Wissenschaftliche Datierungsmethoden für vorgeschichtliche Zeiten

Altersbestimmungsverfahren, die sich auf radiometrische Methoden stützen, haben einen Meßbereich von Millionen von Jahren. Wie steht es aber um ihre Genauigkeit?

In diesem und den zwei folgenden Artikeln werden verschiedene radiometrische Datierungsmethoden beschrieben, mit deren Hilfe Geologen das Alter von Gestein und von Überresten früheren Lebens bestimmen. Die Artikel wurden von einem Kernphysiker vorbereitet, der über jahrelange einschlägige Erfahrung in Forschung und Industrie verfügt.

„Sinkhole ist ein ergiebiger archäologischer Fund. Nach Meinung von Wissenschaftlern zeigen etwa 10 000 Jahre alte Überreste, daß während der Eiszeit in Florida Menschen gelebt haben.“

„Die älteste steinzeitliche Hütte in Japan ist in der Nähe von Osaka ausgegraben worden. Archäologen geben das Alter der Hütte mit ungefähr 22 000 Jahren an.“

„Vor ungefähr einer Million Jahren schlängelte sich ein Fluß durch das östliche Corona (Kalifornien), dessen Ufer in prähistorischer Zeit von Tieren wie Urelefanten, Kamelen, Pferden und Kaninchen aufgesucht wurden.“

BEHAUPTUNGEN wie diese sind beispielhaft für die Art und Weise, wie Archäologen und Paläontologen heute ihre Entdeckungen verkünden. Das Interessanteste an einem Fund ist immer das Alter. Im Gespräch mit Reportern sind Wissenschaftler stets zu einem Kommentar bereit, ganz gleich, ob sie auf Beweise oder nur auf Schätzungen verweisen können.

Fragt man sich beim Lesen solcher Berichte nicht zuweilen, woher die Forscher ihre Kenntnisse beziehen? Wie gut ist es verbürgt, daß in Florida vor 10 000 Jahren und in Japan vor 22 000 Jahren Menschen gelebt haben, und wie sicher kann man sein, daß vor einer Million Jahren Urelefanten und Kamele durch Kalifornien zogen?

Es gibt verschiedene Meßtechniken, mit denen sich Überreste aus alter Zeit datieren lassen. Einige sind verläßlicher als andere, doch keine erreicht die Genauigkeit von Datierungen, die auf historischen Aufzeichnungen beruhen. Die geschriebene Geschichte des Menschen reicht indes höchstens 6 000 Jahre zurück. Datierungen, die in die Zeit davor fallen, sind ausnahmslos meßtechnisch ermittelt worden.

Radiometrische Datierungsmethoden

Von den verschiedenen Datierungsmethoden sind die radiometrischen am zuverlässigsten. Sie haben die Geschwindigkeit radioaktiver Zerfallsprozesse zur Grundlage. Die Zerfallsraten bleiben trotz extremer äußerer Einflüsse unverändert. Das trifft auf Alterungsprozesse, die man bei anderen Methoden zur Datierung heranzieht, nicht zu, da diese zum Beispiel je nach Umgebungstemperatur schneller oder langsamer ablaufen.

Die Uran-Blei-Methode

Die radiometrischen Datierungsmethoden können am Beispiel der Methode, die man zuerst angewandt hat, veranschaulicht werden, einer Methode, bei der man sich den Zerfall von Uran zu Blei zunutze macht. Der radioaktive Zerfall an sich folgt streng einem statistischen Gesetz. Die Menge Uran, die in einem bestimmten Zeitabschnitt zerfallen ist, ist immer proportional zur verbliebenen Menge. Daraus leitet sich eine Kurve (siehe Seite 19) ab, an der sich ablesen läßt, wieviel nicht zerfallenes Material zu einer bestimmten Zeit vorhanden ist. Die Zeit, in der jeweils die Hälfte des Urans zerfällt, nennt man Halbwertszeit. Das übriggebliebene Material zerfällt im Verlauf einer weiteren Halbwertszeit erneut zur Hälfte, so daß die ursprüngliche Menge auf ein Viertel schrumpft. Nach Ablauf von drei Halbwertszeiten ist nur noch ein Achtel übrig und so weiter. Die Halbwertszeit des Urans beträgt 4,5 Milliarden Jahre.

Da sich Uran in Blei umwandelt, entsteht fortlaufend mehr Blei. Wieviel sich bis zu einem bestimmten Zeitpunkt gebildet hat, ist an der gestrichelten Kurve abzulesen. Die Blei-Kurve bildet das Gegenstück zur Uran-Kurve, das heißt, die Gesamtzahl der Blei- und Uranatome bleibt stets unverändert.

Angenommen, man hätte einen uranhaltigen, aber bleifreien Gesteinsbrocken so dicht versiegelt, daß weder etwas eindringen noch etwas herausgelangen könnte. Irgendwann später würde die Versiegelung entfernt und der Uran- und der Bleigehalt des Gesteins bestimmt werden. Daraus ließe sich errechnen, wie lange das Gestein versiegelt war. Fände man zum Beispiel genausoviel Blei wie Uran, wäre eine Halbwertszeit vergangen, nämlich 4,5 Milliarden Jahre. Würde festgestellt, daß sich nur 1 Prozent des ursprünglich vorhandenen Urans in Blei umgesetzt hätte, ergäbe eine Berechnung anhand der Gleichung dieser Kurve, daß inzwischen 65 Millionen Jahre verstrichen wären.

Betont sei, daß der ursprüngliche Urangehalt des Gesteins nicht bekannt sein muß; nach Ablauf einer gewissen Zeit braucht nur das Verhältnis von Blei zu Uran ermittelt zu werden — das reicht völlig, denn zu Beginn eines solchen Experiments hätte ohnehin niemand dabeisein und irgendeine Messung durchführen können.

