Die Zuverlässigkeit der Radiokohlenstoffdatierung
Wie funktioniert die erste und bekannteste archäologische Datierungstechnik?
JAMES KING-HOLMES / SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
Die Radiokohlenstoffdatierung ist eine der bekanntesten archäologische Datierungstechniken Wissenschaftlern zur Verfügung, und die vielen Menschen in der breiten Öffentlichkeit haben zumindest davon gehört. Aber es gibt viele Missverständnisse darüber, wie Radiokohlenstoff funktioniert und wie zuverlässig eine Technik ist.
Die Radiokohlenstoff-Datierung wurde in den 1950er Jahren von dem amerikanischen Chemiker Willard F. Libby und einigen seiner Studenten an der University of Chicago erfunden: 1960 gewann er für die Erfindung einen Nobelpreis für Chemie. Es war die erste absolut wissenschaftliche Methode, die jemals erfunden wurde: Das heißt, die Technik war die erste, die es einem Forscher ermöglichte, zu bestimmen, wie lange ein organisches Objekt gestorben ist, ob es in Kontext oder nicht. Scheu vor einem Datumsstempel auf einem Objekt, ist es immer noch die beste und genaueste Datierungstechnik, die entwickelt wurde.
Wie funktioniert Radiokohlenstoff?
Alle Lebewesen tauschen das Gas aus Kohlenstoff 14 (C14) mit der sie umgebenden Atmosphäre – Tiere und Pflanzen tauschen Kohlenstoff 14 mit der Atmosphäre aus, Fische und Korallen tauschen Kohlenstoff mit gelöstem C14 im Wasser aus. Während des gesamten Lebens eines Tieres oder einer Pflanze ist die C14-Menge perfekt auf die seiner Umgebung abgestimmt. Wenn ein Organismus stirbt, wird dieses Gleichgewicht gestört. Das C14 in einem toten Organismus zerfällt langsam mit einer bekannten Geschwindigkeit: seiner „Halbwertszeit“.
Die Halbwertszeit einer Isotop wie C14 die Zeit ist, die es braucht, bis die Hälfte davon zerfällt: In C14 ist alle 5.730 Jahre die Hälfte weg. Wenn Sie also die Menge an C14 in einem toten Organismus messen, können Sie herausfinden, wie lange es her ist, dass er aufgehört hat, Kohlenstoff mit seiner Atmosphäre auszutauschen. Unter relativ unberührten Umständen kann ein Radiokohlenstofflabor die Menge an Radiokohlenstoff in einem toten Organismus bis vor 50.000 Jahren genau messen; Danach ist nicht mehr genug C14 zum Messen übrig.
Baumringe und Radiokohlenstoff
Es gibt jedoch ein Problem. Kohlenstoff in der Atmosphäre schwankt mit der Stärke von Magnetfeld der Erde und Sonnenaktivität. Sie müssen wissen, wie der atmosphärische Kohlenstoffgehalt (das Radiokohlenstoff-„Reservoir“) zum Zeitpunkt des Todes eines Organismus war, um berechnen zu können, wie viel Zeit seit dem Tod des Organismus vergangen ist. Was Sie brauchen, ist ein Lineal, eine zuverlässige Karte des Reservoirs: Mit anderen Worten, ein organisches Set von Objekten, an dem Sie sicher ein Datum anheften, seinen C14-Gehalt messen und so das Basisreservoir in einem bestimmten Jahr festlegen können.
Glücklicherweise haben wir ein organisches Objekt, das den Kohlenstoff in der Atmosphäre jährlich verfolgt: Baumringe . Bäume halten das Kohlenstoff-14-Gleichgewicht in ihren Wachstumsringen aufrecht – und Bäume produzieren für jedes Jahr, in dem sie leben, einen Ring. Obwohl wir keine 50.000 Jahre alten Bäume haben, haben wir überlappende Jahrringsätze zurück bis 12.594 Jahre. Mit anderen Worten, wir haben also eine ziemlich solide Möglichkeit, rohe Radiokarbondaten für die letzten 12.594 Jahre der Vergangenheit unseres Planeten zu kalibrieren.
Davor sind jedoch nur fragmentarische Daten verfügbar, was es sehr schwierig macht, etwas, das älter als 13.000 Jahre ist, definitiv zu datieren. Zuverlässige Schätzungen sind möglich, jedoch mit großen +/- Faktoren.
