Radiometrische datering
Radiometrische datering gebruikt het voorspelbare statistische verval van instabiele kernen als klok. De vergelijking is eenvoudig; bepalen welke gebeurtenis die klok werkelijk dateert is moeilijker. Een betrouwbare leeftijd vereist een passend isotopensysteem, geschikt materiaal en een bekende systeemgeschiedenis.
De exponentiële klok
Voor een populatie radioactieve moederkernen geldt N(t)=N₀e−λt en T½ = ln 2 / λ. Als de beginhoeveelheid van de moeder kan worden vastgesteld of afgeleid, volgt de verstreken tijd uit de overgebleven fractie.
Het verval van één kern is willekeurig, maar een grote populatie volgt een zeer nauwkeurige statistische wet. Juist die combinatie maakt radioactief verval bruikbaar als meetbare klok.
Halfwaardetijdverkenner
Welke gebeurtenis zet de klok op nul?
Een mineraal registreert niet automatisch de ouderdom van het gesteente, de aarde of het element. Vaak start de klok bij kristallisatie of wanneer het materiaal genoeg afkoelt om relevante isotopen vast te houden. Latere verhitting kan sommige systemen gedeeltelijk of volledig resetten.
Een radiometrische “leeftijd” is dus een fysische en geologische interpretatie van een isotopenverhouding. Je moet weten wat er sloot, wanneer dat gebeurde en of het systeem daarna gesloten bleef.
Moeder-dochterverhoudingen en beginvoorwaarden
Alleen de huidige hoeveelheid moederisotoop meten is onvoldoende als N₀ onbekend is. Veel methoden combineren moeder- en dochterisotopen met stabiele referentie-isotopen of gebruiken bijvoorbeeld een isochroon om leeftijd en beginsamenstelling van elkaar te scheiden.
Ook de halfwaardetijd moet bij de tijdschaal passen. Een zeer korte halfwaardetijd laat na veel halfwaardetijden nauwelijks moederisotoop over; een zeer lange halfwaardetijd geeft in jonge monsters maar een kleine verandering.
Gesloten systeem, contaminatie en onzekerheid
Als moeder- of dochterisotopen het materiaal binnenkomen of verlaten, weerspiegelt de verhouding niet langer alleen radioactief verval. Alteratie, smelten, diffusie, vloeistoffen of contaminatie kunnen de uitkomst verschuiven. Betrouwbare datering toetst daarom de gesloten-systeemaanname.
Een leeftijd hoort met onzekerheid te worden gerapporteerd. Die omvat meetfouten en onzekerheden in vervalconstanten, maar ook de kwaliteit van het model dat de isotopenverhouding koppelt aan de gedateerde gebeurtenis.
Uitgewerkte voorbeelden
1. Fractie na drie halfwaardetijden
Oplossing
Na 3 halfwaardetijden blijft (1/2)³ = 1/8 = 12,5% van de oorspronkelijke moederpopulatie over.
2. Halfwaardetijden omzetten in leeftijd
Oplossing
Bij T½ = 1,25 miljard jaar en een resterende moederfractie van 1/4 zijn twee halfwaardetijden verstreken: 2,50 miljard jaar in het ideale model.
3. Een gebroken aanname herkennen
Oplossing
Als een mineraal tijdens verhitting een deel van de dochterisotoop verloor, kan de gesloten-systeemvergelijking zonder correctie een misleidende leeftijd geven. Eerst moet worden getest of het isotopensysteem gesloten bleef.