Jemandem kommt vielleicht in den Sinn, daß hier in Größenordnungen von Millionen oder Milliarden Jahren gesprochen wird, von riesigen Zeitspannen also, und er mag sich fragen: „Welchen Nutzen hat eine derart langsam tickende ‚Zerfallsuhr‘?“ Nun, sie verrät uns beispielsweise, daß die Erde als solche mehrere Milliarden Jahre alt ist und daß es an manchen Orten Gestein gibt, das bereits einen beträchtlichen Teil dieser langen Zeit dort ist. Geologen betrachten eine so langsam tickende „Zerfallsuhr“ als äußerst nützlich für ihre erdgeschichtlichen Studien.

Wie sicher ist die Methode?

Es muß eingeräumt werden, daß die Datierung nicht so einfach vorzunehmen ist, wie sie hier beschrieben wurde. Wir sind davon ausgegangen, daß das Gestein zu Beginn kein Blei enthält. Das ist gewöhnlich nicht der Fall; zu Anfang ist meist etwas „Urblei“ im Gestein vorhanden. Das prägt dem Gestein von vornherein ein Alter auf — es ist also zu Beginn nicht null Jahre alt. Die zweite Annahme war, daß das Uran im Gestein fest eingeschlossen ist und daß weder etwas eindringen noch etwas herausgelangen kann. Das trifft allerdings nur manchmal zu. Über lange Zeitabschnitte können das Blei und das Uran teilweise ins Grundwasser sickern. Auch ist nicht auszuschließen, daß Blei und Uran in das Gestein eindringen, vor allem in Sedimentgestein. Deshalb eignet sich die Methode am besten für vulkanisches Gestein.

Ein weiterer Störfaktor ist, daß das Gestein möglicherweise Thorium enthält, ein radioaktives Element, das sich ebenfalls langsam in Blei verwandelt. Außerdem liegt das Uran noch in Form eines zweiten Isotops vor — chemisch identisch, aber mit anderer Massenzahl. Dieses zerfällt schneller als das erste, wandelt sich jedoch auch in Blei um. Allerdings handelt es sich bei dem Endprodukt um ein anderes Bleiisotop, so daß außer einer chemischen Analyse ein physikalisches Analysenverfahren nötig wird, um die beiden Isotope — Blei mit unterschiedlicher Massenzahl — voneinander trennen zu können.

Ohne auf diese Probleme näher einzugehen, wird deutlich, daß die Geologen auf ihrer Suche nach einem zuverlässigen Ergebnis damit rechnen müssen, daß die Uran-Blei-Methode ihre Tücken hat. Ihnen kommt es gelegen, daß sie mit anderen radiometrischen Verfahren die Richtigkeit ihrer Altersbestimmungen überprüfen können. Oft kann dasselbe Gestein noch anhand von zwei anderen Methoden untersucht werden.

Die Kalium-Argon-Methode

Das allgemein am häufigsten angewandte Verfahren ist die Kalium-Argon-Methode. Kalium ist kein so seltenes Element wie Uran — Kaliumchlorid wird zum Beispiel als Ersatz für Natriumchlorid verkauft. Kalium besteht hauptsächlich aus zwei Isotopen mit der Massenzahl 39 und 41. Ein drittes Isotop mit der Massenzahl 40 ist nur schwach radioaktiv. Eines der Zerfallsprodukte des Kaliums ist Argon, ein reaktionsträges Gas, das in der Atmosphäre zu rund 1 Prozent vorkommt. Das Kaliumisotop mit der Massenzahl 40 hat eine Halbwertszeit von 1,4 Milliarden Jahren. Dadurch eignet es sich für einen Meßbereich von über 10 Millionen bis zu Milliarden Jahren.

Kalium ist — anders als Uran — in der Erdkruste reichlich zu finden. Es ist Bestandteil einer Vielzahl von Mineralien, die in den meisten Gesteinen vorkommen, sowohl in Vulkan- als auch in Sedimentgestein. Die Voraussetzungen für die Brauchbarkeit der Kalium-Argon-Methode sind mit denen für die zuvor genannte Methode vergleichbar: Das Kalium darf bei der Mineralbildung, also beim Start des Zerfalls, nicht mit Argon verunreinigt sein. Hinzu kommt, daß das System völlig geschlossen sein muß, so daß weder Argon noch Kalium entweichen oder eindringen kann.

Wie praktikabel ist die Methode? Das eine Mal ist sie sehr brauchbar, ein anderes Mal versagt sie vollkommen. Gelegentlich weicht das ermittelte Alter erheblich von den Werten ab, die mit der Uran-Blei-Methode gemessen wurden. Meist liegt das Alter niedriger, was man auf einen Verlust an Argon zurückführt. Bei anderen Gesteinsarten dagegen stimmen die Ergebnisse sehr gut überein.

Eine für die Öffentlichkeit äußerst interessante Anwendung der Kalium-Argon-Methode war die Altersbestimmung eines Gesteinsbrockens, den die Apollo-15-Astronauten vom Mond mitgebracht hatten. Ein Bröckchen dieses Gesteins wurde nach der Kalium-Argon-Methode untersucht, und man stellte ein Alter von 3,3 Milliarden Jahren fest.

Die Rubidium-Strontium-Methode

Eine weitere Methode zur Bestimmung des Alters von Gestein ist noch nicht so lange in Gebrauch. Sie hat als Grundlage den Zerfall von Rubidium mit Strontium als Endprodukt. Rubidium zerfällt unvorstellbar langsam. Seine Halbwertszeit beträgt 50 Milliarden Jahre! Folglich ist selbst in den ältesten Gesteinen nur wenig Rubidium zerfallen. Deshalb sind peinlich genaue Messungen erforderlich, um das zusätzliche Strontium 87 vom ursprünglichen Strontium zu unterscheiden. In Gestein kann hundertmal mehr Strontium enthalten sein als Rubidium. Selbst nach einer Milliarde Jahren ist erst wenig mehr als 1 Prozent des Rubidiums zerfallen. Trotz dieser Schwierigkeiten hat man in einigen Fällen den winzigen Teil des durch Zerfall entstandenen Strontiums messen können. Der Wert der Methode liegt darin, daß man damit das Alter, das anhand anderer Verfahren bestimmt wurde, überprüfen kann.