Die Suche nach Kalibrierungen
Wie Sie sich vorstellen können, haben Wissenschaftler seit Libbys Entdeckung versucht, andere organische Objekte zu entdecken, die sicher datiert werden können. Andere untersuchte organische Datensätze umfassten Varven (Schichten in Sedimentgestein, die jährlich abgelagert werden und organisches Material enthalten, Tiefseekorallen, Speläotheme (Höhlenablagerungen) und vulkanische Tephras; aber es gibt Probleme mit jeder dieser Methoden. Höhlenablagerungen und Warven haben das Potenzial, alten Bodenkohlenstoff einzuschließen, und es gibt noch ungelöste Probleme mit schwankenden C14-Mengen Meereskorallen .
Beginnend in den 1990er Jahren, eine Koalition von Forschern unter der Leitung von Paula J. Reimer von der CHRONO Zentrum für Klima, Umwelt und Chronologie , an der Queen's University Belfast, begannen mit dem Aufbau eines umfangreichen Datensatz- und Kalibrierungstools, das sie zunächst CALIB nannten. Seitdem wurde CALIB, jetzt umbenannt in IntCal, mehrmals weiterentwickelt. IntCal kombiniert und verstärkt Daten von Baumringen, Eisbohrkernen, Tephra, Korallen und Tropfsteinen, um einen deutlich verbesserten Kalibrierungssatz für c14-Daten vor 12.000 bis 50.000 Jahren zu erstellen. Die neusten Kurven wurden am ratifiziert 21. Internationale Radiokohlenstoffkonferenz im Juli 2012.
Suigetsu-See, Japan
In den letzten Jahren ist der Suigetsu-See in Japan eine neue potenzielle Quelle für die weitere Verfeinerung von Radiokarbonkurven. Die jährlich gebildeten Sedimente des Suigetsu-Sees enthalten detaillierte Informationen über Umweltveränderungen in den letzten 50.000 Jahren, die nach Ansicht des Radiokohlenstoff-Spezialisten PJ Reimer genauso gut und vielleicht besser sein werden als Probenkerne aus dem Suigetsu Grönländisches Eisschild .
Die Forscher Bronk-Ramsay et al. Bericht 808 AMS-Daten basierend auf Sediment-Varietäten, die von drei verschiedenen Radiokarbon-Labors gemessen wurden. Die Daten und die entsprechenden Umweltveränderungen versprechen, direkte Korrelationen zwischen anderen wichtigen Klimaaufzeichnungen herzustellen, was es Forschern wie Reimer ermöglicht, Radiokarbondaten zwischen 12.500 und der praktischen Grenze der c14-Datierung von 52.800 fein zu kalibrieren.
Konstanten und Grenzen
Reimer und Kollegen weisen darauf hin, dass IntCal13 nur das neueste Kalibrierset ist und weitere Verfeinerungen zu erwarten sind. Zum Beispiel entdeckten sie bei der Kalibrierung von IntCal09 Beweise dafür, dass es während der jüngeren Dryas (12.550-12.900 cal BP) zu einer Schließung oder zumindest einer starken Reduzierung der nordatlantischen Tiefseeformation kam, was sicherlich eine Widerspiegelung des Klimawandels war; Sie mussten Daten für diesen Zeitraum aus dem Nordatlantik herauswerfen und einen anderen Datensatz verwenden. Dies sollte in Zukunft interessante Ergebnisse liefern.
Quellen
- Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. Ein vollständiger terrestrischer Radiokarbon-Aufzeichnung für 11,2 bis 52,8 kyr B.P . Wissenschaft 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Atmosphärenwissenschaft. Verfeinerung der Radiokohlenstoff-Zeitskala . Wissenschaft 338(6105):337-338.
- Reimer PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M et al. . 2013. IntCal13- und Marine13-Radiokarbonalter-Kalibrierungskurven 0–50.000 Jahre cal BP . Radiokarbon 55(4):1869–1887.
- P. Reimer, M. Baillie, E. Bard, A. Bayliss, J. Beck, PG Blackwell, C. Bronk Ramsey, C. Buck, G. Burr, R. Edwards et al. 2009. IntCal09- und Marine09-Radiokarbon-Alterskalibrierungskurven, 0-50.000 Jahre cal BP. Radiokarbon 51(4):1111-1150.
- Stuiver M und Reimer PJ. 1993. Erweiterte C14-Datenbank und überarbeitetes Calib 3.0 c14-Alterskalibrierungsprogramm . Radiokarbon 35(1):215-230.