Radiokarbonmethode am Beispiel erklärt
Die Radiokarbonmethode wird auch als Radiokohlenstoffdatierung, C14-Methode oder Radiokarbondatierung bezeichnet. Unter Berücksichtigung natürlicher Gegebenheiten kann die Radiokarbonmethode als zuverlässiges Verfahren zur Altersbestimmung organischer Objekte betrachtet werden. Mit einem maximalen Bestimmungszeitraum von 60.000 Jahren hat das Verfahren klare Grenzen. Trotzdem ist es aktuell die gängigste Methode zur Einordnung archäologischer Funde.
Inhalt
Radiokarbonmethode: Definition, Entwicklung und Entstehung
Die Radiokarbonmethode ist ein Verfahren zur Bestimmung des Alters von organischen Materialien. Erwähnt wurde die Methode erstmals im Jahr 1946. Willard Frank Libby, US-amerikanischer Chemiker und Physiker, stellte seine Theorie zur Methode erstmals im Jahr 1946 vor. Er war der Ansicht, dass man Kohlenstoffisotope zur Altersdatierung von Objekten nutzen könne.
1949 erschien sein Werk „Curve of Knowns“. In diesem Leitwerk beschrieb er seine Theorie genauer und damit auch die Möglichkeit zu Altersbestimmung von kohlenstoffhaltigen Materialien. Im Jahr 1960 gewann Libby den Chemie-Nobelpreis für eine Entdeckung, die heute zur Beurteilung von archäologischen Funden, in der Archäobotanik und in der Quartärforschung eingesetzt wird.
Radiokarbonmethode: Berechnung am Beispiel
Das Verfahren beruht auf der Tatsache, dass jedes organische Objekt Kohlenstoffatome enthält. Organische Organismen nehmen im Laufe ihres Daseins das radioaktive Kohlenstoffisotop C14 auf. Menschen und Tiere verzehren den Kohlenstoff über die Nahrung. Auch die Aufnahme über die Luft ist möglich. Pflanzen absorbieren C14 mittels Photosynthese.
Erst mit dem Tod der Organismen endet die kontinuierliche Aufnahme des Kohlenstoffisotops und es entsteht ein Status quo der C14-Menge. Dieser Status quo kann heute für jedes beliebige Objekt mittels Laborverfahren genau bestimmt werden. An dieser Stelle kommt das Zerfallsgesetz zum Tragen. Es besagt, dass jeder Stoff eine Halbwertzeit hat.
Dabei ist die Halbwertzeit die Zeitspanne, in der die Hälfte der Atome eines radioaktiven Stoffes (in diesem Fall C14-Atome) zerfallen. Kohlenstoff hat von Natur aus eine Halbwertzeit von 5730 Jahren. Das bedeutet, dass im Zeitraum von 5730 Jahren nach dem Tod eines Organismus nur noch halb so viele C14-Atome im Objekt vorhanden sind.
Nach 11460 Jahren wäre es nur noch ein Viertel. Setzt man die Methode fort, ergibt sich ein zeitlicher Anwendungsbereich zwischen 300 und circa 60.000 Jahren. Bestimmt man den Bestand an C14-Atomen im Untersuchungsobjekt, kann mittels Nutzung der Halbwertszeit das tatsächliche Alter genau berechnet werden.
Ein berühmtes Anwendungsbeispiel für die Radiokarbonmethode war die Altersbestimmung einer Mumie in den Ötztaler Alpen. Sie wurde 1991 zufällig von Wanderern entdeckt und als „Ötzi“ weltbekannt. Zunächst ging man von einem verunglückten Bergsteiger aus. Später wurde klar, dass der Leichnam deutlich älter war. Bei der Entnahme einer Gewebeprobe wurde ein Anteil von 53% der radioaktiven C14-Atome festgestellt. Die Halbwertzeit musste also fast erreicht sein.
Berechnungen ergaben, dass Ötzi 5200 Jahre alt sein musste und die älteste, bekannteste Mumie der Welt darstellt.