Ein aufregendes Beispiel für die Anwendung dieser Methode war die Untersuchung eines Meteoriten, der nach Annahme der Astronomen aus derselben Art Gestein besteht wie dasjenige, das entsprechend einer Theorie zusammenstürzte und unseren Planeten gebildet haben soll, sozusagen ein Überbleibsel des Rohmaterials unseres Sonnensystems. Das ermittelte Alter von 4,6 Milliarden Jahren war mit dieser Vorstellung vereinbar.

Ein außergewöhnlicher Erfolg für die Rubidium-Strontium-Methode war die Datierung des zuvor genannten Mondgesteins. Fünf verschiedenartige Minerale wurden untersucht, und die Ergebnisse wiesen durchweg auf ein Alter von 3,3 Milliarden Jahren hin, genau das gleiche Alter, das nach der Kalium-Argon-Methode bestimmt wurde.a

In manchen Fällen stimmen die Messungen, die mit diesen drei Methoden vorgenommen wurden, gut miteinander überein, und so ist man geneigt, darauf zu vertrauen, daß die Altersangaben korrekt sind. Es sei jedoch betont, daß derartige Fälle nur zeigen, wie weit eine Übereinstimmung unter idealen Bedingungen möglich ist. Die Bedingungen sind jedoch meist nicht ideal. Es können weit mehr Beispiele dafür angeführt werden, daß die Ergebnisse nicht zusammenpassen.

Paläontologen versuchen Fossilien zu datieren

Die Paläontologen haben versucht, den Erfolg der Geologen, das Alter von Gestein zu bestimmen, das erst einige Millionen Jahre beträgt, nachzuahmen. Sie glauben, das Alter einiger Fossilien falle in diesen Zeitraum. Zu ihrem Leidwesen ist die Kalium-Argon-Methode für sie nicht gut geeignet, da Fossilien naturgemäß nicht in vulkanischem Gestein, sondern überwiegend in Sedimenten zu finden sind. Für diese Gesteinsart sind radiometrische Datierungsmethoden in der Regel nicht verläßlich genug.

Als Veranschaulichung mögen Fossilien dienen, die unter einem dichten Regen vulkanischer Asche begraben wurden. Die Asche verfestigte sich später zu einer Art Tuff. Dabei handelt es sich zwar um eine Sedimentformation, sie besteht aber aus vulkanischem Material, das an der Luft erstarrt ist. Wenn es gelänge, eine solche Formation zu datieren, könnte man das Alter der darin eingeschlossenen Fossilien angeben.

Um einen solchen Fall handelte es sich bei den Funden in der Olduwaischlucht in Tansania (Afrika), wo Fossilien affenähnlicher Tiere Aufsehen erregten, weil ihre Entdecker behaupteten, diese Tiere seien mit den Menschen verwandt. Erste Messungen der Argonkonzentration des vulkanischen Tuffs, in dem man die Fossilien gefunden hatte, ergaben ein Alter von 1,75 Millionen Jahren. Spätere Messungen eines anderen qualifizierten Labors lagen eine halbe Million Jahre niedriger. Äußerst enttäuschend für die Evolutionisten war, daß das Alter benachbarter Tuffschichten uneinheitliche Werte ergab. Manchmal enthielt die obere Schicht mehr Argon als die untere. Doch das ist aus geologischer Sicht grundverkehrt — die obere Schicht muß sich später als die untere abgelagert haben und folgerichtig weniger Argon enthalten.

Die Schlußfolgerung lautete: „Die Meßwerte sind durch ‚Urargon‘ verfälscht worden. Aus dem flüssigen Gestein ist nicht alles ursprüngliche Argon entwichen.“ Die Zeiger der „Zerfallsuhr“ standen anfangs also nicht auf Null. Wenn nur ein Zehntelprozent des zuvor aus Kalium entstandenen Argons im Gestein verblieb, als es im Vulkan schmolz, hätte die „Uhr“ nicht mit null Jahren, sondern mit einem Alter von fast einer Million Jahren zu laufen begonnen. Treffend sagte ein Experte: „Einige Datierungen müssen falsch sein, und wenn einige falsch sind, sind vielleicht alle falsch.“

Ungeachtet dessen, daß Experten diese Datierungen für möglicherweise bedeutungslos halten, wird das ursprünglich für die Olduwai-Fossilien bestimmte Alter von 1,75 Millionen Jahren weiterhin in bekannten pro-evolutionistischen Zeitschriften zitiert. Man macht den Laien nicht darauf aufmerksam, daß es sich bei solchen Altersangaben nur um Schätzungen handelt.

[Fußnote]

[Herausgestellter Text auf Seite 18]

Geologen, die sich der Uran-Blei-Methode bedienen, müssen damit rechnen, daß sie ihre Tücken hat

[Herausgestellter Text auf Seite 20]

Man macht nicht darauf aufmerksam, daß es sich bei den Altersangaben nur um Schätzungen handelt

[Übersicht auf Seite 19]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Die Abnahme an Uran und die Zunahme an Blei sind direkt proportional zueinander

100 %

50 %

25 %

12,5 %

Halbwertszeiten 1 2 3

Blei (Argon)

Uran (Kalium)

[Diagramm auf Seite 18]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Uran

Blei

Wieviel Uran (oder Blei) war in dem Gestein ursprünglich enthalten?

Wieviel Uran (oder Blei) drang später in das Gestein ein?

Wieviel Blei entstammt dem Thoriumzerfall?

Die Radiokarbonuhr

Ein Altersanzeiger für Überreste früheren Lebens. Ist sie das wirklich?

ALLE bisher genannten Zerfallsprozesse laufen so langsam ab, daß sie für archäologische Untersuchungen allenfalls von geringem Wert sind. Um der Zeitskala der Menschheitsgeschichte gerecht zu werden, ist ein schnellerer Prozeß erforderlich. Dieses Erfordernis erfüllt die Radiokohlenstoffdatierung.

