Vetenskapliga dateringar av förhistoriska tider

Radioaktiva klockor anger tidsperioder på miljoner år, men hur tillförlitliga är tidsangivelserna?

Denna artikel och de två följande beskriver och gör en bedömning av värdet av de olika metoder att göra dateringar på radioaktiv väg som används av geologer, när de mäter åldern på bergarter och lämningar efter organismer som en gång levt. Artiklarna har utarbetats av en atomfysiker med många års erfarenhet inom både forskning och industri när det gäller radioaktivitet.

”Sinkhole är en rik arkeologisk fyndplats. 10.000 år gamla lämningar tyder på att det fanns människor i istidens Florida, tror vetenskapsmännen.”

”Den äldsta stenåldershyddan i Japan har grävts fram i närheten av Osaka. Arkeologer daterar hyddan till omkring 22.000 år tillbaka i tiden.”

”För omkring en miljon år sedan flöt en flod genom östra Corona (Kalifornien), och mastodonter, kameler, hästar och kaniner var bland de förhistoriska djur som höll till på dess stränder.”

DE FÖREGÅENDE påståendena, som gjordes för någon tid sedan, är typiska för dem som ger publicitet åt upptäckter gjorda av arkeologer och paleontologer. Det första människor vill veta om ett nytt fynd är: Hur gammalt är det? Den vetenskapsman som talar med reportrarna är alltid beredd att komma med ett svar, vare sig detta är baserat på faktiska bevis eller enbart är en gissning.

När man läser sådana rapporter, dyker en fråga ibland upp i ens sinne: Hur kan de veta det? Hur säkert är det att det fanns människor i Florida för 10.000 år sedan och i Japan för 22.000 år sedan eller att mastodonter och kameler strövade omkring i det kaliforniska landskapet för en miljon år sedan?

Det finns många olika vetenskapliga metoder att datera gamla lämningar. En del är pålitligare än andra, men ingen metod är lika säker som de dateringar som baserar sig på historiska uppteckningar. Men människans historiska dokument sträcker sig på sin höjd endast 6.000 år tillbaka i tiden. När vi förflyttar oss längre tillbaka i tiden, är naturvetenskapliga dateringar allt vi har att tillgå.

Radioaktiva dateringar

Bland de olika metoderna att göra vetenskapliga dateringar är de radioaktiva klockorna de pålitligaste. De grundar sig på sönderfallshastigheten hos radioaktiva ämnen. Medan andra metoder grundar sig på åldrandeprocesser som kan gå snabbare eller långsammare beroende på olika omgivande betingelser, till exempel temperaturförändringar, har det visat sig att radioaktiva sönderfallshastigheter inte påverkas av extrema yttre betingelser.

Uran-blyklockan

Vi kan illustrera metoden med hjälp av den första radioaktiva klockan som kom till användning, den som grundar sig på sönderfall av uran till bly. Radioaktivt sönderfall följer med exakt precision en lag för statistisk sannolikhet. Den mängd uran som sönderfaller inom en viss tidrymd är alltid proportionell mot den återstående mängden. Detta ger upphov till en kurva av det slag som framgår av teckningen (sidan 19), och denna kurva visar den mängd som återstår efter en viss given tid. Den tid det tar för halva mängden uran att sönderfalla kallas halveringstid. Halva mängden av den återstående hälften sönderfaller under nästa halveringstid, och därmed återstår en fjärdedel av den ursprungliga mängden. Efter tre halveringstider återstår en åttondel osv. Halveringstiden för uran är 4,5 miljarder år.

Eftersom uran övergår till bly, ökar mängden bly konstant. Den mängd bly som bildats fram till en viss given tid framgår av den streckade kurvan. Kurvan för bly är ett komplement till urankurvan, på så sätt att summan av antalet blyatomer och antalet uranatomer alltid är oförändrad och lika stor som det antal vi hade från början.

Anta nu att vi har en bergart som innehåller uran men inget bly och att vi förseglar den så noggrant att ingenting kan komma in i eller ut ur bergarten. Någon tid senare tar vi ut bergarten och mäter mängderna av båda ämnena. Därigenom kan vi avgöra hur länge bergarten har legat förseglad. Om vi till exempel finner lika stora mängder bly och uran, vet vi att en halveringstid, det vill säga 4,5 miljarder år, har förflutit. Om vi finner att endast 1 procent av uranet har sönderfallit till bly, kan vi använda den matematiska formeln för kurvan och räkna ut att 65 miljoner år förlöpt.

Lägg märke till att vi inte behöver veta hur mycket uran som fanns i bergarten från början, eftersom allt vi behöver mäta är proportionen mellan bly och uran vid slutet av tidsperioden — vilket är lika så gott, eftersom ingen av oss fanns på plats för att mäta någonting vid experimentets början.

