92) zitieren eine Studie von Funkhouser und Naughton (51) über xenolithische Einschlüsse im 1801er Lavafluss des Hualalai-Vulkans auf der Insel Hawaii.

Der 1801er Fluss ist ungewöhnlich, da er sehr reichlich Einschlüsse von Gesteinen enthält, die fremd zur Lava sind. Diese Einschlüsse, die Xenolithe (was fremde Gesteine bedeutet) genannt werden, bestehen hauptsächlich aus Olivin, einem hellgrünen Eisen-Magnesium-Silikatmineral. Sie stammen aus tiefen Bereichen des Mantels und wurden von der Lava nach oben zur Oberfläche transportiert. Im Gelände sehen sie aus wie große Rosinen in einem Pudding und treten sogar in Schichten auf, die eine auf der anderen liegen und durch die Lava zusammengeklebt sind. Die Studie von Funkhouser und Naughton (51) bezog sich auf die Xenolithe, nicht auf die Lava. Die Xenolithe, die in ihrer Zusammensetzung variieren und in ihrer Größe von einzelnen Mineralkörnern bis zu Gesteinen, die so groß wie Basketballbälle sind, reichen, enthalten tatsächlich in großen Mengen überschüssiges Argon. Funkhouser und Naughton waren sehr sorgfältig darauf hinzuweisen, dass die scheinbaren „Alter", die sie bestimmten, geologisch nicht aussagekräftig sind. Ganz einfach gesagt, gehören Xenolithe zu den Gesteinstypen, die mit der K-Ar-Methode nicht datiert werden können. Funkhouser und Naughton konnten feststellen, dass das überschüssige Gas hauptsächlich in Flüssigkeitsblasen in den Mineralien der Xenolithe verbleibt, wo es bei Erreichen der Oberfläche nicht entweichen kann. Studien wie die von Funkhouser und Naughton werden routinemäßig durchgeführt, um festzustellen, welche Materialien für die Datierung geeignet sind und welche nicht, sowie um die Ursache für manchmal seltsame Ergebnisse zu ermitteln. Sie sind Teil eines anhaltenden Bestrebens, mehr zu lernen.

Zwei umfangreiche K-Ar-Studien zu historischen Lavaströmen aus der ganzen Welt (31, 79) zeigten, dass überschüssiges Argon kein ernstes Problem für die Datierung von Lavaströmen darstellt. Die Autoren dieser Berichte „datierten" zahlreiche Lavaströme, deren Alter aus historischen Aufzeichnungen bekannt ist. In fast jedem Fall betrug das gemessene K-Ar-Alter null, wie zu erwarten, wenn überschüssiges Argon unüblich ist. Eine Ausnahme bildet der Lavafluss von 1801 auf Hualalai, der so stark durch Xenolithe kontaminiert ist, dass es unmöglich ist, eine vollständig inklusionsfreie Probe zu gewinnen.

METHODOLOGIE

Entstehung „Wissenschaftler" kritisieren häufig die Systematik und Methodik der radiometrischen Datierung und implizieren dabei oft, dass Wissenschaftler ihre Schlussfolgerungen nicht ehrlich herleiten. Einer der Hauptvertreter dieses Ansatzes ist Slusher (117), dessen „Critique of Radiometric Dating" mit solchen unbegründeten Aussagen überfüllt ist. Ein paar Beispiele werden verdeutlichen, dass die Kommentare von Slusher (117) und anderen kreationistischen „Wissenschaftlern" auf Unkenntnis der Methoden beruhen und unbegründet sind.

Initial ⁸⁷Sr

Es gibt wirklich keine gültige Methode, um die anfänglichen Mengen an Sr⁸⁷ in Gesteinen zu bestimmen. Es wird viel mit Zahlen und Gleichungen herumschustert, um Ergebnisse zu erhalten, die mit den U-Th-Pb-"Uhren" übereinstimmen. Bei all diesen radioaktiven Uhren werden alle Methoden so angepasst, dass sie Werte liefern, die dem Glauben der Evolutionisten bezüglich des Alters der Erde und der Alters der geologischen Ereignisse entsprechen. Der Grund, warum die verschiedenen Datierungsmethoden nach der "Analyse" ähnliche Altersangaben liefern, liegt darin, dass sie so gemacht wurden. Im Fall der anfänglichen Sr⁸⁷/Sr⁸⁶-Verhältnisse können diese Werte so angepasst werden, dass jedes gewünschte Alter erzielt werden kann. (117, S. 40)

Slusher (117) ist in allen Punkten falsch.

Wie oben im Abschnitt zur Rb-Sr-Datierung besprochen, kann die einfachste Form der Rb-Sr-Datierung (d. h. Datierung durch Messung der ⁸⁷Rb- und ⁸⁷Sr-Gehalte in einer einzelnen Probe) nur an solchen Proben durchgeführt werden, die so wenig an ursprünglichem ⁸⁷Sr aufweisen, dass die Korrektur für das ursprüngliche Sr vernachlässigbar ist. Solche Proben sind selten, und daher wird fast alle moderne Rb-Sr-Datierung mit der Isokronen-Methode durchgeführt. Der Vorteil der Rb-Sr-Isokronen-Methode besteht darin, dass keine Kenntnis der ursprünglichen Sr-Isotopenzusammensetzung erforderlich ist — dies ist eines der Ergebnisse, die gewonnen werden. Im Gegensatz zur Aussage von Slushers (117) ist die Menge des ursprünglichen ⁸⁷Sr nicht notwendig, um die Rb-Sr-Isokronen-Altersgleichung zu lösen; lediglich das aktuelle ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis wird benötigt, und das ursprüngliche ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis wird aus keinem Zweck heraus angepasst.

Ein weiterer Vorteil der Isochronen-Methode besteht darin, dass sie interne Kontrollen für die Zuverlässigkeit enthält. Schauen Sie sich erneut die Isochrone für den Meteoriten Juvinas (Abbildung 3) an. Das anfängliche ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis von 0,69896 wurde nicht angenommen; es war das Ergebnis der Isochronen-Analyse. Die Daten sind unkompliziert (wenn auch technisch komplex) Messungen, die auf einer Geraden liegen und darauf hinweisen, dass der Meteorit die Anforderung eines geschlossenen Systems erfüllt. Die Zerfallskonstanten, die in den Berechnungen verwendet wurden, waren dieselben wie diejenigen, die weltweit 1975⁵ verwendet wurden. Diese Daten wurden nicht „hergestellt", um ein hohes Alter zu ergeben, wie Slusher (117) behauptet. Das Alter von 4,60 ± 0,07 Milliarden Jahren ist ein Ergebnis, das erzielt wurde, weil Juvinas tatsächlich ein uraltes Objekt ist.