Bei Atomzertrümmerungsversuchen mit einem Zyklotron entdeckte man erstmals das radioaktive Kohlenstoffisotop ¹⁴C von gewöhnlichem Kohlenstoff 12. Später wies man es auch in der Atmosphäre nach. Es sendet Β-(Beta-)Strahlen aus, die mit einem Meßinstrument gezählt werden können. Kohlenstoff 14 hat eine Halbwertszeit von nur etwa 5 700 Jahren und eignet sich somit zur Datierung von Objekten, die mit der frühen Menschheitsgeschichte in Verbindung gebracht werden.

Die zuvor erwähnten radioaktiven Elemente sind, gemessen an dem Alter der Erde, langlebig. Sie existieren demnach schon seit der Schöpfung. Radioaktiver Kohlenstoff ist im Vergleich zum Erdalter kurzlebig. Man findet ihn nur deshalb, weil er durch einen bestimmten Prozeß ständig neu gebildet wird. Dabei handelt es sich um das Bombardement der Atmosphäre mit kosmischer Strahlung, wobei Stickstoff in radioaktiven Kohlenstoff verwandelt wird. Dieser Kohlenstoff wird als Kohlendioxyd von den Pflanzen bei der Photosynthese verwendet und in die verschiedenen organischen Verbindungen, die in den Zellen vorkommen, umgewandelt. Tiere und auch Menschen ernähren sich von Pflanzen, so daß der ¹⁴C-Gehalt aller Organismen dem der Atmosphäre entspricht. Solange ein Organismus lebt, werden die Kohlenstoffverluste, die zufolge des radioaktiven Zerfalls entstehen, durch Zufuhr von außen ersetzt. Sobald aber ein Organismus, beispielsweise ein Baum oder ein Tier, stirbt, wird die Versorgung mit frischem Radiokohlenstoff unterbrochen, und die ¹⁴C-Konzentration nimmt stetig ab. Wenn zum Beispiel ein Stück Holzkohle oder ein Tierknochen 5 700 Jahre überdauert, ist darin nur noch halb soviel radioaktiver Kohlenstoff enthalten wie zu der Zeit, als der Organismus noch lebte. Im Prinzip läßt sich also durch eine Messung des ¹⁴C-Gehalts eines ehemaligen Lebewesens der Zeitpunkt seines Todes ermitteln.

Die Radiokarbonmethode ist bei einer Vielzahl organischen Materials anwendbar. Bisher sind Tausende von Proben auf diese Weise datiert worden. Die faszinierende Vielfalt wird an nur einigen Anwendungsbeispielen deutlich:

Eine Holzprobe von dem Grabesschiff, das im Grab Pharao Sesostris’ III. gefunden wurde, konnte auf 1670 v. u. Z. datiert werden.

Das Kernholz einer Küstensequoie in Kalifornien, die 2 905 Jahresringe hatte, als man sie 1874 fällte, wurde auf 760 v. u. Z. datiert.

Die Leinentücher, in die die Schriftrollen vom Toten Meer eingewickelt waren, hatten nach dem Radiokohlenstoffgehalt ein Alter von 1 900 Jahren, während die Rollen nach der Art der Handschrift in das erste oder zweite Jahrhundert v. u. Z. datiert wurden.

Ein Stück Holz, das auf dem Ararat gefunden und von einigen als ein Teil der Arche Noah betrachtet wurde, ließ sich nur auf das Jahr 700 u. Z. datieren — zwar ein altes Stück Holz, doch bei weitem nicht so alt, daß es aus der Zeit vor der Flut stammen könnte.

Aus Schnüren geflochtene Sandalen, die in einer Höhle in Oregon (USA) in Bimsstein gefunden wurden, wiesen ein Alter von 9 000 Jahren auf.

Fleisch eines jungen Mammuts, das Tausende von Jahren in der sibirischen Sumpferde eingefroren war, wurde als 40 000 Jahre alt befunden.

Wie zuverlässig sind aber solche Datierungen?

Fehler der Radiokarbonuhr

Als die Radiokarbonuhr erstmals präsentiert wurde, erweckte sie den Eindruck, sehr einfach und unkompliziert zu sein. Heute ist sie als störanfällig bekannt. Nach 20jährigem Gebrauch der Uhr wurde 1969 in Uppsala (Schweden) eine Konferenz über Radiokarbonchronologie und verwandte Datierungstechniken abgehalten. Die Diskussionen zwischen Chemikern, die diese Methode anwenden, und Archäologen sowie Geologen, die die Ergebnisse verwerten, förderten einige Dutzend Schwachstellen zutage, die eine Datierung zunichte machen können. In den 17 Jahren seither ist wenig erreicht worden, was die Beseitigung dieser Fehlerquellen betrifft.

Es bereitete von jeher große Schwierigkeiten, zu gewährleisten, daß das Probenmaterial nicht mit jüngerem Kohlenstoff lebender Organismen oder mit älterem Kohlenstoff verunreinigt ist. Ein Stück Holz aus dem Kernholz eines alten Baumes kann Saft mit biologisch aktivem Kohlenstoff enthalten. Oder wenn der Saft mit einem organischen Lösungsmittel (aus biologisch inaktivem Petroleum hergestellt) extrahiert wird, können Lösungsmittelspuren in der zu analysierenden Probe zurückbleiben. Alte, unterirdisch lagernde Holzkohle kann von Wurzelwerk durchdrungen sein. Oder sie ist möglicherweise mit weit älterem Bitumen verunreinigt, das schwer zu entfernen ist. In lebenden Schalentieren hat man Karbonate gefunden, die aus Gestein stammen, das lange Zeit im Meeresboden lagerte und nach Tausenden von Jahren aus der Tiefe aufgestiegen war. Auf diesem Wege kann eine Probe älter oder jünger erscheinen, als sie in Wirklichkeit ist.