Radiokarbonmethode: Kritik und Einschränkungen
Verschiedenste Faktoren nehmen Einfluss auf die Konzentration des Kohlenstoffs C14 in einem organischen Objekt. Nach der Entdeckung der Radiokarbonmethode durch Libby nahmen zahlreiche weitere Wissenschaftler das Thema auf und betrachteten unter anderem folgende Effekte, die es bei der Anwendung zu berücksichtigen gilt:
1.) Die Fundsituation
Bei der Bestimmung des Alters eines gefundenen Objektes müssen alle Rahmenbedingungen vor Ort betrachtet werden. In der Archäologie werden oft Ausgrabungen alter Siedlungen vorgenommen. Wird beispielsweise ein altes Haus geborgen, liegen zahlreiche Objekte vor. Es würde nicht genügen nur einen Balken des Hauses zeitlich zu bestimmen. Der Baum, aus welchem der Balken hergestellt wurde, kann durchaus mehrere Jahrhunderte älter sein könnte als das Haus selbst.
2.) Natürliche Faktoren
Der Wissenschaftler Hessel DeVries wies 1958 nach, dass sich im Zeitraum zwischen dem 16. und dem 19. Jahrhundert das Kohlenstoff-Verhältnis in der Atmosphäre um etwa 2% verändert hat. Bedingt wurden die Schwankungen wahrscheinlich durch Veränderungen im Erdmagnetfeld sowie durch strahlungsrelevante Sonnenaktivitäten. Die Theorie von DeVries besagt somit, dass auch natürliche Faktoren die C14-Konzentration in einem Fundstück beeinflussen können.
3.) Die Industrialisierung und ihre Folgen
Im Rahmen der Industrialisierung im 19. Jahrhundert wurden vermehrt fossile Brennstoffe verwendet. Erdöl und Kohle wurden zum Treibstoff des Fortschritts. Fossile Brennstoffe sind frei vom radioaktiven Kohlenstoff C14. Der Grund ist, dass diese Stoffe meist älter als 60.000 Jahre sind. Sie haben zumeist mehr als 10 Halbwertzeiten durchlebt und die vollständige C14-Konzentration wurde abgebaut. Allerdings stoßen die Brennstoffe andere, nicht-radioaktive Kohlenstoffe (z.B. C12) aus. Die Konzentration von C12 in der Atmosphäre wird erhöht und der Anteil des C14 sinkt. Der Effekt wurde nach seinem Entdecker Hans Suess benannt. Er beschreibt den Einfluss der resultierenden, veränderten C14-Menge im Fundobjekt.
4.) Kernwaffeneffekt
Die Erforschung der Kerntechnik und die damit einhergehende Nutzung als Waffentechnologie nahm ebenfalls Einfluss auf die C14-Konzentration in der Atmosphäre. Zwischen 1945 und 1963 wurden zahlreiche Atomtests vorgenommen. Diese erhöhten den atmosphärischen Anteil des Kohlenstoffs C14 enorm. Bis heute liegt der Anteil immer noch über dem Wert des Jahres 1945. Bei einer Altersbestimmung mittels Radiokarbonmethode muss daher heute die mathematische Abweichung berücksichtigt werden.
5.) Die Kontamination
Zu bestimmende Objekte können mit Objekten verunreinigt sein , die ebenfalls organisch sind und C14 enthalten. Betrachtet man wieder das Beispiel des Balkens im Haus, lässt sich eine Kontamination wie folgt erklären. Der Balken wurde im Fachwerk des Hauses verbaut. In den Gefachungen wurden Lehmziegel und Stroh zur Dämmung verwendet. Lehm und Stroh sind ebenfalls organische Funde. Der Lehm ist in die Fasern und Poren des Balkens eingedrungen. Die Stoffe haben sich verbunden. Um nun das Alter des Balkens fehlerfrei bestimmen zu können, müssen der Lehm und das Stroh vollständig beseitigt werden. Jegliche Form von Rückständen könnten eine Verfälschung bei der Altersbestimmung hervorrufen.
Literatur
- Hans Mommsen: Archäometrie: Neuere Naturwissenschaftliche Methoden und Erfolge in der Archaologie, Teubner Verlag, ISBN 3519026546*
- Günther A. Wagner: Einführung in die Archäometrie, Springer Verlag, ISBN 3540719369*
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