Initial ⁴⁰Ar

Es gibt viel zu viel Ar⁴⁰ in der Erde, als dass mehr als ein kleiner Bruchteil davon durch radioaktiven Zerfall von K⁴⁰ entstanden sein könnte. Dies gilt selbst, wenn die Erde wirklich 4,5 Milliarden Jahre alt wäre. In der Atmosphäre der Erde macht Ar⁴⁰ 99,6 % des gesamten Argons aus. Dies entspricht etwa 100-mal der Menge, die durch radioaktiven Zerfall über die hypothetischen 4,5 Milliarden Jahre erzeugt worden wäre. Sicherlich wird dies nicht durch einen Zustrom aus dem Weltraum produziert. Daher scheint es, dass eine große Menge an Ar⁴⁰ anfangs vorhanden war. Da Geochronologen davon ausgehen, dass Fehler aufgrund der Anwesenheit von ursprünglichem Ar⁴⁰ gering sind, sind ihre Ergebnisse höchst zweifelhaft. (117, S. 39)

Diese Aussage enthält mehrere schwerwiegende Fehler. Erstens gibt es nicht mehr ⁴⁰Ar in der Atmosphäre, als durch den radioaktiven Zerfall von ⁴⁰K über 4,5 Milliarden Jahre erklärt werden kann. Eine Menge an ⁴⁰Ar, die dem gesamten ⁴⁰Ar entspricht, das sich derzeit in der Atmosphäre befindet, könnte in 4,5 Milliarden Jahren erzeugt werden, wenn die Erde nur 85 ppm Kalium enthalten hätte. Aktuelle Schätzungen zur Zusammensetzung der Erde deuten darauf hin, dass die Kruste etwa 1,9 Prozent Kalium und der Mantel zwischen 100 und 400 ppm Kalium enthält. Der ⁴⁰Ar-Gehalt der Atmosphäre ist gut bekannt und beträgt 6,6 × 10¹⁹ Gramm. Der geschätzte ⁴⁰Ar-Gehalt der Kruste und des Mantels zusammen beträgt etwa 4 bis 19 × 10¹⁹ Gramm (60). Somit enthalten die Erde und die Atmosphäre derzeit etwa gleich große Mengen an ⁴⁰Ar, und die Gesamtmenge könnte erzeugt werden, wenn die Erde nur 170 ppm Kalium enthalten und die Hälfte ihres ⁴⁰Ar in die Atmosphäre abgegeben hätte. Zweitens gab es ausreichend Tests, die zeigen, dass magmatische und metamorphe Gesteine bei ihrer Bildung in der Kruste fast immer ihr eingeschlossenes ⁴⁰Ar freisetzen und damit die K-Ar-Uhr zurücksetzen. Darüber hinaus gestalten Wissenschaftler ihre Experimente so, dass anomale Ergebnisse, wie sie beispielsweise durch den seltenen Fall eines anfänglichen ⁴⁰Ar verursacht werden könnten, leicht erkennbar sind. Die Untersuchung der liberianen Diabasdyke, die oben diskutiert wurde, ist ein gutes Beispiel für diese Praxis.

Isochronen

Viele kreationistische „Wissenschaftler" haben versucht, die Rb-Sr-Isokronen-Datierung zu diskreditieren, indem sie die grundlegenden Prinzipien der Methode kritisieren. Drei dieser Kritikpunkte sind es wert, untersucht zu werden, da sie zeigen, wie wenig diese kreationistischen „Wissenschaftler" über die Grundlagen der Geochemie im Allgemeinen und über Isokronen im Besonderen verstehen.

1. Uniformes Anfangs-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis

Nun zu der Annahme, dass die Proben das gleiche initiale Sr⁸⁷/Sr⁸⁶-Verhältnis aufwiesen, können einige relevante Bemerkungen gemacht werden. Erstens, wenn angenommen wird, dass es eine gleichmäßige Verteilung von Sr⁸⁷ im Gestein gibt, dann wird auch angenommen, dass es eine gleichmäßige Verteilung von Rb⁸⁷ gibt. Aber natürlich wird dies vom Geochronologen nicht angenommen, da es nach der konventionellen Theorie zu einer Gruppierung seiner Punkte an einer Position auf einem Sr⁸⁷/Sr⁸⁶-gegen-Rb⁸⁷/Sr⁸⁶-Diagramm kommen müsste. (117, S. 42)

Es gibt zwei ernsthafte Mängel in Slushers (117) Argument; erstens erfordert die Rb-Sr-Isokronenmethode nicht eine gleichmäßige Verteilung von ⁸⁷Sr. Sie verlangt lediglich, dass die Sr-isotopische Zusammensetzung, d. h. das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr Verhältnis, zu dem Zeitpunkt, als der Gestein entstand (Abbildung 2), in allen Phasen (üblicherweise Mineralien aus demselben Gestein) konstant ist. Obwohl die verschiedenen Mineralien unterschiedliche Mengen an Sr aufnehmen, wenn sie abkühlen und sich bilden, bleibt die Sr-isotopische Zusammensetzung gleich, da natürliche Prozesse Isotope mit so geringem Massenunterschied wie ⁸⁷Sr und ⁸⁶Sr nicht signifikant fraktionieren. Zweitens hat Slusher (117) Isotope und Elemente verwechselt. Es wäre absurd anzunehmen, dass entweder die Menge an ⁸⁷Rb oder das ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr-Verhältnis gleichmäßig ist, wenn ein Gestein entsteht. Rb und Sr sind recht unterschiedliche Elemente und werden in den verschiedenen Mineralien in unterschiedlichen Verhältnissen aufgenommen, abhängig von der Zusammensetzung und Struktur der Mineralien. Die Rb-Sr-Isokronenmethode funktioniert genau, weil das Rb/Sr-Verhältnis, im Isokronendiagramm als ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr ausgedrückt (Abbildung 2), von Mineral zu Mineral bei der Entstehung variiert, während die Sr-isotopische Zusammensetzung (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis) dies nicht tut.

