Scherper zicht op het verleden met nieuwe koolstof-14 gegevens

De bodem van het Japanse Suigetsu-meer maakt het mogelijk de koolstof-14 methode voor ouderdomsbepaling beter te ijken. In het wetenschappelijke tijdschrift Science van 19 oktober 2012 schrijft een internationaal team van experts, onder wie RUG-onderzoeker Hans van der Plicht, dat dit vooral dateringen van oud materiaal (vanaf ongeveer 25.000 jaar geleden) nauwkeuriger maakt.

Dateringen met de koolstof-14 methode zijn al decennia gemeengoed in archeologie en klimaatonderzoek. Het Groningse Centrum voor Isotopen Onderzoek (CIO) is een van de leidende laboratoria op dit terrein. CIO-onderzoeker dr. Hans van der Plicht is al jaren betrokken bij het ijken en het verfijnen van de methode.

Koolstof-14 datering

IJken is nodig omdat koolstof-14 dateringen niet direct een absolute leeftijd van een object kan geven. Planten nemen koolstof-14 op uit de atmosfeer, andere organismen krijgen het via hun voedsel binnen. Koolstof-14 is een zwaardere isotoop van ‘normaal’ koolstof-12, die bovendien radioactief is. Wanneer organismen dood gaan, stopt hun opname van koolstof-14, waarna de concentratie van deze isotoop begint af te nemen door radioactief verval. Iedere 5730 jaar is de hoeveelheid koolstof-14 gehalveerd.

IJken

Om een object te kunnen dateren moet je weten hoeveel koolstof-14 er oorspronkelijk in zat. De concentratie in planten en dieren is vrijwel gelijk aan de concentratie in de atmosfeer. Maar de hoeveelheid koolstof-14 in de atmosfeer varieert met de activiteit van de zon en de sterkte van het aardmagnetisch veld.

Door koolstof-14 te meten in materiaal met een bekende leeftijd is het mogelijk de methode te ijken. Dat is gedaan met hout, waarvan de leeftijd op basis van jaarringen is bepaald. Er bestaat een archief van jaarringen dat ruim 12.000 jaar terug gaat. Bij oudere monsters is de ijking minder nauwkeurig en neemt dus de onzekerheid van de ouderdomsbepaling toe.

Varven

In 1998 meldde Van der Plicht (toen ook in Science) dat in het Japanse Suigetsu-meer een archief was gevonden dat meer dan 50.000 jaar terug gaat. Doordat algen en wieren in het voorjaar gaan groeien en in het najaar afsterven en naar de bodem zakken, ontstaan er jaarlijkse laagjes (varven genaamd) in een herkenbaar bandenpatroon. In een boorkern uit de bodem van het meer zijn die laagjes net als jaarringen te tellen. Door in het organische materiaal het koolstof-14 gehalte te meten, is het mogelijk de oorspronkelijke concentratie in de atmosfeer te achterhalen.

Hiaten

Maar het archief bleek hiaten te bevatten. ‘In Japan zijn er regelmatig aardbevingen. Stukken van de bodem kunnen dan wegschuiven’, legt Van der Plicht uit. En als je niet weet hoe groot de gaten zijn, is het onmogelijk met de varven een echt nauwkeurige ijklijn te maken.

Nieuwe boorkernen

Om dit probleem op te lossen heeft een Brits-Japans team drie nieuwe boorkernen uit de bodem van het meer gehaald. Door de bandenpatronen in alle vier de boorkernen te vergelijken, is het gelukt om de gaten in het archief bijna volledig te dichten. Door de varven te tellen is het mogelijk om ongeveer 52.000 jaar terug in de tijd te gaan. Aan de hand van enkele honderden koolstof-14 metingen in deze laagjes is er nu gedetailleerde informatie beschikbaar over variaties in de atmosferische concentratie over de afgelopen 52.000 jaar. Dit maakt datering van monsters met een onbekende leeftijd nauwkeuriger.

Superijklijn

‘Bovendien hebben we nu de metingen uit het meer vergeleken met andere ijklijnen die de afgelopen jaren zijn gemaakt, gebaseerd op metingen in druipsteengrotten en koralen’, vertelt Van der Plicht. Al die methoden hebben hun beperkingen, maar door ze te combineren ontstaat een ‘superijklijn’ die zeer nauwkeurig is. ‘Bij metingen rond 30.000 jaar is de foutmarge een paar eeuwen, bij 50.000 jaar is het ongeveer 1500 jaar.’ Na vijftigduizend jaar is er zo weinig koolstof-14 over dat dit niet meer nauwkeurig te meten is.

Neanderthalers

De grotere nauwkeurigheid is bijvoorbeeld nodig om de geschiedenis van de moderne mens goed in kaart te brengen. Zo’n 30.000 jaar geleden verdwenen de Neanderthalers uit Europa en nam de moderne mens hun plek in. ‘Er zijn suggesties dat dit te maken had met wisselingen in het klimaat. Die zie je terug in ijskernen uit Groenland. Maar je moet wel kunnen aantonen dat veranderingen in het klimaat en de opmars van de moderne mens gelijk op gingen. Tot nu toe zat er te veel onzekerheid in de absolute datering van resten van onze voorouders en Neanderthalers.’

Kauri-hout

De varven van het Suigetsu-meer maken de koolstof-14 methode aanzienlijk nauwkeuriger. Maar het kan nog beter. ‘In Nieuw Zeeland zijn verzonken bossen van Kauri-bomen gevonden van wel dertigduizend jaar oud’, vertelt Van der Plicht. ‘Het moet mogelijk zijn om daarmee een jaarringen-archief te maken, dat misschien wel tot vijftigduizend jaar terug kan gaan. Dan hebben we de maximale nauwkeurigheid bereikt.’

Noot voor de redactie

- Contact: prof.dr.ir. J. van der Plicht. Naast onderzoeker van het Centrum voor Isotopen Onderzoek (CIO) van de RUG is Hans van der Plicht tevens bijzonder hoogleraar isotopen-archeologie aan de Universiteit Leiden.

- Referentie: A Complete Terrestrial Radiocarbon Record for 11.2 to 52.8 kyr B.P. , Christopher Bronk Ramsey et al, Science, 19 oktober 2012, pagina 370-374