Vor siebzig Jahren entwickelte der amerikanische Chemiker Willard Libby eine ausgeklügelte Methode zur Datierung organischer Materialien. Seine als Kohlenstoffdatierung bekannte Technik revolutionierte das Gebiet der Archäologie.
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Jetzt konnten die Forscher das Alter jedes Objekts aus organischen Materialien genau berechnen, indem sie beobachteten, wie viel Kohlenstoff von einer bestimmten Form verblieben war, und dann rückwärts rechneten, um festzustellen, wann die Pflanze oder das Tier, von der das Material stammte, gestorben war. Diese Technik, die 1960 mit dem Libby-Nobelpreis ausgezeichnet wurde, ermöglichte es Forschern, Tätowierungen an alten Mumien vorzunehmen, festzustellen, dass eine britische Bibliothek einen der ältesten Korane der Welt besaß, und herauszufinden, dass das meiste gehandelte Elfenbein von Elefanten stammt, die in den letzten drei Jahren getötet wurden Jahre.
Heutzutage droht die Menge an Kohlendioxid, die Menschen in die Erdatmosphäre pumpen, die Genauigkeit dieser Technik für zukünftige Archäologen, die auf unsere Zeit schauen, zu beeinträchtigen. Das liegt daran, dass fossile Brennstoffe das Radiokohlenwasserstoff-Zeitalter neuer organischer Materialien heutzutage verschieben und es schwierig machen, sie von alten zu unterscheiden. Zum Glück bietet eine Studie, die gestern in der Zeitschrift Environmental Research Letters veröffentlicht wurde, eine Möglichkeit, Libbys Arbeit zu retten und diese entscheidende Datierungstechnik zu revitalisieren: Schauen Sie sich einfach ein anderes Kohlenstoffisotop an.
Ein Isotop ist eine Form eines Elements mit einer bestimmten Anzahl von Neutronen. Dies sind die subatomaren Teilchen, die sich im Kern eines Atoms befinden und keine Ladung haben. Während die Anzahl der Protonen und Elektronen in einem Atom bestimmt, um welches Element es sich handelt, kann die Anzahl der Neutronen zwischen verschiedenen Atomen desselben Elements stark variieren. Fast 99 Prozent des gesamten Kohlenstoffs auf der Erde ist Kohlenstoff-12, was bedeutet, dass jedes Atom 12 Neutronen in seinem Kern hat. Das Hemd, das Sie tragen, das Kohlendioxid, das Sie einatmen, und die Tiere und Pflanzen, die Sie essen, bestehen größtenteils aus Kohlenstoff-12.
Kohlenstoff-12 ist ein stabiles Isotop, was bedeutet, dass seine Menge in jedem Material Jahr für Jahr, Jahrhundert für Jahrhundert gleich bleibt. Libbys bahnbrechende Radiokohlenstoff-Datierungstechnik untersuchte stattdessen ein viel selteneres Kohlenstoffisotop: Carbon-14. Im Gegensatz zu Kohlenstoff-12 ist dieses Isotop des Kohlenstoffs instabil und seine Atome zerfallen über einen Zeitraum von Tausenden von Jahren in ein Isotop des Stickstoffs. In der oberen Erdatmosphäre wird jedoch mit gleichmäßiger Geschwindigkeit neues Kohlenstoff-14 gebildet, wenn die Sonnenstrahlen auf Stickstoffatome treffen.
Radiokohlenstoffdatierung nutzt diesen Kontrast zwischen einem stabilen und einem instabilen Kohlenstoffisotop aus. Während seines Lebens nimmt eine Pflanze durch Photosynthese ständig Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf. Tiere wiederum verbrauchen diesen Kohlenstoff, wenn sie Pflanzen essen, und der Kohlenstoff breitet sich über den Nahrungskreislauf aus. Dieser Kohlenstoff besteht aus einem konstanten Verhältnis von Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14.
Wenn diese Pflanzen und Tiere sterben, nehmen sie keinen Kohlenstoff mehr auf. Von diesem Zeitpunkt an wird die Menge an Kohlenstoff-14 in Materialien, die von der Pflanze oder dem Tier übrig bleiben, im Laufe der Zeit abnehmen, während die Menge an Kohlenstoff-12 unverändert bleibt. Um ein organisches Material mit Radiokohlenstoff zu datieren, kann ein Wissenschaftler das Verhältnis von verbleibendem Kohlenstoff-14 zu unverändertem Kohlenstoff-12 messen, um festzustellen, wie lange es her ist, seit die Quelle des Materials gestorben ist. Dank fortschreitender Technologie konnten Radiokohlenstoffdatierungen in vielen Fällen innerhalb weniger Jahrzehnte genau durchgeführt werden.