2. Das ⁵⁴Fe/⁸⁶Sr-Verhältnis versus die Analogie des ^S8Fe/⁸⁶Sr-Verhältnisses

Dr. Cook hat darauf hingewiesen, dass die Bestimmung der Isochronen besser als ein natürlicher isotopischer Variationseffekt erklärt werden kann, da ähnliche Kurven für Diagramme von Fe⁵⁴/Sr⁸⁶ gegenüber Fe⁵⁸/Sr⁸⁶ erhalten werden, die bekanntermaßen keine Zeitfunktionen sind, da diese Verhältnisse nichts mit Radioaktivität zu tun haben, weil diese Isotope nicht radioaktiv sind. Es gibt keine Möglichkeit, diese natürliche isotopische Variation zu korrigieren, da sie nicht bestimmt werden kann. Dies macht die Rb⁸⁷-Sr⁸⁷ -Serie als Uhr unbrauchbar. (117, S. 42)

Slusher (117) liegt erneut falsch. Er hat eine ungültige Analogie verwendet und zu einem fehlerhaften Schluss gelangt. ⁵⁴Fe und ⁵⁸Fe sind natürlich vorkommende Isotope von Eisen, deren Häufigkeit 5,8 bzw. 0,3 Prozent des gesamten Eisens beträgt. Eine Darstellung des ⁵⁴Fe/⁸⁶Sr-Verhältnisses versus ⁵⁸Fe/⁸⁶Sr-Verhältnisses zeigt lediglich, dass (1) das Fe/Sr-Verhältnis nicht konstant ist und (2) der ⁵⁴Fe-Gehalt mit dem ⁵⁸Fe-Gehalt zunimmt; beide sind erwartbare Ergebnisse. Die Steigung der Linie in solcher Darstellung ist einfach das natürliche Häufigkeitsverhältnis ⁵⁴Fe/⁵⁸Fe. Die gleiche Art von Linie wird erhalten, wenn man jedes Paar natürlich vorkommender Isotope desselben Elements auf ein beliebiges nichtradioaktives Isotom normiert, einschließlich ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr-Verhältnis versus ⁸⁵Rb/⁸⁶Sr-Verhältnis. Im Gegensatz zu Slushers (117) Aussage zeigen diese Darstellungen lediglich elementare Variationen in der Natur, keine isotopische Fraktionierung, und sie haben nichts damit zu tun, ob die Rb-Sr-Isochron gültig ist.

Die Rb-Sr-Isochron unterscheidet sich von Slushers (117) Analogie auf eine sehr wichtige Weise; d. h., das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr- Verhältnis in einem System, aufgetragen auf der Ordinate (Abbildung 2), kann nur durch den radioaktiven Zerfall von ⁸⁷Rb, aufgetragen auf der Abszisse, über die Zeit variieren. Beim Vergleich des Rb-Sr- Isochron-Diagramms mit Cooks Fe/Sr-Diagramm zeigt Slusher (117) lediglich, dass er weder das eine noch das andere versteht.

3. Isochronen und Mischungsgeraden

Arndts und Overn (8) sowie Kramer und andere (78) behaupten, dass Rb-Sr-Isochronen das Ergebnis von Mischungen sind, nicht jedoch des Zerfalls von ⁸⁷Rb über lange Zeiträume:

Es ist klar, dass das Mischen von vorbestehenden Materialien eine lineare Anordnung isotopischer Verhältnisse ergibt. Wir müssen nicht annehmen, dass die Isotope, die als Tochterisotope angenommen werden, tatsächlich durch radioaktiven Zerfall im Gestein entstanden sind. Somit wurde die Annahme von immensen Altersangaben nicht bewiesen.

Die geraden Linien, die die radiometrische Datierung sinnvoll erscheinen lassen, lassen sich leicht als Ergebnis eines einfachen Mischens annehmen. (8, S. 6)

Diese Autoren stellen fest, dass es mathematisch möglich ist, auf einem Rb-Sr-Isochronendiagramm eine gerade Linie zu bilden, indem man in verschiedenen Verhältnissen zwei Endglieder mit unterschiedlichen ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr- und ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr-Zusammensetzungen mischt.

Ein Test, der manchmal verwendet wird, um Mischungen zu überprüfen, besteht darin, das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis gegen 1/Sr aufzutragen (49). Diese Auftragung zeigt, ob das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis systematisch mit dem Sr-Gehalt der verschiedenen analysierten Proben variiert, wie es der Fall wäre, wenn die Isokronen auf Mischungen statt auf radioaktiven Zerfall über die Zeit zurückzuführen wären. Kramer und andere (78) haben Daten von 18 in der wissenschaftlichen Literatur veröffentlichten Rb-Sr-Isokronen analysiert, indem sie das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis gegen 1/Sr auftrugen und den Korrelationskoeffizienten (C.C.) berechneten, um lineare Beziehungen zu testen:

Wir stellten fest, dass 8 (44 %) einen C.C.-Wert über .9 aufwiesen; 5 weitere (28 %) hatten einen C.C.-Wert über .8; 1 weiterer (6 %) hatte einen C.C.- Wert über .7; 2 weitere (11 %) hatten einen C.C.-Wert über .6; und 2 (11 %) hatten einen C.C.-Wert unter .5 …

Diese vorläufige Studie der jüngsten evolutionären Literatur würde darauf hindeuten, dass es viele veröffentlichte Rb-Sr-Isochronen gibt, die angeblich Altersangaben von hunderten von Millionen Jahren aufweisen, die leicht die Kriterien für Mischungen erfüllen und daher deutlicher auf einen jüngeren Ursprung hinweisen. (78, S. 2)

Während ein linearer Verlauf in einem Diagramm von ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr versus 1/Sr eine notwendige Folge des Mischens ist, stellt er keinen ausreichenden Test für das Mischen dar. Kramer und andere (78) sowie Arndts und Overn (8) sind zu einer falschen Schlussfolgerung gelangt, da sie mehrere wichtige Tatsachen über die Geochemie von Rb-Sr-Systemen und die Systematik von Isochronen ignoriert haben.

Zunächst sind die chemischen Eigenschaften von Rubidium und Strontium sehr unterschiedlich, und ihr Verhalten in Mineralien ist daher ebenfalls verschieden. Beide sind Spurenelemente und bilden selten eigene Minerale. Rubidium ist ein Alkalimetall mit einer Valenz von +1 und einem Ionenradius von 1,48 Å. Es ist chemisch dem Kalium ähnlich und neigt dazu, dieses Element in Mineralien zu ersetzen, in denen Kalium ein Hauptbestandteil ist, wie beispielsweise Kalifeldspat und die Mica-Mineralien Muskovit und Biotit. Strontium ist hingegen ein Erdalkalimetall mit einer Valenz von +2 und einem Ionenradius von 1,13 Å. Es ersetzt häufig Kalzium in Kalzium-Mineralien, wie den Plagioklas-Feldspäten. Die chemischen Eigenschaften von Rubidium und Strontium sind so unterschiedlich, dass Mineralien, die Rubidium leicht in ihre Kristallstruktur aufnehmen, Strontium tendenziell ausschließen und umgekehrt. Daher neigen Rubidium und Strontium in Mineralien dazu, invers korreliert zu sein; Mineralien mit hohem Rubidiumgehalt weisen im Allgemeinen einen niedrigen Strontiumgehalt auf und umgekehrt. Da Mineralien mit hohem Rubidiumgehalt innerhalb eines bestimmten Zeitraums auch höhere ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnisse aufweisen als solche mit niedrigem Rubidiumgehalt (siehe Abbildung 2), ist das ⁸⁷Sr/8^6Sr-Verhältnis häufig invers mit dem Sr-Gehalt korreliert. Daher zeigen Mineral- und Gesteins-Isochronendaten auf einem Diagramm von 87Sr/86Sr versus 1/Sr häufig eine quasi-lineare Beziehung, bei der das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis mit steigendem 1/Sr zunimmt. Diese Beziehung ist jedoch eine natürliche Konsequenz des chemischen Verhaltens von Rubidium und Strontium in Mineralien sowie des Zerfalls von ⁸⁷Rb zu ⁸⁷Sr über die Zeit und hat nichts mit Mischungsprozessen zu tun.

