Radiokoolstofdatering is een van de bekendste archeologische dateringstechnieken beschikbaar voor wetenschappers, en de vele mensen in het grote publiek hebben er in ieder geval van gehoord. Maar er zijn veel misvattingen over hoe radiokoolstof werkt en hoe betrouwbaar een techniek is.
Radiokoolstofdatering is in de jaren vijftig uitgevonden door de Amerikaanse chemicus Willard F. Libby en enkele van zijn studenten aan de University of Chicago: in 1960 won hij een Nobelprijs voor scheikunde voor de uitvinding. Het was de eerste absoluut wetenschappelijke methode die ooit is uitgevonden: dat wil zeggen dat de techniek de eerste was waarmee een onderzoeker kon bepalen hoe lang geleden een organisch object stierf, of het nu in context of niet. Verlegen van een datumstempel op een object, het is nog steeds de beste en meest nauwkeurige dateringstechniek die is bedacht.
Hoe werkt Radiocarbon?
Alle levende wezens wisselen het gas uit Koolstof 14 (C14) met de atmosfeer om hen heen - dieren en planten wisselen koolstof 14 uit met de atmosfeer, vissen en koralen wisselen koolstof uit met opgeloste C14 in het water. Gedurende de levensduur van een dier of plant is de hoeveelheid C14 perfect in balans met die van zijn omgeving. Als een organisme sterft, wordt dat evenwicht verbroken. De C14 in een dood organisme vervalt langzaam met een bekende snelheid: zijn "halfwaardetijd".
De halfwaardetijd van een isotoop zoals C14 is de tijd die nodig is om de helft ervan te laten vervallen: in C14 is elke 5,730 jaar de helft weg. Dus als je de hoeveelheid C14 in een dood organisme meet, kun je erachter komen hoe lang geleden het gestopt is met het uitwisselen van koolstof met zijn atmosfeer. Gezien relatief ongerepte omstandigheden kan een radiokoolstoflaboratorium de hoeveelheid radiokoolstof tot 50.000 jaar geleden nauwkeurig meten in een dood organisme; daarna is er niet genoeg C14 meer om te meten.
Tree Rings en Radiocarbon
Er is echter een probleem. Koolstof in de atmosfeer fluctueert met de sterkte van aardmagnetisch veld en zonneactiviteit. Je moet weten hoe het atmosferische koolstofniveau (het radioactieve 'reservoir') destijds was van de dood van een organisme, om te kunnen berekenen hoeveel tijd er sinds het organisme is verstreken ging dood. Wat je nodig hebt is een liniaal, een betrouwbare kaart naar het stuwmeer: met andere woorden, een organische set objecten die je hebt kan een datum veilig vastzetten, het C14-gehalte ervan meten en zo het basisreservoir in een bepaald jaar vaststellen.
Gelukkig hebben we wel een organisch object dat jaarlijks koolstof in de atmosfeer volgt: boom ringen. Bomen behouden koolstof 14 evenwicht in hun groeiringen - en bomen produceren een ring voor elk jaar dat ze leven. Hoewel we geen 50.000 jaar oude bomen hebben, hebben we wel overlappende boomsets terug tot 12.594 jaar. Met andere woorden, we hebben een vrij solide manier om ruwe koolstofdatering te kalibreren voor de meest recente 12.594 jaar van het verleden van onze planeet.
Maar daarvoor zijn alleen fragmentarische gegevens beschikbaar, waardoor het erg moeilijk is om iets ouder dan 13.000 jaar definitief te dateren. Betrouwbare schattingen zijn mogelijk, maar met grote +/- factoren.
Het zoeken naar kalibraties
Zoals je je misschien kunt voorstellen, proberen wetenschappers sinds de ontdekking van Libby andere organische objecten te ontdekken die veilig gedateerd kunnen worden. Andere onderzochte organische datasets omvatten varven (lagen in sedimentair gesteente die jaarlijks werden aangelegd en organische materialen bevatten, diepzeekoralen, speleothems (grotafzettingen) en vulkanische tefras; maar er zijn problemen met elk van deze methoden. Grotafzettingen en varven kunnen oude koolstof in de bodem bevatten, en er zijn tot nu toe onopgeloste problemen met fluctuerende hoeveelheden C14 in oceaan koralen.
Vanaf de jaren negentig kwam een coalitie van onderzoekers onder leiding van Paula J. Reimer van de CHRONO Centrum voor klimaat, milieu en chronologie, aan Queen's University Belfast, begon met het bouwen van een uitgebreide dataset en kalibratietool die ze voor het eerst CALIB noemden. Sindsdien is CALIB, nu omgedoopt tot IntCal, verschillende keren verfijnd. IntCal combineert en versterkt gegevens van boomringen, ijskernen, tefra, koralen en speleothems om komen met een aanzienlijk verbeterde kalibratieset voor c14-datums tussen 12.000 en 50.000 jaar geleden. De laatste curven zijn geratificeerd op de 21e internationale conferentie over radioactieve koolstof in juli 2012.
Lake Suigetsu, Japan
In de afgelopen paar jaar is Lake Suigetsu in Japan een nieuwe potentiële bron voor het verder verfijnen van radiocarbon-curven. De jaarlijks gevormde sedimenten van Lake Suigetsu bevatten gedetailleerde informatie over veranderingen in het milieu in de afgelopen 50.000 jaren, waarvan radiokoolstofspecialist PJ Reimer denkt dat die even goed is als, en misschien beter dan, kernen van monsters de Groenlandse ijskap.
Onderzoekers Bronk-Ramsay et al. rapporteren 808 AMS-data op basis van sedimentvarven gemeten door drie verschillende radiokoolstoflaboratoria. De data en de bijbehorende veranderingen in het milieu beloven een directe correlatie te maken tussen andere belangrijke klimaatgegevens, waardoor onderzoekers zoals Reimer radiokoolstofdata fijn kunnen kalibreren tussen 12.500 en de praktische limiet van c14-datering van 52,800.
Constanten en limieten
Reimer en collega's wijzen erop dat IntCal13 slechts de nieuwste kalibratiesets is en dat verdere verfijningen te verwachten zijn. Bij de kalibratie van IntCal09 ontdekten ze bijvoorbeeld bewijs dat er tijdens de jongere drya's (12.550-12.900 cal BP) een stilleggen of op zijn minst een sterke reductie van de vorming van het Noord-Atlantische diepe water, wat zeker een weerspiegeling was van de klimaatverandering; ze moesten gegevens voor die periode weggooien uit de Noord-Atlantische Oceaan en een andere dataset gebruiken. Dit zou in de toekomst interessante resultaten moeten opleveren.
Bronnen
- 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. Een compleet terrestrisch radioactieve koolstofrecord voor 11,2 tot 52,8 kyr B.P. Science 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Atmosferische wetenschap. Het verfijnen van de radiokoolstof-tijdschaal. Wetenschap 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 en Marine13 Radiocarbon Age Calibration Curves 0–50.000 Years cal BP. Radiocarbon 55(4):1869–1887.
- Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et al. 2009. IntCal09- en Marine09-kalibratiekrommen voor radiokoolstofleeftijd, 0-50.000 jaar cal BP.Radiocarbon 51(4):1111-1150.
- Stuiver M en Reimer PJ. 1993. Uitgebreide C14-database en herzien Calib 3.0 c14 leeftijdskalibratieprogramma. Radiocarbon 35(1):215-230.