Nu kanske du tycker att det är ofantliga tidsperioder vi rör oss med, miljoner och miljarder år. Hur skulle det kunna vara möjligt att ha nytta av en klocka som går så långsamt? Jo, vi får därigenom veta att själva jordklotet har funnits till i några miljarder år, och det finns bergarter på några platser som förefaller ha funnits där en stor del av denna tid. Geologer anser därför att en sådan klocka är ganska ändamålsenlig, om man vill studera jordklotets historia.

Hur säkra är de?

Vi måste medge att dateringsproceduren inte är riktigt så enkel som vi har beskrivit den. Vi nämnde att bergarten måste vara utan bly vid mätperiodens början. Detta är vanligen inte fallet; det finns en del bly redan från början. Detta ger bergarten något som man kan kalla en inbyggd ålder, alltså högre än nollvärdet. Vi antog också att uranet var noggrant förseglat i bergarten, så att ingenting kunde komma in eller ut. Ibland kan det förhålla sig så, men inte alltid. Under längre tidsperioder kan en del av blyet eller uranet sippra ut i grundvattnet. Eller också kan mer uran eller bly komma in, i synnerhet om det är fråga om en sedimentär bergart. Av denna anledning fungerar uran-blyklockan bäst när vi har att göra med eruptiva (vulkaniska) bergarter.

Man kan få räkna med andra komplikationer till följd av att ett annat ämne, torium, som kan förekomma i mineralet, också är radioaktivt och långsamt sönderfaller till bly. Dessutom har uran en andra isotop — lika i kemiskt avseende men med annan massa — som sönderfaller med en annan hastighet och också bildar bly. Båda dessa ursprungliga ämnen ger som slutprodukt olika isotoper av bly, och vi behöver därför inte endast en kemist med sina provrör, utan också en fysiker med ett speciellt instrument för att kunna särskilja de olika isotoperna, bly med skilda massor.

Utan att gå in på detaljer i fråga om dessa problem kan vi förstå att de geologer som använder uran-blyklockan måste se upp för ett antal fallgropar, om de skall kunna få ett svar som i rimlig mån är tillförlitligt. De är tacksamma för att de har andra radiometriska metoder som kan bestyrka deras åldersbestämningar. Två andra metoder har utvecklats, som ofta kan användas i fråga om samma bergart.

Kalium-argonklockan

Den metod som har blivit mest använd är kalium-argonklockan. Kalium är ett ämne som är vanligare än uran — kaliumklorid säljs i speceriaffärer som ersättning för vanligt salt. Det består till största delen av två isotoper med masstalen 39 och 41, men en tredje isotop, med masstalet 40, är svagt radioaktiv. En av dess produkter vid sönderfall är argon, en ädelgas om utgör 1 procent av atmosfären. Kalium med masstalet 40 har en halveringstid på 1,4 miljarder år, vilket medför att det lämpar sig till att göra en hel rad åldersbestämningar med, från tiotals miljoner år upp till miljarder år.

I motsats till uran förekommer kalium i stor utsträckning i jordskorpan. Det är en beståndsdel i många mineral i de flesta vanliga bergarter, både eruptiva och sedimentära. Förutsättningarna för att kalium-argonklockan skall vara användbar är desamma som beskrivits här ovan: Kaliumet måste vara fritt från argon när klockan startar, det vill säga när mineralet bildas. Och systemet måste vara förseglat för hållbarhetens skull, så att inget kalium eller argon bortgår eller upptas.

Hur väl fungerar då klockan i praktiken? Ibland mycket bra, men vid andra tillfällen dåligt. Ibland ger den tidsbestämningar som i hög grad skiljer sig från dem som uran-blyklockan ger. Vanligen är skillnaderna små, och sådana resultat kan tillskrivas argonförluster. Men i andra bergarter stämmer tidsbestämningarna med hjälp av kalium och uran mycket väl överens med varandra.

Ett fall där kalium-argonklockan användes och som hade stort nyhetsvärde var dateringen av en bergart som astronauterna på Apollo 15 förde med sig från månen. Med hjälp av en liten bit av denna bergart mätte vetenskapsmännen mängden kalium och argon och fastställde att bergartens ålder var 3,3 miljarder år.

Rubidium-strontiumklockan

En annan radioaktiv klocka avsedd för mineral har utvecklats på senare tid. Den grundar sig på sönderfallet av rubidium till strontium. Rubidium sönderfaller otroligt långsamt. Dess halveringstid är 50 miljarder år! Så liten mängd av det har sönderfallit i även de äldsta bergarterna att det är nödvändigt att göra minutiösa mätningar för att kunna skilja det tillkomna strontium-87 från den ursprungliga mängden strontium. Det kan finnas ett hundra gånger mer strontium än rubidium i mineralet, och till och med under en miljard år har endast drygt 1 procent av rubidiumet sönderfallit. Trots dessa svårigheter har den obetydliga mängd strontium som uppkommit genom sönderfall blivit uppmätt i några fall. Denna klocka är värdefull vid kontroll av de åldersbestämningar som gjorts med andra metoder.