Zweitens ist das Mischen ein mechanischer Prozess, der physikalisch nur in solchen Gesteinssystemen möglich ist, in denen zwei oder mehr Komponenten mit unterschiedlicher chemischer und isotopischer Zusammensetzung zum Mischen verfügbar sind. Beispiele hierfür sind das Vermischen von Wasser aus zwei Bächen, das Mischen von Sediment aus zwei verschiedenen Gesteinsquellen sowie die Kontamination von Magma aus dem Erdmantel durch Wechselwirkungen mit den Krusten-Gesteinen, durch die es auf seinen Weg zur Oberfläche hindurchtritt. Das Mischen in solchen Systemen wurde festgestellt (49, 70), doch die Rb-Sr-Methode wird selten auf diese Systeme angewendet. Die Rb-Sr-Isokronen-Methode wird am häufigsten auf magmatische Gesteine angewendet, die durch Abkühlung aus einer Flüssigkeit entstehen. Die Mineralzusammensetzung und die Reihenfolge der Mineralbildung werden durch chemische Gesetze bestimmt und beinhalten kein Mischen. Darüber hinaus enthält ein Gesteinsschmelzprodukt keine isotopischen Endglieder, die mechanisch in unterschiedlichen Verhältnissen in die verschiedenen Minerale eingemischt werden könnten, während sie sich bilden, und solche Endglieder könnten auch nicht erhalten bleiben, wenn sie in eine Schmelze injiziert würden.

Drittens, wie könnte ein Endglied mit einem hohen ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis existieren, wenn dieses Verhältnis nicht letztlich auf den Zerfall von ⁸⁷Rb über die Zeit zurückzuführen wäre? Selbst wenn Isochronen das Ergebnis von Mischungen wären — was sie nicht sind — würde die Existenz eines Endglieds mit einem hohen ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis auf das Vorbeiziehen von Milliarden von Jahren hindeuten.

Viertens, wenn Isochronen das Ergebnis einer Mischung wären, sollten etwa die Hälfte von ihnen negative Steigungen aufweisen. Tatsächlich sind negative Steigungen außerordentlich selten und beschränken sich auf jene oben genannten Systemtypen, bei denen mechanische Mischung möglich und offensichtlich ist.

Schließlich gibt es zahlreiche Isochronen, die auf einem Diagramm des ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr versus 1/Sr keine positive Korrelation aufweisen. Ein Beispiel ist der Meteorit Juvinas (Abbildung 3). Ein Plot des ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnisses versus 1/Sr für diesen Meteoriten (Abbildung 7) zeigt deutlich, dass keine lineare Beziehung besteht. Somit muss die 4,6-Milliarden-Jahre alte Isochrone für Juvinas auch unter Verwendung der Kriterien, die von Arndts und Overn (8) sowie Kramer und anderen (78) entwickelt wurden, als eine gültige Kristallisationsalter akzeptiert werden.

Abbildung 7: ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis versus 1/Sr für den Meteoriten Juvinas. Das Fehlen einer linearen Beziehung beweist, dass die Isokronie, die in Abbildung 3 dargestellt ist, nicht auf Mischungen zurückzuführen sein kann. Daten von Allegre und anderen (3).

Daher beruhen die Argumente, die von Arndts und Overn (8) sowie von Kramer und anderen (78) vorgetragen werden, auf geochemisch und logisch unhaltbaren Prämissen, und ihre Schlussfolgerung, dass Isochronen auf Mischung statt auf den Zerfall von ⁸⁷Rb über geologische Zeiträume zurückzuführen sind, ist falsch.

Instrumentierung

Die Radioaktivität von Kohlenstoff-14 ist sehr schwach, und selbst unter allen ihren zweifelhaften Annahmen ist die Methode nicht anwendbar auf Proben, die angeblich 10.000 bis 15.000 Jahre zurückreichen. In diesen Zeitintervallen würde die Radioaktivität aus dem Kohlenstoff-14 so schwach werden, dass sie auch mit den besten Instrumenten nicht gemessen werden könnte. Es wurden Behauptungen aufgestellt, dass eine Datierung bis zu 40.000 bis 70.000 Jahren zurück möglich sei, doch es scheint höchst unwahrscheinlich, dass Instrumente die Aktivität der geringen Mengen an C¹⁴ messen könnten, die in einer Probe vor mehr als 15.000 Jahren vorhanden wären. (117, S. 45)

Diese Aussage war, als sie 1973 erstmals verfasst wurde (117, 1973 ed., p. 35), ebenso falsch wie heute. Moderne Zählgeräte, die seit mehr als zwei Jahrzehnten verfügbar sind, können die ¹⁴C-Aktivität in einer Probe, die bis zu 35.000 Jahre alt ist, in einem gewöhnlichen Labor zählen, und bis zu 50.000 Jahre alt in Laboren, die mit spezieller Abschirmung gegen kosmische Strahlung konstruiert wurden. Neue Techniken, die Beschleuniger und hochsensitive Massenspektrometer verwenden, befinden sich derzeit im experimentellen Stadium und haben diese Grenzen auf 70.000 oder 80.000 Jahre zurückgedrängt und können sie in naher Zukunft über 100.000 Jahre hinaus erweitern.

KONSTANZ DER RADIOAKTIVEN ZERFALLS

Kreation „Wissenschaftler" behaupten häufig, dass der Prozess des radioaktiven Zerfalls nicht konstant sei. Bevor wir einige ihrer Behauptungen erörtern, lohnt es sich, kurz die Arten des radioaktiven Zerfalls und die Beweise dafür zu besprechen, dass der Zerfall unter den von den für Wissenschaftler zugänglichen Gesteinen durchlaufenen Bedingungen konstant ist.

