C-14 Datierung und Atombomben Kohlenstoff

  • Eine der Annahmen auf der die C-14 Datierungsmethode basiert ist die, dass sich die globale C-14 Konzentration im Laufe der Erdgeschichte nicht verändert hat.
  • Die Atomwaffentests haben das weltweite C-14 Niveau erhöht.
  • Mit dem sogenannten „Bomben Effekt” beschreibt man die künstliche C-14 Anreicherung in der Atmosphäre aufgrund durchgeführter Atomwaffentests.
  • Daher wird nun ein Referenzstandard verwendet, um die Anreicherung mit künstlichem Radiokohlenstoff zu berücksichtigen.
  • Obwohl Atomwaffentests mittlerweile verboten sind, hält der “Bomben Effekt” weiter an.
Carbon

Die C-14 Datierungsmethode beruht auf bestimmten Annahmen über die globale Konzentration von Kohlenstoff-14 zu einem bestimmten Zeitpunkt. Eine Annahme ist, dass sich das globale Kohlenstoff-14 (auch Radiokarbon genannt) Niveau in der Atmosphäre im Laufe der Zeit nicht verändert hat. Eine weitere Annahme ist die logische Folge der ersten; die Biosphäre hat aufgrund des Gleichgewichts die gleiche C-14 Konzentration wie die Atmosphäre.

Der Einstieg von C-14 in den globalen Kohlenstoffkreislauf beginnt in der Atmosphäre, wo es durch kosmische Strahlung und der Wechselwirkung von Stickstoff- und Kohlenstoffneutronen gebildet wird. Das produzierte Kohlenstoff-14 reagiert mit Sauerstoff-Atomen in der Atmosphäre und bildet so Kohlendioxid. Dieses Kohlendioxid ist nichts Anderes als jenes, welches von Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 produziert wurde; daher hat Kohlendioxid, das mit Kohlenstoff-14 gebildet wurde, das gleiche Schicksal wie jenes, das mit den anderen Kohlenstoff-Isotopen produziert wurde.

Der Austausch und das Vermischen zwischen der Atmosphäre und der Biosphäre findet so lange statt, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat. Die C-14 Datierung beruht stark auf der Annahme, dass keine anderen C-14 Quellen beteiligt sind.

Heutzutage führen C-14 Wissenschaftler die Kalibrierung nicht nur durch, um C-14 Jahre in Kalenderjahre zu konvertieren, sondern auch, um die verschiedenen Faktoren zu berücksichtigen, die einen gewaltigen Einfluss auf das globale C-14 Niveau haben. Die Auswirkungen von Atomtests ist einer dieser Faktoren.

Menschliche Aktivitäten, die das C-14 Niveau beeinflussen

Es gibt zwei Aktivitäten des Menschen, die nachweisbar das globale C-14 Niveau irreparabel verändert haben—das Verbrennen fossiler Brennstoffe und Atomtests.

Durch das Verbrennen von großen Mengen fossiler Brennstoffe, wie Kohle, wurde die C-14 Konzentration im atmosphärischen Kohlenstoffreservoir deutlich abgesenkt. Diesen Effekt nennt man den Suess Effekt. Im Gegensatz dazu haben Atomwaffentests in den 1950er und 1960er Jahren das C-14 Niveau in der Atmosphäre dramatisch erhöht. Dieses Phänomen wird häufig als Bomben Effekt bezeichnet.

Was ist der Bomben Effekt?

Nuclear Weapons

Als Bomben Effekt bezeichnet man die von Atombomben ausgelöste “künstliche” C-14 Anreicherung in der Atmosphäre.

Durch die Kernwaffenversuche erhöhte sich die Produktion von C-14 in der Atmosphäre auf unnatürliche Mengen. Durch die Atombomben entstand ein großer thermischer Neutronenfluss, der mit Stickstoffatomen in der Atmosphäre reagierte und C-14 bildete. Dieses entstandene C-14 ist bekannt als Atombomben-Kohlenstoff oder auch als künstliches C-14.

Gemäß der Literatur haben Atomwaffentests den atmosphärischen Kohlenstoff-14-Gehalt in den 1950er und 1960er Jahren fast verdoppelt. Dieser Gehalt wurde 1965 gemessen. Das Bomben Kohlenstoffniveau lag zwischen 1963 und 1965 etwa 100% über dem normalen Niveau. Das Bomben Kohlenstoffniveau erreichte seinen Spitzenwert in der nördlichen Hemisphäre im Jahr 1963 und in der südlichen Hemisphäre um 1965.

Auswirkungen des Bomben Effekts auf die C-14 Datierung

Die Veränderung der globalen Radiokarbon Mengen, die durch menschliche Aktivitäten verursacht wurden, erforderten den Einsatz eines Referenz-Standards für die C-14-Datierung. Die C-14 Datierung erforderte ein organisches Material, das nicht mit Kohlenstoff-14 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe oder Kernwaffentests verunreinigt wurde.

Oxalsäure, die vom U.S. National Bureau of Standards bereitgestellt wird, gilt als Standard für C-14 Datierungen. Ihr C-14 Gehalt ist theoretisch der gleiche wie der einer Holzprobe, die im Jahre 1950 wuchs. Das Jahr 1950 gilt als Nullpunkt auf der C-14 Zeitskala, die heute noch in C-14 Datierungsbefunden angewendet und angeführt wird.

Langzeit Effekte auf das C-14 Niveau

Obwohl Atomwaffentests mittlerweile verboten sind, hält der „Bomben Effekt” weiter an. Laut Literatur hat sich ein Teil des überschüssigen C-14, das während der Kernwaffentests produziert wurde, bereits teilweise durch den globalen Kohlenstoffkreislauf Austausch-Zyklus verringert. Seit den 1990ern ist das C-14 Niveau nur ca. 20% höher als das theoretische Niveau auf der Basis von 1950.

Nuklearer Kohlenstoff ist im Wesentlichen eine künstliche Injektion von Kohlenstoff-14 in die Atmosphäre. C-14 Wissenschaftler nutzten dieses Wissen, um ihre Theorien über die Mischungsverhältnisse von Kohlenstoff-14 durch verschiedene Kohlenstoffspeicher zu testen. Sie fanden heraus, dass Baumringe kein C-14 mit anderen Baumringen austauschen. Diese Tatsache hat den Einsatz der Dendrochronologie in der C-14 Datierung unterstützt, insbesondere für die Erstellung von C-14 Kalibrierkurven.

Es gibt auch andere Studien, die das Vorkommen von nuklearem Kohlenstoff oder C-14 allgemein überprüften. Die geochemische Meeresabschnittsstudie analysierte Meerwasserproben aus dem Atlantik, Pazifik, Indischen Ozean und dem Mittelmeer und kartierte das Vorkommen von nuklearem Kohlenstoff. Die Ergebnisse dieser Studie haben es Datenmodellierern ermöglicht, den Weg von C-14, seinem Austausch und die Verweildauer analysieren zu können.

Das World Ocean Circulation Experiment von 1990 bis 2002 enthielt C-14 Messungen an gelöstem anorganischem Kohlenstoff. Reidar Nydal und Knut Løvseth haben von 1962 bis 1993 C-14 Messungen in atmosphärischem Kohlendioxid aus der nördlichen und südlichen Hemisphäre durchgeführt.