C-14 Baumring Kalibrierung

  • Man verwendet Baumringe, um C-14 Messungen zu kalibrieren.
  • Kalibrierung von Befunden ist nötig, weil man die sich über die Zeit verändernde globale C-14 Konzentration berücksichtigen muss.
  • C-14 Messungen werden gewöhnlich in BP Jahren dargestellt, wobei das Jahr 1950 als Null BP definiert ist.
  • Die Ergebnisse der Kalibrierung werden als Altersbereiche angegeben. Diese Ergebnisse werden mit Hilfe der “Schnittpunktmethode” oder der “Wahrscheinlichkeitsmethode” berechnet. Beide Methoden greifen auf Kalibrierungskurven zurück.
  • Die international vereinbarten Kalibrierungskurven für die Zeit bis ca. 48.000 BC stammen von PJ Reimer et al.
  • Auf der x-Achse von Kalibrierkurven verläuft die Dendro-Zeitskala und auf der y-Achse die C-14 Jahre.

Die Kalibrierung wird nicht nur vor einer Analyse durchgeführt, sondern auch an analytischen Befunden, wie etwa bei der C-14 Datierung—eine analytische Methode, die das Alter eines Materials, das einst Teil der Biosphäre war, bestimmen kann. Dies geschieht durch die Bestimmung des Kohlenstoff-14-Gehalts und die Rückrechnung aufgrund des radioaktiven Zerfalls.

C-14 ist ein natürlich vorkommendes Isotop im Element Kohlenstoff. Es wird auch als “Radiokarbon” bezeichnet, weil es im Vergleich zu C-12 und C-13 instabil und radioaktiv ist. Kohlenstoff besteht aus 99% Karbon 12, 1% Karbon 13 und ca. einem Teil Karbon 14 pro Million.

C-14 Datierungsbefunde werden in C-14 Jahren angegeben. Man muss diese dann kalibrieren, um C-14 Jahre in Kalenderjahre umrechnen zu können.

Beta AMS

Maßeinheiten, Halbwertszeit und die Notwendigkeit der Kalibrierung

Nicht kalibrierte C-14 Messungen werden gewöhnlich in BP Jahren dargestellt, wobei 0 (Null) BP als das Jahr 1950 definiert ist. BP steht für “Before Present” oder wie manche es auch nennen “Before Physics”. Es sollte erwähnt werden, dass eine BP Notation auch bei anderen Datierungstechniken verwendet wird, allerdings ist sie dann anders definiert, wie etwa bei der Thermolumineszenz Datierung. Dort ist BP als das Jahr 1980 definiert.

Die Halbwertszeit, die für die C-14 Datierungsberechnungen verwendet wird, beträgt 5.568 Jahre. Dieser Wert wurde von dem Chemiker Willard Libby erarbeitet. Für die Berechnungen wird nicht die genauere Halbwertszeit von 5730 Jahren, auch bekannt als Cambridge Halbwertszeit, angewandt. Obwohl sie weniger genau ist, wurde die Libby-Halbwertszeit beibehalten, um Unstimmigkeiten oder Fehler beim Vergleich von Kohlenstoff-14 Testergebnissen, die vor und nach der Cambridge-Halbwertszeit produziert wurden, zu vermeiden.

Die C-14 Messungen basieren auf der Annahme, dass die atmosphärische C-14 Konzentration seit 1950 konstant geblieben ist und das die Halbwertszeit von C-14 5.568 Jahre beträgt. Die Kalibrierung von C-14 Befunden ist nötig, um Änderungen, die im Laufe der Zeit in der atmosphärischen Konzentration von Kohlenstoff-14 auftreten, berücksichtigen zu können. Diese Veränderungen wurden durch verschiedene Faktoren verursacht, wie etwa Schwankungen im magnetischen Moment der Erde, der Verbrennung fossiler Brennstoffe und Atomtests.  

Die beliebteste und meist benutzte Kalibrierungsmethode ist die Dendrochronologie.

Dendrochronologie und Kohlenstoff Datierung

Die Wissenschaft der Dendrochronologie basiert auf dem Phänomen, dass Bäume in der Regel durch Addition von Ringen wachsen, darauf basiert auch der Name Baumring-Datierung. Durch Analysieren und Vergleichen von gewachsenen Ringen aus Bäumen und gealtertem Holz, datieren Dendrochronologen Ereignisse und Veränderungen in der Umgebung, die in der Vergangenheit stattgefunden haben. Sie können das exakte Kalenderjahr bestimmen, in dem jeder Baumring ausgebildet wurde.

Dendrochronologische Erkenntnisse spielten in den frühen Tagen der Radiokarbon-Datierung eine wichtige Rolle. Baumringe stellten ein Material bereit, dessen Alter man genau kannte und somit war es möglich, die Exaktheit der C-14 Datierungsmethode genau zu überprüfen. In den späten 1950er Jahren waren mehrere Wissenschaftler (vor allem der Holländer Hessel de Vries) in der Lage, die Diskrepanz zwischen Radiokohlenstoffalter und Kalenderalter durch Ergebnisse von schon datierten Baumringen zu bestätigen.

