10. 14C-Datierung

• Kohlenstoff besteht aus den stabilen Isotopen 12C und 13C und aus dem kurzlebig radioaktiven Isotop 14C

• 14C wird durch Wechselwirkung kosmischer Strahlung mit der Atmosphäre ständig neu gebildet:

14N (7Pro,7Neu) + 1 Neutron = 14C (6Pro,8Neu) + 1 Proton

• 14C zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren zu 14N unter Abgabe von --Strahlung

• Es besteht ein Gleichgewicht zwischen kosmogener Produktion und radioaktivem Zerfall

• Dieses Gleichgewicht (konstantes C-Isotopenverhältnis) besteht auch im lebenden Organismus, da C auf Grund des Stoffwechsels ständig ausgetauscht bzw. ergänzt wird.

• Im abgestorbenen Organismus findet kein Stoffwechsel mehr statt, der Gehalt an radioaktivem 14C nimmt mit der Zeit stetig ab.

• Aufgrund des noch vorhandenen 14C in einem organischen Material und der bekannten Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls (Zerfallskonstante) kann das Alter des Materials ermittelt werden.

Analytik• Datierbare Materialien:

– Holzkohle (Wuchszeit!)– Holz– Torf– Stroh, Samen– Knochen, Zähne– Elfenbein

• Materialmengen: 10er g bis 100er g, mitunter sehr viel weniger, abhängig von– Alter – eingesetzter Messmethode

• Gründlichste Reinigung und Probenvorbereitung

Messung

• Konventionelle Analytik: Die beim Zerfall frei werdende -Strahlung wird unmittelbar mit einem Detektor gemessen. – Die datierbare Altersgrenze liegt bei 40.000 Jahren– Es werden nur die zerfallenden 14C-Kerne erfasst: ca. 13

Zerfälle /g Kohlenstoff/Minute bei jungen Proben, 1 Zerfall/g C/Min bei einer 23000 Jahre alten Probe

• Massenspektrometrie: Der gesamte 14C-Gehalt wird gemessen– Die datierbare Altersgrenze liegt bei 50.000 bis 70.000

Jahren – Die Probenmenge kann sehr viel kleiner sein– Aufwendige Analytik mit Voranreicherung und speziellem

Tandem-Beschleuniger-Massenspektrometer (Interferenzen mit 14N, 12CH2

-, 13CH-)

Problem: Der Gehalt an 14C in der Atmosphäre ist über längere Zeit-räume hinweg nicht konstant. Die direkte Datierung, bezogen auf einen Standard aus dem Jahr 1950, weicht deshalb für verschieden alte Proben unterschiedlich stark vom tatsächlichen Alter ab, es wird eine zusätzliche Korrektur (Kalibrierung) nötig.

Abweichung der unkalibrierten Daten vom Kalenderdatum in den vergangenen 8000 Jahren

Erster Kalibrations-versuch anhand von Proben, die schon durch archäologische Methoden oder dendrochronologisch gut datiert waren.

Achsen: Historisches Alter vs. 14C-Aktivität in dpm/gC (decays per minute per gram Carbon)

Moderne Kalibrationskurve für den Zeitraum 3700 – 2300 v.Chr., basierend auf dendrochonologischen Ergebnissen. In Abhängigkeit vom Fehler (±20 bis ±300 bzw. Standardabweichung) der konventionellen Messung ergeben sich unterschiedliche Zeitspannen für das kalibrierte Kalenderdatum (grün = 1 , rot = 2 . Beispiel: Unkalibriertes Alter von 4250 BP (before present = 1950)

14C-Datierungsbereich und kalibriertes Kalenderalter des Turiner Leichentuchs

Auf der x-Achse abzulesen: ca. 1330 AD ±70

Anwendung

• Die Methode ist je nach Art und Alter der Probe, und je nach Messverfahren von einem unterschiedlich großen Fehler behaftet.

• Sie ist immer dort angebracht, wo keine genauere Datierungsmethode möglich ist

– Quartärgeologie – Unikate (z.B. Turiner Tuch)– Vor- und Frühgeschichte– Antike oder später bei Fehlen anderer Zeitmarken (z.B.

keine oder keine absolut geeichte Keramikstratigraphie)