Der gravierendste Fehler in der Theorie der Radiokohlenstoffdatierung ist die Annahme, daß der Gehalt der Atmosphäre an ¹⁴C stets der gleiche war wie heute. Der ¹⁴C-Gehalt der Atmosphäre hängt hauptsächlich davon ab, wieviel Kohlenstoff durch die kosmische Strahlung gebildet wird. Die Intensität der Strahlung schwankt gelegentlich stark und unterliegt weitgehend den Änderungen des Magnetfeldes der Erde. Magnetische Stürme auf der Sonne intensivieren die kosmische Strahlung manchmal für Stunden um das Tausendfache. Ferner ist das Magnetfeld der Erde in den vergangenen Jahrtausenden sowohl stärker als auch schwächer gewesen. Zudem hat sich durch die Kernwaffenversuche die Menge an Kohlenstoff 14 wesentlich erhöht.

Das Verhältnis wird aber auch noch von der Menge des stabilen Kohlenstoffs der Luft beeinflußt. Gewaltige Vulkanausbrüche führen zu einer merklichen Erhöhung des stabilen Kohlenstoffs und verdünnen den radioaktiven Kohlenstoff. Aufgrund der vermehrten Verbrennung fossiler Brennstoffe — hauptsächlich Kohle und Öl — ist in den letzten hundert Jahren die Menge des Kohlendioxyds in der Atmosphäre wie nie zuvor gestiegen. (Weitere Einzelheiten und Unsicherheitsfaktoren in Verbindung mit der Radiokarbonuhr wurden in der Erwachet!-Ausgabe vom 22. Juli 1972 behandelt.)

Dendrochronologie — Datierung anhand von Jahresringen

Angesichts dieser fundamentalen Schwächen sind die Kohlenstoffdatierer dazu übergegangen, ihre Daten mit Hilfe von Holzproben zu eichen, vor allem mit Proben von Grannenkiefern aus dem Südwesten der Vereinigten Staaten, die Hunderte oder Tausende von Jahren alt sind. Dieses Forschungsgebiet nennt man Dendrochronologie.

An der Radiokarbonuhr werden somit keine absoluten Daten abgelesen. Die Daten sind nur relativ. Um das echte Alter zu bestimmen, muß die Radiokohlenstoffdatierung mit Hilfe der Jahresringchronologie korrigiert werden. Zur Unterscheidung wird das Ergebnis einer Messung des radioaktiven Kohlenstoffs als „Radiokarbonalter“ bezeichnet. Das absolute Alter liest man an einer Eichkurve ab, die sich auf die Auswertung von Jahresringen stützt.

Dagegen ist so lange nichts einzuwenden, wie die Jahresringzählung bei der Grannenkiefer zuverlässig ist. Das Problem hierbei ist, daß die Lebenszeit der ältesten Bäume nur bis 800 u. Z. zurückreicht. Um den Meßbereich zu erweitern, versuchen die Dendrochronologen, sich überschneidende Jahresringmuster aus schmalen und breiten Ringen von Proben subfossilen Holzes, das man in der Nähe gefunden hat, aneinander anzuschließen. Sie behaupten, auf der Grundlage von 17 zusammengestückelten Holzresten umgestürzter Bäume 7 000 Jahre zurückgehen zu können.

Doch die Eichung anhand von Jahresringen ist ebenfalls keine unabhängige Methode. Manchmal weiß man nicht genau, wo ein Stück subfossiles Holz anzuschließen ist. Wie behilft man sich in einem solchen Fall? Man bestimmt das Alter nach der Radiokarbonmethode und läßt sich von dem ermittelten Alter leiten, wenn man das Stück Holz anschließt. Das erinnert an zwei lahme Männer, denen nur eine Krücke zur Verfügung steht, so daß sich jeder eine Zeitlang auf seinen Partner stützen muß.

Das geheimnisvolle Überdauern herumliegender loser Holzstückchen ist an sich erstaunlich. Normalerweise hätten sie von einem starken Regen weggespült werden oder von jemandem als Feuerholz oder zu einem anderen Zweck aufgelesen werden können. Warum ist das Holz nicht verrottet, oder warum haben Insekten es verschont? Daß ein lebender Baum dem Zahn der Zeit und dem Wetter trotzt und hin und wieder tausend Jahre überdauert, ist noch zu glauben. Kann man aber davon ausgehen, daß abgestorbenes Holz 6 000 Jahre erhalten bleibt? Das ist unglaublich. Doch genau davon wird bei älteren Radiokohlenstoffdatierungen ausgegangen.

Dennoch ist es den Radiokarbonfachleuten und den Dendrochronologen gelungen, Zweifel wie diese beiseite zu schieben, die Lücken auszufüllen und Unstimmigkeiten beizulegen. Beide Seiten geben sich mit der Kompromißlösung zufrieden. Und wie steht es mit ihren Auftraggebern, den Archäologen? Sie sind über die Altersangaben, die sie zu den eingesandten Proben erhalten, nicht immer beglückt. Einer von ihnen brachte das auf der Konferenz in Uppsala wie folgt zum Ausdruck:

„Wenn eine Kohlenstoff-14-Altersbestimmung unsere Theorie stützt, setzen wir sie in den Haupttext. Wenn sie ihr nicht direkt widerspricht, fügen wir sie in einer Fußnote bei. Und wenn sie gar nicht damit übereinstimmt, lassen wir sie fallen.“

Manche Archäologen denken heute immer noch so. Einer schrieb kürzlich über eine Radiokohlenstoffdatierung, die die früheste Haustierhaltung markieren sollte:

„Die Archäologen ... [gehen dazu über], es sich reiflich zu überlegen, ob eine Radiokohlenstoffdatierung allein deshalb von unmittelbarem Nutzen ist, weil sie aus einem ‚wissenschaftlichen‘ Labor stammt. Je mehr die Unsicherheit in bezug auf die Frage zunimmt, welche Methode, welches Labor, welche Halbwertszeit oder welche Eichkurve am zuverlässigsten ist, desto weniger fühlen wir Archäologen uns sklavisch gebunden, irgendein ‚Alter‘, das uns angegeben wird, blindlings zu akzeptieren.“

Von seiten der Radiochemiker, die das Alter ermittelt hatten, wurde entgegnet: „Wir ziehen es vor, uns mit Tatsachen zu befassen, die auf vernünftigen Messungen beruhen — nicht mit Archäologie, die der Mode und dem Gefühl unterworfen ist.“

Ist es nicht verständlich, daß Nichtfachleute gegenüber Zeitungsmeldungen, die sich auf wissenschaftliche „Autoritäten“ stützen, wie sie am Anfang der Artikelserie zitiert werden, skeptisch sind, wenn unter Wissenschaftlern solch gravierende Unstimmigkeiten in bezug auf die Richtigkeit von Daten herrschen, die in die graue Vorzeit zurückreichen?

