Radiokohlenstoff Datierung von Knochen

Knochen werden am häufigsten an Beschleuniger Massenspektromie Labors (Accelerator Mass Spectrometry – AMS) gesendet, weil Knochen von Tieren oder Menschen oft für archäologische Studien ausgewertet werden.

Durch archäologische Studien und die Kohlenstoff Datierung konnte man viel über die prähistorische Zeit erfahren. Mit Hilfe der C14-Datierung von Knochen konnten auch tiefere Erkenntnisse über alte Zivilisationen erlangt werden.

Zusammensetzung eines Knochens

Ein Knochen ist zu 30% organisch und zu 70% anorganisch. Der organische Anteil ist Protein, der anorganische Anteil ist das mineralische Hydroxyapatit, was eine Kombination aus Kalziumphosphat, Kalziumkarbonat, Kalziumfluorid, Kalziumhydroxid und Zitrat ist. Das Protein, das hauptsächlich Kollagen ist, verschafft dem Knochen Stärke und Flexibilität, dagegen verleiht das Hydroxyapatit dem Knochen Härte und eine feste Struktur.

Theoretisch können die organischen und anorganischen Bestandteile datiert werden. Die offene Gitterstruktur des Hydroxyapatits macht es jedoch hoch anfällig für Verunreinigungen durch Karbonate aus dem Grundwasser. Eine Entfernung der Karbonatverunreinigungen durch Dünnsäurewaschungen ist ebenso nicht möglich, da Hydroxyapatit säurelöslich ist.

Laboratorien verwenden zur AMS Datierung den Proteinanteil einer Knochenprobe, da diese relativ säureunlöslich sind und daher leicht aus den Hydroxyapatit Bestandteilen und anderen Karbonaten isoliert werden können.

In Fällen, in denen der Proteinanteil einer Knochenprobe nicht gut erhalten ist und sich aufgrund von warmen Bedingungen oder Angriffen durch Pilze oder Bakterien abgebaut hat, datieren AMS Datierungslaboratorien verschiedene Aminosäuren um zu überprüfen, ob einige von ihnen dasselbe Radiokohlenstoff Alter ergeben. Dieses Verfahren ist in AMS Datierungslabors durchführbar, da nur kleine Proben erforderlich sind. Dieses Verfahren ist allerdings teuer und zeitaufwändig. Die Radiokohlenstoff Datierung einzelner Aminosäuren ist nicht empfehlenswert, es sei denn es handelt sich um alte Knochenproben, bei denen das Vorhandensein von nur geringsten Verunreinigungen große Fehler ergeben würden.

Zeitspanne von Knochenproben

Die Zeitspanne einer Probe reflektiert das gesamte Wachstum des ursprünglichen Organismus und die Zeitspanne, in der dieser Organismus mit der Biosphäre interagierte. Bei den meisten Organismen mit Knochen ist der Zeitpunkt ihres Todes auch der Zeitpunkt an dem der Austausch mit der Biosphäre eingestellt wurde. Daher ist das Radiokohlenstoffalter des Organismus bei seinem Tod Null.

Radiokohlenstoff Datierungsergebnisse von Knochen müssen keiner Alterskorrektur unterzogen werden, aber Knochenproben haben eine Zeitspanne. Die Literatur legt nahe, dass Knochen nach dem Tod des Organismus nicht aufhören Kohlenstoff aus der Biosphäre aufzunehmen; daher ist eine Umschlagsdauer von 30 Jahren bei menschlichen Knochen und ein kürzerer Zeitraum bei tierischen Knochen zu berücksichtigen.

Zeitspannendaten sind notwendig, da sie Auswirkungen auf die Kalibrierung von Radiokohlenstoff Ergebnissen haben und folglich auf die Weise, wie Radiokohlenstoff Alter in Kalenderjahre umgerechnet werden.

Jedes Material, das Kohlenstoff enthält, kann den C-14 Gehalt von Knochen beeinflussen und wird als Verunreinigung eingestuft. Wenn man Knochen ausgräbt, sind diese sehr oft von unterschiedlichen Arten organischer Stoffe umgeben. Folglich sind Knochen wohl die am stärksten verunreinigten Proben, die an AMS Labors für eine Radiokohlenstoff Datierung eingeschickt werden.

Die üblichen Verunreinigungen sind Humin- und Fulvinsäuren. Dies sind organische Säuren, die in der Erde vorkommen und durch den mikrobiologischen Abbau von Pflanzen- oder Tiergeweben entstehen. Gemäß der Literatur sind Polyphenole, Polysaccharide, Lignin und abgebautes Kollagen weitere Bestandteile, die Knochenproben verunreinigen können. Abhängig von der Örtlichkeit der Ausgrabung können Knochen auch durch Kalkstein verunreinigt sein. Diese Verunreiniger werden als natürlich betrachtet, da sie mit den Knochen durch natürliche Prozesse in Kontakt kamen.

