C14-Altersbestimmung

Die C-14-Datierung oder Radiocarbon-Datierung ist die älteste physikalische Methode, die es erlaubt, das Alter eines Objekts zu bestimmen, sofern es Kohlenstoff enthält. Die Methode ist nach ihrem Prinzip benannt, sie basiert auf dem natürlichen radioaktiven Zerfall des Kohlenstoff-Isotops C14. Sie wurde in den 1950er Jahren von einem Team von Wissenschaftlern unter Professor Willard F. Libby der Universität von Chicago entwickelt. Libby erhielt 1960 den Nobelpreis für Chemie "für seine Methode zur Verwendung von Kohlenstoff-14 für Altersbestimmungen in der Archäologie, Geologie, Geophysik und anderen Wissenschaftszweigen.".

Zuerst ein Wort darüber, wie der Name dieser Methode geschrieben wird. Das C14 ist ein Isotop des Kohlenstoffs, das sonst C12 oder C13 ist. Das C bedeutet Kohlenstoff, die Zahl gibt das Atomgewicht gerundet an. Es gibt verschiedene Schreibweisen, C14, C-14, 14C oder am genauesten ¹⁴C. Leider ist die genaueste Art und Weise, sie zu schreiben, auf einer HTML-Seite nicht sehr praktisch, da sie die Zeilenhöhe beeinflusst. Sie ist selbst für Bücher und Zeitungen unpraktisch, daher wird meist die C14-Notation verwendet, und wir werden auf dieser Website das gleiche tun.

Und nun zur Funktionsweise! Kohlenstoff ist ein sehr häufiges und verbreitetes Element. Die Atmosphäre enthält eine bestimmte Menge Kohlendioxid, ein Gas, das sich aus Kohlenstoff und Sauerstoff zusammensetzt. Aber es gibt drei verschiedene Arten von Kohlenstoff, die sich so unterscheiden, dass alle zwar echter Kohlenstoff sind, aber ihre atomare Struktur unterschiedlich ist. Zwei werden C12 und C13 genannt, Kohlenstoff mit einem Atomgewicht von zwölf bzw. dreizehn - das sind der normale und stabile Kohlenstoff - und die letzte ist C14, ein Isotop des Kohlenstoffs, das einem sehr langsamen und harmlosen radioaktiven Zerfall unterliegt. Dieser Zerfall produziert Strahlung und ein stabiles Isotop. Wenn Sie also etwas Kohlenstoff mit C12, C13 und C14 nehmen und lange genug warten, haben Sie nur noch C12 und C13 übrig.

Die Datierung anhand beliebiger Isotope basiert auf der Bestimmung des Verhältnisses zwischen stabilen und nicht stabilen Isotopen. Wenn wir wissen, wo wir begonnen haben, und wenn wir die Halbwertszeit kennen (die Zeit, die die Hälfte der Isotope benötigt, um sich zu zersetzen), können wir die notwendige Zeit berechnen, um den heutigen Zustand zu erreichen. Dies ist die Theorie. Werfen wir nun einen kurzen Blick auf das archäologische Alltagsleben.

Das Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff, der aus der Nahrung oder aus der Luft gewonnen wird. Das Kohlendioxid wird von Pflanzen in einem Prozess namens Fotosynthese in Kohlenstoff und Sauerstoff reduziert. Die Pflanzen enthalten also Kohlenstoff aus der Atmosphäre. Bei einer Ausgrabung finden wir oft Dinge, die etwas Kohlenstoff enthalten. Holzkohle in Feuerstellen ist üblich, auch Holzkohle, die zum Zeichnen von Höhlenmalereien verwendet wird. Andere organische Überreste enthalten ebenfalls Kohlenstoff, wie Leder, Holzwerkzeuge, Samen oder andere Nahrungsmittel und manchmal auch Knochen. Es sollte also ziemlich einfach sein, etwas mit Kohlenstoff in einer Schicht zu finden, den man benutzen kann um die ganze Schicht zu datieren.

Aber warten Sie eine Sekunde, eines wissen wir nicht: Wo hat dieser Kohlenstoff begonnen? Welches Verhältnis hatten wir ursprünglich? Wahrscheinlich war es ähnlich wie heute, mit 98,89% C12, 1,11% C13 und 0,0000000001% C14. Leider ist es nicht so einfach, aber es war möglich, eine Zeitachse für dieses Verhältnis in der Atmosphäre für die Vergangenheit aufzustellen. Und so können wir tatsächlich das Alter des Kohlenstoffs bestimmen, wenn wir die Menge an C14 Isotopen messen.

Die C14-Datierung ist eine sehr nützliche Datierungsmethode mit einigen wichtigen Nachteilen. Sie funktioniert nur, wenn wir etwas Kohlenstoff haben und seinen Ursprung kennen. Leider gibt es einen viel größeren Nachteil: die Halbwertszeit von C14 beträgt nur 5730±40 Jahre. Die Menge an C14 verschwindet also ziemlich schnell, und wenn sie zu gering ist, um genau gemessen zu werden, können wir das Alter nicht mehr bestimmen. Diese Methode ist also nur für die archäologische Datierung sinnvoll. Sie funktioniert sehr gut für die letzten 30.000 Jahre, wird aber bei älteren Proben immer ungenauer.

Und es gibt einen letzten wichtigen Nachteil. Wir müssen das ursprüngliche Verhältnis kennen, um das Alter zu berechnen. Es funktioniert gut, wenn wir eine Pflanze haben, also wissen wir, dass sie mit Kohlendioxid aus der Luft aufgewachsen ist. Auch Speläotheme basieren oft auf Kohlendioxid aus der Luft, so dass es möglich ist, auch ihr Alter zu bestimmen. Wenn es jedoch eine andere Kohlenstoffquelle gibt, werden die Ergebnisse unberechenbar. Ein Beispiel für einen solchen fehlgeschlagenen Datierungsversuch finden Sie auf der Seite Charlottenhöhle.