Direkte Zählung der Kohlenstoff-14-Atome

Eine neuere Entwicklung in der Radiokohlenstoffdatierung ist ein Analysenverfahren, bei dem nicht die Β-Strahlen, die beim Zerfall der Atome entstehen, gemessen werden, sondern alle ¹⁴C-Atome einer kleinen Probenmenge. Das ist vor allem bei der Datierung sehr alter Proben vorteilhaft, in denen nur noch ein winziger Bruchteil des ¹⁴C vorhanden ist. Von einer Million ¹⁴C-Atomen zerfällt durchschnittlich nur jeden dritten Tag eines. Dadurch gestaltet sich die Messung alter Proben sehr zeitraubend, denn es wird eine Mindestanzahl von Impulsen benötigt, um die gemessene Radioaktivität von den Impulsen, die von der kosmischen Strahlung herrühren, unterscheiden zu können.

Wenn aber alle ¹⁴C-Atome sogleich gezählt werden können, also bevor sie zerfallen sind, läßt sich die Nachweisempfindlichkeit millionenfach steigern. Das ist durch ein Verfahren gelungen, bei dem man einen Strahl positiv geladener Kohlenstoffatome beim Durchlaufen eines Magnetfelds in ¹⁴C-Atome und ¹²C-Atome aufspaltet. Die leichteren ¹²C-Atome werden auf eine stärker gekrümmte Bahn abgelenkt, und die schwereren ¹⁴C-Atome gelangen durch einen Spalt in einen Detektor.

Der Vorteil dieser Methode liegt in der tausendmal geringeren Probenmenge, wenngleich das Verfahren komplizierter und kostspieliger ist als die Messung der Β-Strahlen. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, seltene alte Manuskripte und andere Artefakte zu datieren, zu deren Untersuchung bisher keine Proben in der Größenordnung von einigen Gramm entnommen werden konnten, weil diese Proben dabei zerstört worden wären. Solche Objekte können jetzt mit nur wenigen Milligramm Probenmenge datiert werden.

Eine Anwendungsmöglichkeit wäre die Datierung des Turiner Grabtuches, von dem einige glauben, der Leichnam Jesu sei darin eingehüllt gewesen. Wenn die Radiokohlenstoffdatierung niedriger als erwartet ausfiele, würden die Zweifel derer bestätigt, die das Grabtuch als Fälschung hinstellen. Bisher hat der Erzbischof von Turin unter dem Hinweis, das erforderliche Stück sei zu groß, keine Erlaubnis erteilt, eine Probe zur Altersbestimmung zu entnehmen. Nach der neuen Methode wäre ein Quadratzentimeter genug, um herauszufinden, ob der Stoff aus der Zeit Christi stammt oder lediglich aus dem Mittelalter.

Aber die Versuche, den Meßbereich zu erweitern, sind belanglos, bevor nicht die großen Probleme gelöst sind. Je älter eine Probe ist, desto schwieriger ist es, Spuren jüngeren Kohlenstoffs völlig auszuschließen. Und je weiter man über die wenigen Jahrtausende hinausgeht, für die eine verläßliche Eichkurve zur Verfügung steht, desto weniger ist über den Gehalt an ¹⁴C in der Atmosphäre jener Zeit bekannt.

Zur Datierung weit zurückliegender Ereignisse sind noch verschiedene andere Methoden erarbeitet worden. Manche beruhen indirekt auf dem radioaktiven Zerfall, wie zum Beispiel die Kernspaltungsspurenmethode. Bei anderen macht man sich Vorgänge wie die Ablagerung von Warven (Bändertonschichten) zunutze, die durch Gletscherwasser entstehen, oder auch die Hydratation von Gegenständen aus Obsidian.

Die Razemat-Methode

Eine weitere Methode zur Altersbestimmung hat die Razemisierung von Aminosäuren zur Grundlage. Was ist unter „Razemisierung“ zu verstehen?

Aminosäuren gehören zu einer Gruppe von Kohlenstoffverbindungen, bei denen vier verschiedene Atomgruppen mit einem zentralen Kohlenstoffatom verbunden sind. Die tetraedrische Anordnung der Gruppen macht das Molekül als Ganzes asymmetrisch. Solche Moleküle existieren in zwei Formen. Obwohl sie chemisch identisch sind, ist, physikalisch gesehen, die eine Form das Spiegelbild der anderen. Als einfache Veranschaulichung könnte ein Paar Handschuhe dienen. Die Handschuhe sind zwar gleich groß und sehen auch gleich aus, doch der eine paßt nur zur rechten Hand und der andere nur zur linken.

Ein Strahl polarisierten Lichtes, der eine Lösung einer der beiden Formen durchläuft, erfährt beispielsweise eine Drehung der Polarisationsebene nach links, wohingegen er bei der anderen Form eine Drehung nach rechts erfährt. Bei der Herstellung einer bestimmten Aminosäure aus einfacheren Verbindungen entstehen beide Formen zu gleichen Teilen. Die Wirkungen der beiden Formen auf polarisiertes Licht heben sich auf. Hierbei handelt es sich um ein razemisches Gemisch — linkshändige und rechtshändige Moleküle der Aminosäure sind zu gleichen Teilen gemischt.

