Radiocarbon Dating - Betrouwbare maar onbegrepen datingtechniek
Share
Radiokoolstofdatering is een van de bekendste archeologische dateringstechnieken waarover wetenschappers beschikken, en de vele mensen in het grote publiek hebben er op zijn minst van gehoord. Maar er zijn veel misvattingen over hoe radiokoolstof werkt en hoe betrouwbaar een techniek is.
Radiokoolstofdatering werd in de jaren 1950 uitgevonden door de Amerikaanse chemicus Willard F. Libby en enkele van zijn studenten aan de Universiteit van Chicago: in 1960 won hij een Nobelprijs voor de chemie voor de uitvinding. Het was de eerste absolute wetenschappelijke methode die ooit is uitgevonden: dat wil zeggen, de techniek was de eerste waarmee een onderzoeker kon bepalen hoe lang geleden een organisch object stierf, of het in context is of niet. Verlegen van een datumstempel op een object, het is nog steeds de beste en meest accurate dateringstechnieken die zijn bedacht.
Hoe werkt radiokoolstof??
Alle levende wezens wisselen het gas Carbon 14 (C14) uit met de atmosfeer om hen heen - dieren en planten wisselen Carbon 14 uit met de atmosfeer, vissen en koralen wisselen koolstof uit met opgeloste C14 in het water. Gedurende het leven van een dier of plant is de hoeveelheid C14 perfect in balans met die van zijn omgeving. Wanneer 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 verdwenen. Dus als je de hoeveelheid C14 in een dood organisme meet, kun je erachter komen hoe lang geleden is gestopt met het uitwisselen van koolstof met zijn atmosfeer. Gegeven relatief ongerepte omstandigheden kan een radiokoolstoflaboratorium de hoeveelheid radiokoolstof in een dood organisme tot 50.000 jaar geleden nauwkeurig meten; daarna is er niet genoeg C14 meer om te meten.
Boomringen en radiokoolstof
Er is echter een probleem. Koolstof in de atmosfeer fluctueert met de sterkte van het magnetisch veld van de aarde en de zonneactiviteit. Je moet weten hoe het atmosferische koolstofniveau (het 'reservoir' van de radiokoolstof) was ten tijde van de dood van een organisme, om te kunnen berekenen hoeveel tijd er is verstreken sinds het organisme stierf. Wat je nodig hebt is een liniaal, een betrouwbare kaart naar het reservoir: met andere woorden, een organische set objecten waar je een datum veilig op kunt pinnen, het C14-gehalte kunt meten en zo het basislijnreservoir in een bepaald jaar kunt instellen.
Gelukkig hebben we een organisch object dat jaarlijks koolstof in de atmosfeer opspoort: boomringen. Bomen handhaven 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 overlappende boomringen die teruggaan tot 12.594 jaar. Met andere woorden, we hebben een vrij solide manier om ruwe koolwaterstofdatums 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, hebben wetenschappers sinds Libby's ontdekking geprobeerd andere organische objecten te ontdekken die veilig kunnen worden gedateerd. Andere onderzochte organische gegevenssets omvatten varves (lagen in sedimentair gesteente die jaarlijks werden vastgelegd en organische materialen, diepe oceaankoralen, speleothems (grotafzettingen) en vulkanische tephras bevatten; maar er zijn problemen met elk van deze methoden. varves hebben het potentieel om oude bodemkoolstof op te nemen, en er zijn tot nu toe onopgeloste problemen met fluctuerende hoeveelheden C14 in oceaankoralen.
Begin in de jaren negentig begon een coalitie van onderzoekers onder leiding van Paula J. Reimer van het CHRONO Centre for Climate, the Environment and Chronology aan Queen's University Belfast met het bouwen van een uitgebreide dataset en kalibratietool die ze eerst CALIB noemden. Sinds die tijd is CALIB, nu omgedoopt tot IntCal, verschillende keren verfijnd - vanaf dit schrijven (januari 2017) heet het programma nu IntCal13. IntCal combineert en versterkt gegevens van boomringen, ijskernen, tephra, koralen en speleothems om een aanzienlijk verbeterde kalibratieset voor c14-datums tussen 12.000 en 50.000 jaar geleden te maken. De nieuwste curven zijn geratificeerd op de 21e internationale radiocarbonconferentie in juli 2012.
Lake Suigetsu, Japan
De afgelopen jaren is Lake Suigetsu in Japan een nieuwe potentiële bron voor verdere raffinage van radiokoolstofcurven. Lake Suigetsu's jaarlijks gevormde sedimenten bevatten gedetailleerde informatie over milieuveranderingen in de afgelopen 50.000 jaar, waarvan radiokoolstofspecialist PJ Reimer gelooft dat deze even goed is als, en misschien beter dan, monsters van kernen van de Groenlandse ijskap.
Onderzoekers Bronk-Ramsay et al. rapport 808 AMS-datums op basis van sedimentvariaties gemeten door drie verschillende radiokoolstoflaboratoria. De datums en bijbehorende omgevingsveranderingen beloven directe correlaties te maken tussen andere belangrijke klimaatrecords, waardoor onderzoekers zoals Reimer radiokoolstofdata fijn kunnen kalibreren tussen 12.500 tot de praktische limiet van c14 datering van 52.800.
Constanten en limieten
Reimer en collega's wijzen erop dat IntCal13 alleen de nieuwste kalibratiesets is en dat verdere verfijningen te verwachten zijn. In de kalibratie van IntCal09 ontdekten ze bijvoorbeeld het bewijs dat tijdens de jongere drya's (12.550-12.900 cal BP) er een stillegging of op zijn minst een sterke vermindering van de Noord-Atlantische diepwaterformatie was, wat zeker een weerspiegeling was van de klimaatverandering; ze moesten gegevens voor die periode weggooien uit de Noord-Atlantische Oceaan en een andere gegevensset gebruiken. We zouden in de zeer nabije toekomst een aantal interessante resultaten moeten zien.
Bronnen en verdere informatie
- 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 volledig terrestrische radiokoolstofrecord voor 11,2 tot 52,8 kyr B.P. Science 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Atmosferische wetenschap. Verfijning van de radiokoolstofschaal. 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. Radiokoolstofdatering 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 radiokoolstofkalibratiecurves, 0-50.000 jaar cal BP. Radiokoolstofdatering 51 (4): 1111-1150.
- Stuiver M en Reimer PJ. 1993. Uitgebreide C14-database en herzien Calib 3.0 c14 leeftijdskalibratieprogramma. Radiokoolstofdatering 35 (1): 215-230.