Ett intressant exempel på användningen av denna metod gällde en meteorit som astronomerna tror kan vara av samma slag som de bergarter som teoretiskt sett klumpade ihop sig och bildade planeterna, alltså en återstod av det ursprungliga material som solsystemet uppstod ur. Den ålder man kom fram till, 4,6 miljarder år, stämde överens med denna uppfattning.

En enastående framgång för rubidium-strontiumklockan var dateringen av den ovan beskrivna månbergarten. Fem olika mineral i bergarten analyserades, och de pekade alla på en ålder på 3,3 miljarder år, samma ålder som man hade kommit fram till med hjälp av kalium-argonklockan.a

I en del fall stämmer de jämförda åldersbestämningarna, som man erhållit med hjälp av dessa tre geologiska klockor, nära överens med varandra, vilket gör att vi kan anse att det är mycket troligt att åldersbestämningarna i dessa fall är korrekta. Det bör emellertid betonas att dessa fall visar vilken exakthet som är möjlig — men endast under idealiska betingelser. Och betingelserna är vanligen inte idealiska. Vi skulle kunna ge exempel på många fler jämförelser som inte alls stämmer överens med varandra.

Paleontologer försöker datera fossilen

Paleontologer har försökt kopiera geologernas framgångar i fråga om att datera bergarter som endast är några miljoner år gamla. De tror att en del av deras fossils ålder kan falla inom denna tidrymd. Otursamt nog fungerar inte kalium-argonklockan så väl för dem! Fossil förekommer naturligtvis inte i eruptiva bergarter, utan endast i sedimentära, och när det gäller dessa bergarter är radiometriska dateringar vanligen inte tillförlitliga.

Något som belyser detta är när fossil har blivit begravda i ett tjockt nedfall av vulkanisk aska, som senare har konsoliderats och bildat bergarten tuff. Detta är i själva verket en sedimentär, skiktad bergart, men den består av vulkaniska fragment som konsoliderats i luften. Om den kan dateras, kan detta vara till hjälp vid angivandet av åldern på det fossil som är inneslutet i den.

Ett sådant fall har man funnit i Olduvai Gorge i Tanzania, där fossil av apliknande djur tilldrog sig speciell uppmärksamhet, därför att deras upptäckare hävdade att dessa var en länk i människans utvecklingskedja. De första mätningarna av argon i den vulkaniska tuff i vilken fossilen påträffades pekade på en ålder av 1,75 miljoner år. Men senare mätningar vid ett annat kvalificerat laboratorium gav resultat som tydde på att de var en halv miljon år yngre. Något som var en mycket stor missräkning för evolutionisterna var att man upptäckte att åldrarna på andra lager av tuff, ovanför och nedanför, inte stämde överens med varandra. Ibland innehöll det övre lagret mer argon än det undre. Men detta är helt felaktigt geologiskt sett — det övre lagret måste ha avsatts efter det undre och borde innehålla mindre argon.

Slutsatsen var att ”kvarblivet argon” fördärvade mätresultatet. Inte allt det argon som hade bildats tidigare hade kokat bort ur den smälta bergarten. Klockan hade inte blivit nollställd. Om endast en tiondels procent av det argon som tidigare bildats av kaliumet fanns kvar i bergarten, när den smälte i vulkanen, skulle klockan ha startat med en inbyggd ålder på nästan en miljon år. Som en expert framhåller: ”Några av dateringarna måste vara fel, och om somliga är fel, kanske allesammans är fel.”

Trots att experter anser att dessa dateringar kan vara helt värdelösa, fortsätter man i populärtidskrifter som tagit ställning för evolutionen att anföra den första åldersbestämningen, 1,75 miljoner år, för Olduvaifossilen. Man ger inte den vanlige läsaren någon upplysning om att sådana åldersbestämningar i verkligheten inte är någonting annat än gissningar.

[Fotnoter]

[Infälld text på sidan 18]

Geologer som använder uran-blyklockan måste se upp för ett antal fallgropar

[Infälld text på sidan 20]

De upplyser inte om att sådana åldersbestämningar inte är något annat än gissningar

[Tabell på sidan 19]

(För formaterad text, se publikationen)

Minskningen av uran står i direkt proportion till ökningen av bly

100 %

50 %

25 %

12,5 %

Halveringstider 1 2 3

bly (argon)

uran (kalium)

[Diagram på sidan 18]

(För formaterad text, se publikationen)

Uran

Bly

Hur mycket uran (eller bly) fanns det ursprungligen i denna bergart?

Hur mycket uran (eller bly) har sipprat in i bergarten senare?

Hur mycket bly kommer från sönderfall av torium?