In lebenden Pflanzen oder Tieren wird nur eine Form von Aminosäuren gebildet, gewöhnlich die linkshändige, die L-Form. Wird eine solche Verbindung erwärmt, so werden durch die Temperaturbewegung der Moleküle einige Aminosäuren sozusagen umgestülpt, so daß die L-Form in die D-Form übergeht. Diese Umwandlung wird als Razemisierung bezeichnet. Wenn sie lange genug anhält, entstehen die L- und die D-Form zu gleichen Teilen. Das ist von besonderem Interesse, da dies wie die Radiokarbonmethode in Beziehung zu Lebewesen steht.

Bei niedrigeren Temperaturen verläuft die Razemisierung langsamer; um wieviel langsamer, hängt davon ab, wieviel Energie zur Umwandlung des Moleküls benötigt wird. Die Geschwindigkeit richtet sich nach einem bekannten chemischen Gesetz, das als Arrheniussche Gleichung bekannt ist. Wenn sich die Aminosäure mehr und mehr abkühlt, verlangsamt sich die Reaktion, und zwar so sehr, daß bei Raumtemperatur keine Veränderung mehr zu beobachten ist. Anhand der Gleichung ist dennoch berechenbar, wie langsam die Veränderung vor sich geht. Als Ergebnis zeigt sich, daß es Zehntausende von Jahren dauern würde, bis sich eine typische Aminosäure dem razemisierten Zustand genähert hätte, in dem die L-Form und die D-Form der Aminosäure zu gleichen Teilen vorhanden sind.

Bei der Nutzung dieses Effekts zur Datierung wird von folgender Überlegung ausgegangen: Wenn zum Beispiel ein Knochen in den Erdboden gelangen würde und dort ungestört liegenbliebe, würde die darin enthaltene Asparaginsäure (eine kristallisierte Aminosäure) allmählich razemisieren. Würde man den Knochen nach langer Zeit ausgraben, die Asparaginsäure extrahieren und reinigen und anschließend messen, wie stark die Asparaginsäure die Ebene polarisierten Lichtes dreht, und das Ergebnis mit demjenigen von reiner L-Asparaginsäure vergleichen, ließe sich dadurch bestimmen, wie lange es her ist, daß der Knochen Teil eines lebenden Wesens war.

Die Kurve, die den Verlauf der Umwandlung zeigt, ähnelt der Zerfallskurve eines radioaktiven Elements. Jede Aminosäure hat ihre eigene Umwandlungsrate, so wie Uran zum Beispiel langsamer zerfällt als Kalium. Man beachte indes folgenden wichtigen Unterschied: Zerfallsraten radioaktiver Elemente sind nicht temperaturabhängig, die Razemisierung — eine chemische Reaktion — ist dagegen ausgesprochen temperaturabhängig.

Eine der meistpublizierten Anwendungen der Razemat-Methode ist die Datierung von menschlichen Skelettknochen, die an der kalifornischen Küste gefunden wurden. Der sogenannte Del-Mar-Mensch ist danach 48 000 Jahre alt. Ein weibliches Skelett, das bei Ausgrabungen in der Nähe von Sunnyvale gefunden wurde, schien noch älter zu sein, nämlich 70 000 Jahre. Diese Altersangaben sorgten nicht nur in der Presse für Aufregung, sondern erst recht unter Paläontologen, da keiner von ihnen geglaubt hatte, daß in Nordamerika vor so langer Zeit Menschen gelebt haben. Es kam zu Spekulationen, wonach der Mensch vor nicht weniger als 100 000 Jahren über die Beringstraße von Asien nach Amerika gekommen sei. Offen blieb die Frage, wie zuverlässig die Altersangaben waren, die anhand der neuen Methode gemacht wurden.

Um eine Antwort zu erhalten, griff man auf eine radiometrische Methode zurück, bei der der Zerfall von Zwischenprodukten genutzt wird, die bei der Umwandlung von Uran in Blei entstehen, da deren Halbwertszeiten für diesen Bereich geeignet sind. Das Ergebnis war 11 000 Jahre für das Del-Mar-Skelett und nur 8 000 bis 9 000 Jahre für das Sunnyvale-Skelett. Irgend etwas stimmte nicht.

Die große Unbekannte bei der Razemisierung ist der Temperaturverlauf, dem die Probe in der Vergangenheit unterworfen war. Wie bereits erwähnt, ist die Razemisierungsrate stark temperaturabhängig. Wenn sich die Temperatur beispielsweise um 14 °C erhöht, verzehnfacht sich die Reaktionsgeschwindigkeit. Woher soll man wissen, welchen Temperaturen die Knochen in ferner Vergangenheit ausgesetzt waren? Wie viele Sommer haben sie in der heißen kalifornischen Sonne gelegen? Oder haben sie ein Lagerfeuer oder einen Waldbrand überstanden? Außer von der Temperatur wird die Razemisierungsrate noch von anderen Faktoren stark beeinflußt, zum Beispiel vom pH-Wert (Säuregrad). In einem Bericht heißt es: „Aminosäuren, die in Sedimenten vorkommen, zeigen anfänglich eine Razemisierungsrate, die fast eine Größenordnung (zehnfach) höher liegt als die Rate, die bei freien Aminosäuren bei gleichem pH-Wert und gleicher Temperatur zu beobachten ist.“

Das ist noch nicht alles. Das Alter eines Knochens des Sunnyvale-Skeletts wurde nach der Radiokarbonmethode bestimmt, und zwar sowohl durch Messung des Β-Zerfalls als auch anhand des neueren Verfahrens, bei dem die Atome direkt gezählt werden. Die Ergebnisse beider Methoden stimmten grob überein. Der Mittelwert betrug 4 400 Jahre.

Was soll man glauben? Offensichtlich sind einige Ergebnisse grundfalsch. Ist die Radiokarbonmethode vertrauenswürdiger, weil man damit mehr Erfahrung hat? Doch selbst bei dieser Methode schwankten die Ergebnisse im Bereich von 3 600 bis 4 800 Jahren. Oder ist es besser, mit den Worten eines zuvor zitierten Wissenschaftlers zuzugeben: „Vielleicht [sind] alle falsch.“?

