Die Altersbestimmung durch Radiokarbonmethode

Die C-14-Methode

Eine Möglichkeit der radioaktiven Altersbestimmung ist die C-14-Methode, die auch als Radiokohlenstoffmethode oder als Radiokarbonmethode bezeichnet wird. Sie wurde von dem amerikanischen Physiker WILLARD FRANK LIBBY (1908-1980) entwickelt. Er erhielt dafür 1960 den Nobelpreis für Chemie.

Die C-14-Methode kann angewendet werden, wenn man das Alter organischer Stoffe ermitteln will.

Genutzt wird dabei folgender Sachverhalt:
Infolge des ständigen Beschusses von Stickstoff in der Atmosphäre mit Neutronen der Höhenstrahlung entsteht durch Kernumwandlung das Radionuklid C-14, also ein Isotop des Kohlenstoffs. Dieser Prozess geht schon seit vielen Jahrtausenden vor sich. Damit war und ist der Anteil an dem radioaktiven C-14 in der Atmosphäre weitgehend konstant.

Nun nehmen alle Pflanzen bei der Assimilation das radioaktive C-14 und das nicht radioaktive C-12 auf. Pflanzen werden von Tieren gefressen. Menschen essen pflanzliche und tierische Produkte. Man kann folglich davon ausgehen, dass es bei allen Lebewesen ein annähernd festes Verhältnis von C-14 und C-12 gibt. Das Isotop ¹⁴C ist ein β-Strahler, dessen Anteil dabei nur 1,2*10^-10 % beträgt. Daraus resultieren 15 Zerfälle (emittierte Elektronen) pro Minute je Gramm Kohlenstoff.

Mit dem Tod eines Lebewesens oder einer Pflanze hört die Aufnahme von Kohlenstoff auf. Der Anteil an C-14 nimmt mit einer Halbwertszeit von
5 730 Jahren ab. Aus dem Mengenverhältnis von C-14 und C-12 in einer Probe kann auf das Alter dieser Probe geschlossen werden. Beträgt z. B. der Anteil an C-14 nur noch 50 % des heutigen Anteils, so kann man folgern: Seit Beendigung der Kohlenstoffaufnahme ist eine Halbwertszeit vergangen, also
5 730 Jahre.

Beachte: Wie alle Messungen ist auch diese mit Messfehlern und Messunsicherheiten behaftet, die verschiedene Ursachen haben. Diese Methode erlaubt Altersbestimmungen bis etwa 50 000 Jahre. Nach dieser Zeit ist der Restgehalt an C-14 nur noch etwa 0,2 % des Ausgangswerts. Die dann verbleibenden sehr geringen Impulsraten sind messtechnisch kaum noch zuverlässig erfassbar.

• Man geht bei diesem Verfahren von einem stabilen Verhältnis der beiden Kohlenstoffisotope C-12 und C-14 zueinander aus. Dieses Verhältnis ist aber noch heutigen Erkenntnisse durchaus Schwankungen unterworfen.
• Die Halbwertszeit von C-14 hat einen Wert von $5730\pm 40\text{Jahren}\text{.}$
  Dieses Fehlerintervall von 40 Jahren ist bei der Altersfestlegung zu beachten.
• Bei der Bestimmung des Mengenverhältnisses der Isotope treten ebenfalls Messfehler auf.

Immerhin führt eine Messungenauigkeit von 1 % zu einer Altersunsicherheit von $\pm \mathrm{}$83 Jahren. Man kann also mit dieser und anderen Methoden radioaktiver Altersbestimmung nie ein genaues Alter ermitteln, sondern immer nur ein ungefähres Alter. Bei der C-14-Methode rechnet man mit einem durchschnittlichen Fehler von $\pm$200 Jahren

Weitere Methoden
Neben der C-14-Methode gibt es weitere Methoden der radioaktiven Altersbestimmung.

1. Tritiummethode : Ähnlich wie bei Kohlenstoff bildet sich in der Atmosphäre Tritium, also schwerer Wasserstoff (Wasserstoff-3), sodass z. B. in Wasser ein näherungsweise konstantes Verhältnis von radioaktivem Wasserstoff-3 und Wasserstoff-1 existiert. Wird eine Wassermenge von der Luft abgeschlossen, dann verändert sich dieses Verhältnis durch den Zerfall des Tritiums. Die Methode wird vor allem zur Bestimmung des Alters von Wasser angewendet. Wegen der geringen Halbwertszeit des Tritiums von 12,3 Jahren sind mit der Methode aber nur Alter bis etwa 50 Jahre bestimmbar.
2. Bleimethode : Hier wird genutzt, dass die drei in der Natur existierenden Zerfallsreihen (Uran-Radium-Reihe, Uran-Actinium-Reihe, Thorium-Reihe) über eine Reihe von Folgekernen zu stabilem Blei führen. Damit hängt die Zusammensetzung einer Probe von der Zeit ab. Durch die Bestimmung des Verhältnisses der Anteile des radioaktiven Ausgangsnuklids zu seinen Zerfallsprodukten lässt sich über die Halbwertszeiten das Alter der Probe ermitteln. Diese Methode erlaubt Altersbestimmungen über große Zeiträume hinweg und wird vor allem in der Geologie und in der Kosmologie angewendet.
3. Man kann zur Altersbestimmung auch andere Radionuklide nutzen, die sich in ein stabiles Nuklid umwandeln. Geeignet sind z. B. Kalium-40 oder Rubidium-87. Nach der letzten Methode wurde das Alter der ältesten Mineralien auf der Erde auf etwa 4 Milliarden Jahre datiert.