Die meisten radioaktiven Zerfälle beinhalten den Austritt eines oder mehrerer subatomarer Teilchen aus dem Kern. Beim Alpha-Zerfall wird ein Alphateilchen (ein Heliumkern), bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen, aus dem Kern des Mutterisotops ausgestoßen. Beim Beta-Zerfall wird ein Beta-Teilchen (ein Elektron) aus dem Kern ausgestoßen. Gammastrahlen (sehr kleine Bündel von Energie) sind das Mittel, durch das sich ein Atom von überschüssiger Energie befreit. Da diese Arten von radioaktivem Zerfall spontan im Kern eines Atoms stattfinden, bleiben die Zerfallsraten im Wesentlichen von physikalischen oder chemischen Bedingungen unberührt. Die Gründe dafür sind, dass Kernkräfte über Entfernungen wirken, die viel kleiner sind als die Abstände zwischen den Kernen, und dass die bei Kernumwandlungen beteiligten Energiemengen viel größer sind als die bei normalen chemischen Reaktionen oder normalen physikalischen Bedingungen. Ausgedrückt anders: Das „Klebeband", das den Kern zusammenhält, ist extrem effektiv, und der Kern ist durch die Elektronenhülle, die jedes Atom umgibt, gut vor der äußeren Welt isoliert. Diese Kombination aus der Stärke der Kernbindung und der Isolierung des Kerns ist der Grund, warum Wissenschaftler leistungsstarke Beschleuniger oder Atomreaktoren verwenden müssen, um in die Kerne von Atomen einzudringen und Veränderungen zu induzieren.

Es wurden zahlreiche Experimente durchgeführt, um radioaktive Zerfallsraten zu verändern, doch diese Experimente haben stets dazu geführt, dass keine signifikanten Änderungen erzielt wurden. Es wurde beispielsweise festgestellt, dass Zerfallskonstanten bei einer Temperatur von 2000°C oder bei einer Temperatur von -186°C identisch sind und sowohl im Vakuum als auch unter einem Druck von mehreren tausend Atmosphären gleich bleiben. Messungen der Zerfallsraten unter unterschiedlichen Gravitations- und Magnetfeldern haben ebenfalls negative Ergebnisse geliefert. Obwohl Änderungen der Alpha- und Beta-Zerfallsraten theoretisch möglich sind, sagt die Theorie auch voraus, dass solche Änderungen sehr gering (42) wären und somit die Datierungsmethoden nicht beeinflussen würden. Unter bestimmten Umweltbedingungen weichen die Zerfallseigenschaften von ¹⁴C, ⁶⁰Co und ¹³⁷Ce, die alle durch Beta-Emission zerfallen, leicht von der idealen zufälligen Verteilung ab, die von der aktuellen Theorie vorhergesagt wird (5, 6), jedoch wurden Änderungen der Zerfallskonstanten nicht nachgewiesen.

Es gibt eine vierte Art des Zerfalls, die durch physikalische und chemische Bedingungen beeinflusst werden kann, wenn auch nur sehr geringfügig. Diese Art des Zerfalls ist der Elektroneneinfang (e.c. oder K-Einfang), bei dem ein Orbital-Elektron vom Kern eingefangen wird und ein Proton in ein Neutron umgewandelt wird. Da dieser Zerfallsprozess ein Teilchen außerhalb des Kerns beinhaltet, kann die Zerfallsrate durch Schwankungen der Elektronendichte in der Nähe des Atomkerns beeinflusst werden. Zum Beispiel variiert die Zerfallskonstante von ⁷Be in verschiedenen Beryllium-chemischen Verbindungen um bis zu 0,18 Prozent (42, 64). Das einzige Isotop von geologischem Interesse, das e.c.-Zerfall durchläuft, ist ⁴⁰K, welches das Mutterisotop in der K-Ar-Methode ist. Messungen der Zerfallsrate von ⁴⁰K in verschiedenen Substanzen unter verschiedenen Bedingungen zeigen, dass Schwankungen in der chemischen und physikalischen Umgebung keinen nachweisbaren Effekt auf seine e.c.-Zerfallskonstante haben.

Ein anderer Typ von Zerfall, für den kleine Änderungen der Zerfallsrate beobachtet wurden, ist der interne Konversion (IC). Während des internen Konversions geht jedoch der Atomkern von einem Energiezustand in einen niedrigeren Energiezustand über; es findet keine elementare Umwandlung statt und ist daher für radiometrische Datierungsmethoden von geringer Relevanz.

Slusher (115, S. 283) stellt fest, dass „es hervorragende Laborbeweise dafür gibt, dass externe Einflüsse die Zerfallsraten verändern können", doch die Beispiele, die er anführt, sind entweder IC- oder e.c.-Zerfälle mit extrem geringen Änderungen der Raten. Zum Beispiel behauptet Slusher in der ersten (1973) Auflage seines Monographs über die radiometrische Datierung (117), dass die Zerfallsrate von ⁵⁷Fe durch elektrische Felder um bis zu 3 Prozent verändert wurde; dies ist jedoch ein IC-Zerfall, und ⁵⁷Fe bleibt Eisen. Beachten Sie jedoch, dass selbst eine 3-prozentige Änderung der Zerfallskonstanten unserer radiometrischen Uhren uns zu der unausweichlichen Schlussfolgerung führen würde, dass die Erde mehr als 4 Milliarden Jahre alt ist. DeYoung (37) listet 20 Isotope auf, deren Zerfallsraten durch Umweltbedingungen verändert wurden, und deutet auf die mögliche Bedeutung dieser Änderungen für die Geochronologie hin; doch die einzigen signifikanten Änderungen betreffen Isotope, die durch internen Konversion „zerfallen". Diese Änderungen sind für radiometrische Datierungsmethoden irrelevant.

Morris (92) behauptet, dass freie Neutronen die Zerfallsraten verändern könnten, doch seine Argumente zeigen, dass er weder Neutronenreaktionen noch radioaktiven Zerfall versteht. Neutronenreaktionen verändern nicht die Zerfallsraten, sondern transmutieren ein Nuklid in ein anderes. Das Ergebnis der Reaktion hängt von den Eigenschaften des Zielisotops und von der Energie des eindringenden Neutrons ab. Es gibt keine Neutronenreaktionen, die das gleiche Ergebnis wie entweder Beta- oder Alpha-Zerfall produzieren. Eine (n,p)-Reaktion (Neutron rein, Proton raus) verursacht die gleiche Änderung im Kern eines Atoms wie e.c.-Zerfall, doch es gibt schlichtweg nicht genug freie Neutronen in der Natur, um irgendeine der in der radiometrischen Datierung verwendeten Isotope zu beeinflussen. Wenn genug freie Neutronen existieren würden, würden sie andere messbare Kerntransformationen in häufigen Elementen hervorrufen, die klar auf das Vorkommen eines solchen Prozesses hinweisen würden. Keine solchen Transformationen wurden gefunden, und somit sind Morris' Behauptungen widerlegt.