[Herausgestellter Text auf Seite 23]

Die Radiokarbonuhr ist heute als störanfällig bekannt

[Kasten auf Seite 22]

Kürzlich berichtete die Zeitschrift Science News unter dem Titel „Neue Daten für ‚alte‘ Werkzeuge“ folgendes:

„Vier Knochenwerkzeuge, die man als Beweisstücke dafür ansah, daß Nordamerika vor ungefähr 30 000 Jahren von Menschen bewohnt war, sind höchstens 3 000 Jahre alt. So der Archäologe D. Earl Nelson und seine Fachkollegen von der Simon-Fraser-Universität in Britisch-Kolumbien gemäß der Zeitschrift SCIENCE vom 9. Mai ...

Der Unterschied zwischen den Altersbestimmungen der beiden Proben aus demselben Knochen ist, gelinde gesagt, erheblich. Ein ‚Ausfleischmesser‘ zum Beispiel, das benutzt wurde, um Fleisch von Tierhäuten zu entfernen, erhielt zuerst ein Radiokarbonalter von 27 000 Jahren. Jetzt wurde das Alter auf ungefähr 1 350 Jahre abgeändert“ (10. Mai 1986).

[Diagramm auf Seite 24]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Die Menge von Kohlenstoff 14 (oder der razemisierten Asparaginsäure) ändert sich mit den äußeren Bedingungen

Intensitätsschwankungen der kosmischen Strahlung

Kohlenstoff 14

Temperaturänderungen

Asparaginsäure

[Diagramm auf Seite 26]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

L-Asparaginsäure

COOH C NH₂ H CH₂COOH

D-Asparaginsäure

HOOC C H₂N H HOOCH₂C

Glaubwürdigkeit biblischer Zeitangaben unangefochten

WIE wirken sich die Ergebnisse wissenschaftlicher Datierungen auf das Verständnis aus, das die Bibel vermittelt? Das hängt davon ab, welchen Standpunkt jemand einnimmt. Die Beweise wären zugegebenermaßen beunruhigend, würde man der Auslegung der Fundamentalisten folgen, die glauben, daß Erde, Sonne, Mond und Sterne — nicht lediglich der Mensch — in nur 6 Tagen von je 24 Stunden erschaffen wurden.

Keinen Grund zur Beunruhigung gibt es aber, wenn man unter den Schöpfungstagen Zeitabschnitte von Tausenden von Jahren versteht, denen Milliarden von Jahren vorausgingen, in denen die Erde gebildet wurde.

Ein Widerspruch entsteht allerdings, wenn die wenigen Radiokohlenstoffdatierungen herangezogen werden, die anzeigen, daß der Mensch vor mehr als 6 000 Jahren Feuer gemacht, Werkzeuge hergestellt und Häuser gebaut hat. Solche Datierungen sind mit der biblischen Chronologie unvereinbar. Was soll man glauben?

Von der Erschaffung Adams an wird in der Bibel eine zusammenhängende Zählung der Jahre angegeben, die an die etwa 2 500 Jahre zurückreichende außerbiblische Geschichte anschließt. Gekennzeichnet waren die Jahre durch den jährlichen Lauf der Sonne — von der Sommer- zur Wintersonnenwende und umgekehrt —, ein Zeichen, das Gott zu diesem Zweck in die Ausdehnung der Himmel setzte. Die Menschen hielten die Anzahl der aufeinanderfolgenden Jahre zwischen historischen Ereignissen schriftlich fest. Diese Aufzeichnungen wurden in die ersten Bibelbücher aufgenommen und danach im heiligen Schatz der Juden aufbewahrt, solange sie als Nation existierten. Gemäß diesen an Genauigkeit und Glaubwürdigkeit unübertroffenen geschichtlichen Aufzeichnungen gibt es erst seit ungefähr 6 000 Jahren Menschen auf der Erde.

Im Gegensatz zu dieser eindeutigen und unumstößlichen Quelle sehe man sich die Radiokohlenstoffdatierung genauer an. Sie beruht auf Annahmen, die ausnahmslos in Frage gestellt, revidiert und modifiziert worden sind und von denen viele immer noch stark angezweifelt werden. Wie sollte eine solche Datierung die Chronologie der Bibel ernsthaft in Frage stellen können?

Zu welchem Schluß sollte man demnach kommen? Es ist zu beobachten, daß Geologen ihre Theorien über die Erdgeschichte durch radiometrische Datierungsmethoden im allgemeinen als gut bestätigt betrachten, wenn auch die meisten Daten alles andere als sicher sind.

Paläontologen, die zumeist zufolge ihrer Ausbildung und des Einflusses von Fachkollegen zugunsten der Evolutionstheorie voreingenommen sind, suchen durch radiometrische Datierungsmethoden ihre Behauptung zu bestätigen, daß Fossilien von sogenannten „Affenmenschen“ Millionen von Jahren alt sind. Ihr Bestreben ist jedoch enttäuschend.

Einerseits laufen die geologischen „Zerfallsuhren“ (Uran, Kalium) derart langsam, daß sie für ihre Zwecke ungeeignet sind. Andererseits verfängt man sich bei der Radiokarbonuhr, die für den Zeitraum von einigen tausend Jahren Vergangenheit recht brauchbare Ergebnisse liefert, jenseits dieser Zeit hoffnungslos in Schwierigkeiten. Dazu kommt, daß die überwiegende Zahl der Radiokohlenstoffdatierungen in den biblisch belegten Zeitraum von 6 000 Jahren fällt. Die wenigen Daten, die weiter zurückreichen und an die sich die Evolutionisten verzweifelt klammern, sind alle fragwürdig.

Andere Datierungstechniken, mit denen der biblische Schöpfungsbericht angegriffen wurde, vor allem die Razemat-Methode (Aminosäureverfahren), haben sich für Evolutionisten als großer Reinfall erwiesen.

Man kann getrost behaupten: Die biblische Chronologie hält jeder Anfechtung durch Datierungstechniken stand.