Künstliche Verunreiniger sind andererseits diejenigen, die von Menschenhand bei der Probennahme, Konservierung oder der Verpackung von Knochenproben hinzugefügt werden. Wenn etwa bei der Etikettierung von Knochen Glutinleim verwendet wurde, dann wurde der Probe bereits ein Verunreiniger zugeführt. Der Grund hierfür ist, dass Glutinleim mit der Knochenprobe chemisch identisch ist. AMS Laborergebnisse für diese Probe werden ungenau sein.

Nach der Ausgrabung können der Knochenprobe auch weitere mögliche Verunreinigung wie Biozid, Polyvinylacetat und Polyethylenglykol (Konservierungschemikalien), sowie Zigarettenasche, Etiketten oder Hüllen aus Papier zugefügt werden.

Die Auswirkungen einer Verunreinigung an Knochenproben, die einer AMS Datierung unterzogen wurden, hängt von folgenden Faktoren ab: Art der Verunreinigung, Grad der Verunreinigung und das relative Alter der Knochen und des Verunreinigers.

Wenn vor einer AMS Kohlenstoff Datierung der Kalkstein nicht entfernt wurde, wird das Radiokohlenstoff Alter wesentlich älter als das wahre Alter der Probe sein. Kalkstein ist geologischen Ursprungs und daher wesentlich älter als jede archäologische Probe.

Das Vorhandensein von Humin- und Fulvinsäuren während einer AMS Radiokohlenstoff Datierung wird ebenso zu ungenauen Ergebnissen führen. Abhängig vom Alter des Organismus, der die organischen Säuren produziert hat, kann das Ergebnis des AMS Labors ein jüngeres oder älteres Alter ergeben, verglichen mit dem wahren Alter der Knochenprobe.

Knochen können auch modernen Kohlenstoffquellen ausgesetzt gewesen sein, wie z.B. durch Intrusionen von kleinen Wurzeln. Moderne Kohlenstoffquellen machen das AMS Kohlenstoff Datierungsergebnis eines Knochens jünger als sein wahres Alter.

Im Allgemeinen fügen Verunreiniger unendlichen Alters dem wahren Alter der Knochenprobe eine erhebliche Anzahl von Jahren hinzu und machen diese älter als sie ist. Moderner Kohlenstoff andererseits macht eine Knochenprobe wesentlich jünger.

Um derartige Ungenauigkeiten auszuschließen, führen AMS Labors an allen Knochenproben Vorbehandlungen durch, bevor die Proben einer AMS Radiokohlenstoff Datierung unterzogen werden.

Die Entfernung von Verunreinigungen, ohne Chemikalien zu verwenden nennt man physikalische Vorbehandlung. Beispiele der physikalischen Vorbehandlung in AMS Labors von Knochen sind die Entfernung von Pflanzenwurzeln und die Reduktion der Probengröße durch Zerkleinern.

Das AMS Laborpersonal untersucht die Knochenprobeneinsendungen auf sichtbare Verunreinigungen.

Würzelchen werden unter Verwendung einer Pinzette oder Zangen entfernt. Ein chirurgisches Skalpell oder ein Dentalschaber werden verwendet, um verunreinigte äußere Lagen von den Knochenproben zu entfernen.

AMS Labors überprüfen auch die Knochenhärte. Weichheit zeigt ein mögliches Fehlen von Kollagen an, dieses wird allerdings für eine AMS C-14 Datierung benötigt.

Nach der anfänglichen Entfernung von sichtbaren Verunreinigungen zerkleinert das AMS Laborpersonal die Knochenproben mit einem Stößel in einem Mörser. Die Zerkleinerung erfolgt um die Oberfläche der Probe für die nachfolgenden Vorbehandlungsmethoden zu vergrößern.

Die unterschiedlichen AMS Labors führen leicht abgewandelte Verfahren im Rahmen der chemischen Vorbehandlung durch, jedoch verwenden alle Labors bei der Behandlung von Knochenproben die gleichen Chemikalien.

Die zerkleinerte Knochenprobe wird wiederholt in verdünnter kalter Chlorwasserstoffsäure (HCl) gewaschen, bis das Hydroxyapatit entfernt und das Kollagen isoliert ist. Sollte das Kollagen noch Würzelchen enthalten, dann werden diese entfernt.

Das Kollagen wird in einer Alkalilösung gewaschen, in der Regel Natriumhydroxid (NaOH), um eine komplette Entfernung der organischen Säuren sicher zu stellen. Wenn die Kollagenprobe nicht gut erhalten ist und die Waschung die verbliebenen organischen Materialien entfernen würde, dann überspringen die AMS Labors die Alkaliwaschung.