Morris (92) schlägt ebenfalls vor, dass Neutrinos Zerfallsraten verändern könnten, und zitiert dazu einen Artikel von Jueneman (72) in Industrial Research. Die Untertitel der regelmäßig erscheinenden Artikel von Jueneman sind passend „Scientific Speculation". Er spekuliert, dass bei einer Supernova-Explosion freigesetzte Neutrinos alle radiometrischen Uhren „zurückgesetzt" haben könnten. Jueneman beschreibt eine hochspekulative Hypothese, die den radioaktiven Zerfall durch Wechselwirkung mit Neutrinos statt durch spontanen Zerfall erklären würde, und er merkt an, dass ein Ereignis, das den Neutrino-Flux vorübergehend erhöhte, die Uhren „zurücksetzen" könnte. Jueneman schlägt jedoch nicht vor, dass die Zerfallsraten verändert würden, noch gibt er an, wie die Uhren zurückgesetzt werden könnten; zudem gibt es keine Beweise, die seine Spekulation stützen. Neutrinos sind Teilchen, die während des Beta-Zerfalls emittiert werden. Sie haben keine Ladung und eine sehr kleine oder möglicherweise keine Ruhemasse. Ihre Existenz wurde 1931 von Wolfgang Pauli vorgeschlagen, um zu erklären, warum Beta-Teilchen mit einem breiten Spektrum von Energien von einem Isotop abgegeben werden, statt mit einer konstanten Energie; die „fehlende" Energie wird vom Neutrino mitgeführt. Da sie keine Ladung und wenig oder keine Masse haben, interagieren Neutrinos kaum mit Materie — die meisten durchdringen die Erde ungehindert — und sie können experimentell nur mit großer Schwierigkeit nachgewiesen werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass Neutrinos irgendeinen Effekt auf Zerfallsraten haben könnten oder in ausreichenden Mengen Kernumwandlungen hervorrufen, um einen signifikanten Effekt auf unsere radiometrischen Uhren zu haben, ist extrem gering.

Slusher (117) und Rybka (110) schlagen ebenfalls vor, dass Neutrinos Zerfallsraten verändern können, wobei sie auf eine Hypothese von Dudley (40) verweisen, wonach der Zerfall durch Neutrinos in einem „ Neutrino-Ozean" ausgelöst wird und Änderungen im Neutrino-Fluss die Zerfallsraten beeinflussen könnten. Dieses Argument wurde von Brush (20) widerlegt, der darauf hinweist, dass Dudleys Hypothese nicht nur die Ablehnung sowohl der Relativitätstheorie als auch der Quantenmechanik erfordert – zwei der spektakulärsten erfolgreichen Theorien der modernen Wissenschaft –, sondern auch durch jüngste Experimente widerlegt wird. Dudley selbst lehnt die aus seiner Hypothese gezogenen Schlussfolgerungen von Slusher (117) und Rybka (110) ab und bemerkt, dass die beobachteten Änderungen der Zerfallsraten nicht ausreichen, um das Alter der Erde um mehr als ein paar Prozent zu verändern (Dudley, persönliche Mitteilung, 1981, zitiert in 20, S. 51). Somit würde selbst, wenn Slusher und Rybka recht hätten – was sie nicht tun – das gemessene Alter der Erde immer noch über 4 Milliarden Jahre liegen.

Slusher (115, 117) und Rybka (110) behaupten ebenfalls, dass die Beweise aus pleochroischen Haloen⁶ darauf hinweisen, dass Zerfallsraten im Laufe der Zeit nicht konstant waren:

… evolutionistische Geologen haben lange die Beweise für die Variabilität der Radien pleochroischer Halos ignoriert, die zeigen, dass die Zerfallsraten nicht konstant sind und somit ablehnen würden, dass einige radioaktive Elemente wie Uran als Uhren dienen könnten. (115, S. 283)

In einer Überprüfung des Themas jedoch kommt Gentry (52) zu dem Schluss, dass die Daten aus pleochroischen Halo-Studien in diesem Punkt unentschieden sind — die Unsicherheiten in den Messungen und andere Faktoren sind zu groß.

Rybka (110) behauptet, dass experimentelle Belege darauf hindeuten, dass Zerfallsraten sich im Laufe der Zeit verändert haben:

Zwei Fälle, in denen es scheint, als würde sich die Halbwertszeit mit der Zeit erhöhen, sind wie folgt. Glasstone (1950) gibt die Halbwertszeit für Protactinium 231 mit 3,2 × 10⁴ Jahren an, während Kaplan (1962) einen Wert von 3,43 × 10⁴ Jahren angibt. Für die Halbwertszeit von Radium 223 hat Glasstone 11,2 Tage, während Kaplan 11,68 Tage angibt. (110, S. ii)

Rybka's (110) Analyse der Situation ist jedoch falsch. Er hat nicht alle Daten berücksichtigt.

Die verschiedenen in der Literatur seit 1918 berichteten Werte für die Halbwertszeiten von ²²³Ra und ²³¹Pa sind in Tabelle 3 aufgeführt. Es ist klar, dass die Werte nicht als Funktion der Zeit zunehmen. Die Unterschiede in den berichteten Halbwertszeiten sind eine Folge verbesserter Methoden und Instrumente sowie der Sorgfalt, mit der die einzelnen Messungen durchgeführt wurden. Kirby und andere (74) argumentieren überzeugend, dass die Messungen der Halbwertszeit von ²²³Ra, die zwischen 1953 und 1959 (Tabelle 3) berichtet wurden, an unzureichenden experimentellen Methoden litten und nicht abschließend sind. Kirby und seine Kollegen haben diese Halbwertszeit sorgfältig mit zwei verschiedenen Methoden gemessen und Werte von 11,4347 ± 0,0011 Tagen und 11,4267 ± 0,0062 Tagen erhalten. Der gewichtete Mittelwert dieser beiden Messungen beträgt 11,4346 ± 0,0011 Tage, was derzeit der beste Wert für die Halbwertszeit von ²²³Ra ist. Ich möchte auch erwähnen, dass die beiden von Rybka zitierten Referenzen Lehrbücher sind, nicht die Veröffentlichungen, in denen die ursprünglichen Daten berichtet wurden; die Veröffentlichungsjahre dieser Texte spiegeln daher nicht die Jahre wider, in denen die Messungen durchgeführt oder berichtet wurden.

Rybka (110) untersucht ebenfalls die Konsequenzen einer hypothetischen zeitlichen Veränderung des Zerfallskonstanten, doch seine Ergebnisse beruhen ausschließlich auf seinen willkürlichen Änderungen der Zerfallsformel — Änderungen, für die weder eine theoretische Grundlage noch ein Hauch physikalischer Evidenz besteht.

Zusammenfassend sind die Versuche der kreationistischen „Wissenschaftler", die Zuverlässigkeit der radiometrischen Datierung durch die Inanspruchnahme von Änderungen in Zerfallsraten anzugreifen, unbegründet. Es wurden keine Änderungen in den Zerfallskonstanten der Isotope beobachtet, die für die Datierung verwendet werden, und die in den Zerfallsraten anderer radioaktiver Isotope induzierten Änderungen sind vernachlässigbar. Diese Beobachtungen sind mit der Theorie vereinbar, die vorhersagt, dass solche Änderungen sehr gering sein sollten. Ungenauigkeiten in der radiometrischen Datierung aufgrund von Änderungen in den Zerfallsraten können höchstens ein paar Prozent betragen.