Die Kohlenstoffdatierung ist eine hervorragende Möglichkeit für Archäologen, die natürlichen Zersetzungsprozesse von Atomen zu nutzen. Leider sind die Menschen kurz davor, Dinge durcheinander zu bringen.
Der langsame und stetige Prozess der Kohlenstoff-14-Bildung in der oberen Atmosphäre wurde in den letzten Jahrhunderten von Menschen in den Schatten gestellt, die Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen in die Luft spucken. Da fossile Brennstoffe Millionen Jahre alt sind, enthalten sie keine messbare Menge an Kohlenstoff-14 mehr. Während also Millionen Tonnen Kohlenstoff-12 in die Atmosphäre gelangen, wird das konstante Verhältnis dieser beiden Isotope gestört. In einer im vergangenen Jahr veröffentlichten Studie hat die Londoner Imperial College-Physikerin Heather Graven darauf hingewiesen, wie diese zusätzlichen Kohlenstoffemissionen die Datierung von Radiokohlenwasserstoffen beeinträchtigen.
Bis zum Jahr 2050 werden neue Proben von organischem Material anscheinend dasselbe Radiokohlenstoffdatum haben wie Proben von vor 1.000 Jahren, sagt Peter Köhler, Hauptautor der neuen Studie und Physiker am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung. Die fortgesetzten Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe werden die Verhältnisse noch weiter verschlechtern. "In ein paar Jahrzehnten werden wir nicht mehr unterscheiden können, ob ein Radiokohlenstoffalter, aus dem wir austreten, oder Kohlenstoff aus der Vergangenheit oder der Zukunft stammt", sagt Köhler.
Inspiriert von Gravens Forschungen wandte sich Köhler dem anderen natürlich vorkommenden stabilen Kohlenstoffisotop zu: Carbon-13. Obwohl Kohlenstoff-13 etwas mehr als 1 Prozent der Erdatmosphäre ausmacht, nehmen Pflanzen während der Photosynthese seine größeren, schwereren Atome mit einer viel geringeren Rate auf als Kohlenstoff-12. So ist Kohlenstoff-13 in den fossilen Brennstoffen, die aus Pflanzen und den Tieren, die sie fressen, hergestellt werden, in sehr geringen Mengen enthalten. Mit anderen Worten, durch die Verbrennung dieser fossilen Brennstoffe wird auch der atmosphärische Kohlenstoff-13-Gehalt in den Schatten gestellt.
Anhand der Messung, ob diese Kohlenstoff-13-Gehalte in einem Objekt mit Radiokohlenstoff-Datum verzerrt sind, können zukünftige Wissenschaftler feststellen, ob die Kohlenstoff-14-Gehalte des Objekts durch Emissionen fossiler Brennstoffe verzerrt wurden. Ein niedrigerer als erwarteter Kohlenstoff-13-Gehalt in einem Objekt würde als rote Fahne dafür dienen, dass dem Datum des Kohlenstoffs nicht vertraut werden kann. Die Forscher könnten dann das Datum ignorieren und andere Methoden zur Datierung des Objekts ausprobieren.
"Sie sehen deutlich, dass Sie, wenn Sie einen Effekt auf den Carbon-14 haben, der Ihnen eine ziemlich problematische Altersunterschrift geben würde, diese Unterschrift auch in Carbon-13 haben", sagte Köhler. "Daher können Sie mit Carbon-13 unterscheiden, ob der Radiokohlenstoff betroffen und damit falsch ist oder nicht."
Köhler räumt ein, dass seine Technik nicht für Materialien geeignet ist, die aus Tiefseegebieten stammen, in denen Kohlenstoff nur langsam mit dem Rest der Atmosphäre ausgetauscht werden kann, glaubt jedoch, dass sie zukünftigen Archäologen dabei helfen wird, die Überreste unseres umweltschädlichen Zeitalters zu sortieren.
Die Paläoklimatologin Paula Reimer von der Queen's University weist darauf hin, dass die Messung von Kohlenstoff-13 häufig nicht erforderlich ist, da Archäologen normalerweise die Sedimentschicht verwenden können, in der ein Objekt gefunden wurde, um sein Alter zu überprüfen. Bei Objekten, die sich in Gebieten befinden, in denen die Erdschichten nicht klar sind oder nicht richtig datiert werden können, kann diese Technik als zusätzliche Kontrolle dienen. Köhlers Arbeit "gibt die Gewissheit, dass [Radiokohlenstoffdatierung] auch in Zukunft für einzelne Proben von Nutzen sein wird", so Reimer.
Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um die Zugehörigkeit von Peter Köhler zu berücksichtigen.