Heutzutage werden Baumringe immer noch dazu benutzt, die C-14 Datierungsergebnisse zu kalibrieren. Bibliotheken der Baumringe aus verschiedenen Kalenderjahren sind nun verfügbar und liefern Datensätze, die bis in die letzten 11.000 Jahre zurück reichen. Bäume, die oft als Referenz verwendet werden, sind die Bristlecone Kiefer (Pinus aristata), die in den USA vorkommt und die Nassholzeiche (Quercus sp.), die in Irland und Deutschland vorkommt. C-14 Datierungslabore sind aber auch dafür bekannt, Daten von anderen Baumarten zu benutzen.

C-14 Baumring Kalibrierung

Im Prinzip kann das Alter einer bestimmten kohlenstoffhaltigen Probe leicht durch den Vergleich des Radiokohlenstoffanteils mit dem eines Baumring mit einem bekannten Kalenderalter bestimmt werden. Wenn eine Probe den gleichen Radiokohlenstoffanteil aufweist wie der eines Baumrings, lässt sich schlussfolgern, dass die Probe und der Baumring gleich alt sind.

In der Praxis ist die Baum-Ring-Kalibrierung aufgrund von vielen Faktoren nicht so einfach. Der wichtigste Faktor ist, dass die einzelnen Messungen an den Baumringen und der Probe eine begrenzte Genauigkeit aufweisen und man somit eine Reihe möglicher Kalenderjahre erhält.

Und in der Tat werden die Ergebnisse der Kalibrierung oft als eine Altersspanne und nicht als absoluter Wert angegeben. Altersspannen werden entweder durch das Schnittpunkt Verfahren oder das Wahrscheinlichkeitsverfahren berechnet, beide Verfahren sind allerdings auf eine Kalibrierungskurve angewiesen.

Kalibrierungskurven

Die erste Kalibrierungskurve, die für die C-14 Datierung entwickelt wurde, basierte auf einer kontinuierlichen Baumringsequenz und reichte 8.000 Jahre zurück. Diese Baumring Sequenz wurde von Wesley Ferguson in den 1960ern entwickelt und half Hans Suess, die erste Kalibrierungskurve zu veröffentlichen. Die Suess Kurve basierte auf der Bristlecone Kiefer und sie benutze Baumringe auf der Kalender Achse.

Seit der Suess-Kurve sind viele Kalibrierungskurven veröffentlicht worden, aber ihre Verbreitung brachte mehr Probleme als Lösungen. In späteren Jahren wurden durch die Nutzung von Beschleuniger-Massenspektrometern und die Einführung von hochpräzisen Kohlenstoffdatierungen ebenfalls Kalibrierungskurven generiert. Eine hochpräzise Radiokarbon-Kalibrierkurve wurde von einem Labor in Belfast, Nordirland veröffentlicht. Sie basiert auf den Dendrochronologie Daten der irischen Eiche.

Heutzutage reichen die international anerkannten Kalender-Kalibrierungskurven bis ca. 48.000 BC (Reimer et. al., INTCAL13 und Marine13 Radiokarbon Alters-Kalibrierungskurven 0 – 50000 Jahre cal BP, Radiokarbon 55(4), 2013). Für den Zeitraum nach 1950 liegen viele Daten bzgl. der atmosphärischen Konzentration von Radiokarbon vor. Diese postmodernen Daten sind in einigen Fällen sehr nützlich, um ein kalendarisches Alter von sehr jungen Materialien zu illustriert (Hua, et. al. Atmospheric Radiocarbon for the period 1950-2010, Radiocarbon, 55(4), 2013).

Eine typische Kohlenstoff-14 Kalibrierkurve hat eine Kalender- oder Dendro-Zeitskala auf der x-Achse (Kalenderjahre) und Radiokohlenstoffjahre auf der y-Achse.

Kalibrierungskonventionen

Die Verwendung von cal BC, cal AD oder sogar cal BP ist die empfohlene Konvention für das Zitieren dendrochronologisch kalibrierter Radiokohlenstoff Messergebnissen. C-14 Datierungsbefunde müssen klar sein, daher sollten sie nicht einfach als BC, AD oder BP dargestellt werden. Cal BC und cal AD entsprechen genau den normalen historischen Jahren BC und AD, während cal BP sich auf die Anzahl der Jahre vor 1950 bezieht.

C-14 Datierungsbefunde

C-14 Datierungsbefunde müssen folgende Punkte enthalten: Die unkalibrierten Ergebnisse, welche Kalibrierungskurve benutzt, welche Kalibrierungsmethode angewandt wurde und jegliche Korrektur, die an den originalen Ergebnissen vor der Kalibrierung vorgenommen wurden. Es muss ebenfalls eine Angabe über die Sicherheitswahrscheinlichkeit der kalibrierten Messbereiche enthalten sein.

 

Letztes Update 5. Mai 2016