GENAUIGKEIT DER KONSTANTEN

Viele kreationistische Autoren haben die Zuverlässigkeit der radiometrischen Datierung kritisiert, indem sie behaupteten, dass einige Zerfallskonstanten, insbesondere die für ⁴⁰K, nicht gut bekannt seien (28, 29, 92, 117). Eine gängige Behauptung ist, dass diese Konstanten „herumgerechnet" werden, um Ergebnisse in Übereinstimmung zu bringen; zum Beispiel:

Der so genannte „Verzweigungsanteil", der bestimmt, wie viel des Zerfallsprodukts zu Argon (anstatt zu Calcium) wird, ist um bis zu 50 Prozent ungenau. Da auch die Zerfallsrate unbestimmt ist, werden Werte für diese Konstanten gewählt, die Kalium-Datierungen so gut wie möglich mit Uran-Datierungen in Übereinstimmung bringen. (92, S. 145)

Es scheint Schwierigkeiten zu bestehen, die Zerfallskonstanten für das K⁴⁰-Ar⁴⁰-System zu bestimmen. Geochronologen verwenden den Verzweigungsanteil als eine semi-empirische, einstellbare Konstante, die sie manipulieren, anstatt eine genaue Halbwertszeit für K⁴⁰ zu verwenden. (117, S. 40)

Diese Aussagen wären in den 1940er Jahren und frühen 1950er Jahren zutreffend gewesen, als die K-Ar-Methode erstmals getestet wurde, aber sie waren nicht zutreffend, als Morris (92) und Slusher (117) sie verfassten. Mitte bis Ende der 1950er Jahre waren die Zerfallskonstanten und das Verzweigungsverhältnis von ⁴⁰K aus direkten Laborzählungsexperimenten auf wenige Prozent genau bekannt (2). Heute sind alle Konstanten für die Isotope, die in der radiometrischen Datierung verwendet werden, mit besser als 1 Prozent Genauigkeit bekannt. Morris (92) und Slusher (117) haben veraltete Informationen aus alter Literatur ausgewählt und versucht, sie als den aktuellen Stand des Wissens darzustellen.

Trotz der Behauptungen von Cook (28, 29), Morris (92), Slusher (115, 117), DeYoung (37) und Rybka (110), sind weder Zerfallsraten noch Abundanzkonstanten eine signifikante Fehlerquelle in einer der Hauptmethoden der radiometrischen Datierung. Der Leser kann sich leicht davon überzeugen, indem er den Bericht von Steiger und Jaeger (124) und die dort zitierten Referenzen liest.

NEUTRONENREAKTIONEN UND Pb-ISOTOPENVERHÄLTNISSE

Korrektur der Neutronenreaktionen in der U-Th-Pb-Reihe reduziert die „Alter" von Milliarden Jahren auf einige tausend Jahre, da der Großteil des Bleis auf Neutronenreaktionen und nicht auf radioaktiven Zerfall zurückzuführen ist. (117, S. 54)

Äußerungen, die dieser von Slusher (117) ähnlich sind, werden auch von Morris (92) gemacht. Diese Äußerungen gehen auf ein Argument zurück, das von Cook (28) entwickelt wurde und die Verwendung falscher Annahmen und nichtexistierender Daten beinhaltet.

Cooks (28) Argumentation, die von Morris (92) und Slusher (117) teilweise im Detail wiederholt wurde, basiert auf U- und Pb-Isotopenmessungen, die Ende der 1930er Jahre und Anfang der 1950er Jahre an Uranerzproben aus Shinkolobwe, Katanga und Martin Lake, Kanada, durchgeführt wurden. Hier verwende ich das Beispiel von Katanga, um die fatalen Fehler in Cooks (28) These aufzuzeigen.

Ende der 1930er Jahre veröffentlichte Nier (100) Pb-Isotopenanalysen an 21 Proben von Uranerz aus 14 Standorten in Afrika, Europa, Indien und Nordamerika und berechnete einfache U-Pb-Alter für diese Proben. Einige dieser Daten wurden später im Buch von Faul (46) zusammengefasst, das Cook (28) als Quelle seiner Daten zitiert. Tabelle 4 listet die Daten für eine typische Probe auf. Cook weist auf das scheinbare Fehlen von Thorium und ²⁰⁴Pb sowie das Vorhandensein von ²⁰⁸Pb hin. Er schließt daraus, dass das ²⁰⁸Pb nicht vom Zerfall von ²³²Th stammen konnte, da Thorium fehlt, und nicht als gewöhnliches Blei auftreten konnte, da ²⁰⁴Pb, das in allen gewöhnlichen Bleiarten vorhanden ist, fehlt. Er schließt, dass das ²⁰⁸Pb in diesen Proben nur durch Neutronenreaktionen mit ²⁰⁷Pb entstanden sein kann und dass ²⁰⁷Pb daher ebenfalls durch ähnliche Reaktionen aus Pb-206 erzeugt worden wäre:

Cook (28) schlägt dann vor, dass diese Effekte Korrekturen der gemessenen Bleiisotopenverhältnisse erfordern, und zwar wie folgt: (1) das durch Umwandlung zu ²⁰⁷Pb verlorene ²⁰⁶Pb muss dem ²⁰⁶Pb wieder hinzugefügt werden; (2) das durch Umwandlung zu ²⁰⁸Pb verlorene ²⁰⁷Pb muss dem ²⁰⁷Pb wieder hinzugefügt werden; und (3) das durch Umwandlung von ²⁰⁶Pb gewonnenen ²⁰⁷Pb muss vom ²⁰⁷Pb abgezogen werden. Er stellt eine Gleichung zur Anwendung dieser Korrekturen vor:

basierend auf der Annahme, dass die Neutroneneinfangquerschnitte⁷ für ²⁰⁶Pb und ²⁰⁷Pb gleich sind, eine Annahme, die Cook (28) als „vernünftig“ bezeichnet. Cook ersetzt dann die Durchschnittswerte (die sich geringfügig von den in Tabelle 4 aufgeführten Werten unterscheiden) für die Katanga-Analysen in seine Gleichung und berechnet ein korrigiertes Verhältnis⁸:

Diese Berechnung wird sowohl von Morris (92) als auch von Slusher (117) durchgeführt. Cook (28), Morris (92) und Slusher (117) weisen alle darauf hin, dass dieses Verhältnis dem heutigen Produktionsverhältnis von ²⁰⁶Pb und ²⁰⁷Pb aus ²³⁸U bzw. ²³⁵U entspricht, und schließen daraus, dass die Katanga-Erze sehr jung und nicht alt sind. Zum Beispiel stellt Slusher (117) fest:

Dieser korrigierte Verhältniswert besagt, dass das korrigierte Alter praktisch null sein sollte, da Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁷ = 21,5 für modernes radiogenes Blei ist. (117, S. 36)

