Radiokohlenstoffdatierung
Kohlenstoff ist normalerweise in der Atmosphäre in Form von gasförmigen Verbindungen wie Kohlendioxid und Methan vorhanden. Kohlenstoff-14 (14C) ist ein natürlich vorkommendes Radioisotop, das aus atmosphärischem 14N (Stickstoff) durch Zugabe eines Neutrons und dem Verlust eines Protons entsteht, der durch kosmische Strahlung verursacht wird. Dies ist ein kontinuierlicher Prozess, so dass immer mehr 14C in der Atmosphäre erzeugt wird. Einmal produziert, verbindet sich der 14C oft mit dem Sauerstoff in der Atmosphäre, um Kohlendioxid zu bilden., Auf diese Weise erzeugtes Kohlendioxid diffundiert in der Atmosphäre, löst sich im Ozean auf und wird von Pflanzen über Photosynthese aufgenommen. Tiere fressen die Pflanzen und letztendlich wird der Radiokohlenstoff in der gesamten Biosphäre verteilt.
In lebenden Organismen entspricht die relative Menge an 14C in ihrem Körper ungefähr der Konzentration von 14C in der Atmosphäre. Wenn ein Organismus stirbt, nimmt er 14C nicht mehr auf, so dass das Verhältnis zwischen 14C und 12C abnimmt, wenn 14C allmählich auf 14N zurückfällt., Dieser langsame Prozess, der Beta-Zerfall genannt wird, setzt Energie durch die Emission von Elektronen aus dem Kern oder Positronen frei.
Nach ungefähr 5.730 Jahren wird die Hälfte der Ausgangskonzentration von 14C wieder in 14N umgewandelt worden sein. Dies wird als seine Halbwertszeit bezeichnet, oder die Zeit, die es dauert, bis die Hälfte der ursprünglichen Konzentration eines Isotops in seine stabilere Form zurückfällt. Da die Halbwertszeit von 14C lang ist, wird es verwendet, um früher lebende Objekte wie alte Knochen oder Holz zu datieren., Vergleicht man das Verhältnis der in einem Objekt gefundenen 14C-Konzentration zu der Menge an 14C in der Atmosphäre, so kann die Menge des noch nicht zerfallenen Isotops bestimmt werden. Auf der Grundlage dieser Menge kann das Alter des Materials genau berechnet werden, solange angenommen wird, dass das Material weniger als 50.000 Jahre alt ist. Diese Technik wird Radiokohlenstoffdatierung oder kurz Kohlenstoffdatierung genannt.,
Andere Elemente haben Isotope mit unterschiedlichen Halbwertszeiten. Zum Beispiel hat 40K (Kalium-40) eine Halbwertszeit von 1, 25 Milliarden Jahren und 235U (Uran-235) eine Halbwertszeit von etwa 700 Millionen Jahren., Wissenschaftler verwenden diese anderen radioaktiven Elemente häufig, um Objekte zu datieren, die älter als 50.000 Jahre sind (die Grenze der Kohlenstoffdatierung). Durch radiometrische Datierung können Wissenschaftler das Alter von Fossilien oder anderen Überresten ausgestorbener Organismen untersuchen.