Obwohl Cooks (28) Logik oberflächlich betrachtet vielleicht vernünftig und einfach erscheint, leidet sie unter mehreren schwerwiegenden grundlegenden Mängeln. Erstens ist ²⁰⁴Pb in den Katanga-Proben nicht fehlt; es wurde einfach nicht gemessen! In seinem Bericht stellt Nier (100) fest:

Tatsächlich ist in 20 von 21 untersuchten Proben die Menge an gemeinsamem Blei so gering, dass man die Variationen in seiner Zusammensetzung nicht berücksichtigen muss. Bei einer Reihe von Proben, bei denen die Häufigkeit von ²⁰⁴Pb sehr niedrig war, wurde kein Versuch unternommen, die Menge daran zu messen, da eine Bestimmung keinen besonderen Wert hätte. (100, S. 156)

Scheinbar haben weder Cook (28), Morris (92) noch Slusher (117) die vollständige Berichterstattung von Nier's (100) zur Kenntnis genommen und haben den Strich für ²⁰⁴Pb in Faul's (46) Aufstellung fälschlicherweise als „null" interpretiert, obwohl er tatsächlich „nicht gemessen" bedeutet.

Zweitens sind die Neutroneneinfangquerschnitte für ²⁰⁶Pb und ²⁰⁷Pb nicht gleich, wie Cook (28) annimmt, sondern unterscheiden sich um den Faktor 24 (0,03 Barn für ²⁰⁶Pb, 0,72 Barn für ²⁰⁷Pb^‡). Diese Diskrepanz hat einen erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse von Cook's (28) Berechnung. Tabelle 5 vergleicht die Ergebnisse der drei Altersberechnungsmethoden — die korrekte Methode, Cook's (28) Methode und Cook's Methode mit den korrekten nuklearen Querschnitten — unter Verwendung der derzeit akzeptierten besten Werte für die Uran-Zerfallsrate und Abundanzkonstanten. Das korrekte radiometrische Alter ist natürlich der wissenschaftliche Wert von 622 Millionen Jahren. Wenn Cook's (28) Berechnung unter angemessener Berücksichtigung der ungleichen Neutroneneinfangquerschnitte von ²⁰⁶Pb und ²⁰⁷Pb durchgeführt wird, ist das resultierende berechnete Alter tatsächlich älter als der wissenschaftliche Wert, sodass selbst wenn solche Neutronenreaktionen stattgefunden hätten, der Effekt dem von Cook (28) behaupteten entgegengesetzt wäre. Beachten Sie auch, dass selbst Cook's (28) fehlerhafte Berechnung ein Alter von 70 Millionen Jahren ergibt, nicht „praktisch null" wie von Slusher (117) behauptet.

Das dritte Problem mit Cooks These ist, dass in der Natur, selbst in Uranerzen, zu wenige freie Neutronen verfügbar sind, um signifikante Effekte zu verursachen. Diese Tatsache wird von Cook selbst readily anerkannt:

Trotz der Evidenz, dass der Neutronenfluss nur ein Millionstel so groß ist, wie er sein müsste, um nennenswerte (n, γ)-Effekte zu erklären, gibt es mehrere gut dokumentierte Beispiele, die die Realität dieses Schemas zu demonstrieren scheinen. (28, S. 54)

Die Beispiele sind natürlich jene aus Katanga und Martin Lake.

Daher beruhen Cooks (28) These und Berechnungen, die von Morris (92) und Slusher (117) enthusiastisch unterstützt wurden, auf Daten, die nicht existieren, und sind darüber hinaus durch nachweislich falsche Annahmen tödlich fehlerhaft.

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¹ Ein isoliertes System ist ein System, in dem weder Materie noch Energie ein- oder ausströmen. Ein geschlossenes System ist ein System, in dem nur Materie weder ein- noch ausströmt. Ein System, das nicht geschlossen ist, ist ein offenes System. Ein „System" kann jeder Größe entsprechen, einschließlich sehr kleiner (z. B. ein Mineralpartikel) oder sehr großer (wie das gesamte Universum). Für die radiometrische Datierung muss das System, in der Regel ein Gestein oder einige spezifische Mineralpartikel, nur gegenüber den Mutter- und Tochterisotopen geschlossen sein.

² Etwa ein Prozent der Erdatmosphäre besteht aus Argon, wovon 99,6 Prozent ⁴⁰Ar sind.

³ Diese Pfade werden einen Winkel von 45° bilden, wenn die Skalen auf der Abszisse und Ordinate identisch sind.

⁴ Die ⁴⁰Ar/³⁹Ar- Methode ist eine analytische Variante der K-Ar-Datierung. Die Gültigkeit der durch diese Technik ermittelten Altersdaten kann allein anhand der Daten in einer Weise überprüft werden, die der oben diskutierten Rb-Sr-Isokronen-Methode ähnlich ist. Für weitere Informationen zur ⁴⁰Ar/³⁹Ar- Datierung siehe Dalrymple (32).

⁵ Verbesserte Konstanten wurden weltweit 1976 übernommen (124).

⁶ Pleochroische Halos sind Ringe aus verfärbten Bereichen um radioaktive Einschlüsse in einigen Mineralien. Die Verfärbung wird durch Strahlenschäden an den Kristallen durch subatomare Teilchen verursacht. Die Radien dieser Ringe sind proportional zu den Energien der Teilchen.

⁷ Ein Kernreaktionsquerschnitt, ausgedrückt in Flächeneinheiten (Barn), ist einfach ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass das betreffende Teilchen den Kern des Zielisotops durchdringt und die betreffende Reaktion auslöst.

⁸ Die Werte und die Gleichung ergeben tatsächlich einen Wert von 21,3. Cook veröffentlichte einen Wert von 21,1. Ich habe Cooks Ergebnis zur Konsistenz verwendet.

^‡ Hinweis von Jon Fleming, 2005: Dalrymple liefert keine Referenz für seine Querschnittswerte. Diese unterscheiden sich nicht signifikant von modernen Werten, wie z. B. 26,6±1,2 mb für ²⁰⁶Pb und 610±30 mb für ²⁰⁷Pb, wie in J. C. Blackmon, S. Raman, J. K. Dickens, R. M. Lindstrom, R. L. Paul, J. E. Lynn, „Thermal-neutron capture by ²⁰⁸Pb", Physical Review C v65 #4 045801 (2002) berichtet. Abstract (inklusive der zitierten Zahlen) unter http://link.aps.org/abstract/PRC/v65/e045801, abgerufen am 6. Dezember 2005.

^† Anmerkung von Jon Fleming, 2005: Dalrymple stellt die Details seiner Herleitung nicht dar. Siehe „Anhang: Herleitung der Gleichung zur Korrektur der Neutronenreaktion" für die Herleitung der Gleichung, auf die sich Dalrymple bezieht.

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