Een scherpere blik op het verleden

RUG-wetenschapper Hans van de Plicht is een van de auteurs van een artikel dat op 19 oktober in Science verscheen. Het beschrijft een belangrijke verbetering van het dateren van monsters met de koolstof-14 methode.

Een goed begrip van de geschiedenis van de mensheid is alleen mogelijk wanneer we gebeurtenissen in het verleden nauwkeurig kunnen dateren. Neem nu de Neanderthalers. Deze ‘neef’ van de moderne mens verdween ongeveer dertigduizend jaar geleden van het toneel. Maar waarom gebeurde dat? Een verklaring die is gesuggereerd, is dat de Neanderthalers niet goed om konden gaan met veranderingen in het klimaat. Maar om dat aannemelijk te maken, zou je moeten aantonen dat een verandering in het klimaat (die bijvoorbeeld terug te vinden is in ijskernen uit de Groenlandse ijskap) samenviel met het verdwijnen van de Neanderthalers.

‘We worden steeds beter in het dateren van gebeurtenissen in ijskernen’, zegt RUG-onderzoeker Hans van der Plicht. ‘Maar de nauwkeurigheid in het dateren van resten van Neanderthalers is nog steeds niet al te groot.’ Botten, maar ook houtskool uit een oude haard, zijn te dateren met de koolstof-14 methode (zie volgende pagina voor een uitgebreide uitleg).

Deze methode is zeer nauwkeurig voor ruwweg de eerste twaalfduizend jaar van de geschiedenis. Ga je verder terug in de tijd, dan is een koolstof-14 datering steeds minder nauwkeurig. Van der Plicht is al zowat zijn hele carrière betrokken bij het ijken van de koolstof-14 methode. Dat gebeurt aan het Centrum voor Isotopen Onderzoek van de RUG, een van de belangrijkste laboratoria ter wereld op het terrein van koolstof-14 dateringen.

Koolstof-14 datering

fotosynthese om in bouwstenen als suikers. Herbivoren eten de planten, carnivoren eten de planteneters en zo krijgt ieder organisme koolstof uit de atmosfeer binnen. De meest voorkomende vorm van koolstof is koolstof-12. Maar hoog in de atmosfeer ontstaat onder invloed van kosmische straling een klein beetje koolstof-14, een zwaardere isotoop van koolstof-12, die bovendien radioactief is.

Levende organismen verwerken koolstof-14 net zoals koolstof-12. Ze krijgen het via hun voedsel binnen zolang ze leven. Maar zodra een plant of dier dood gaat, stopt de opname van koolstof. Het koolstof-14 in een organisme verdwijnt door radioactief verval, met een halfwaardetijd van 5730 jaar (wat inhoudt dat na 5730 jaar nog maar de helft van de oorspronkelijke hoeveelheid koolstof-14 over is).

Dus als je weet hoeveel koolstof-14 er oorspronkelijk in je monster zat (en die concentratie zal gelijk zijn aan de koolstof-14 concentratie in de atmosfeer), kan je de leeftijd van een koolstof-houdend monster achterhalen: je bepaalt gewoon de huidige koolstof-14 concentratie en rekent uit hoeveel er inmiddels verdwenen is. De halfwaardetijd van koolstof-14 geeft je dan de ouderdom van het monster.

In 1998 publiceerde Hans van der Plicht een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Science, waarin hij liet zien dat het sediment op de bodem van het Suigetsu meer in Japan een soort jaarringen bevat. Door met een holle boor een sedimentmonster te nemen zijn deze ringen zichtbaar. Ze ontstaan doordat de algen in het meer een jaarlijkse cyclus doormaken van groei en afsterven, waarna ze naar de bodem zinken. Dit levert afwisselende laagjes op in het sediment die je kunt tellen, net als jaarringen van een boom, en die in dit meer tot 52.000 jaar terug gaan. Het koolstof-14 gehalte in de laagjes is dan te gebruiken om de koolstof-14 methode te ijken.

‘Alleen bleek ten dat er gaten zaten in dit bodemarchief’, legt Van der Plicht uit. Er zijn nogal wat aardbevingen in Japan en die hebben soms de bodem van het meer lokaal doen verschuiven. ‘Dus moesten we ons baseren op andere archieven, zoals stalagmieten in kalksteen grotten, of koraalriffen.’ Die zijn allebei te dateren met andere radioactieve ‘klokken’ (zoals het verval van uranium in thorium), maar dat levert een minder nauwkeurige ijking op dan jaarringen van bomen. Bovendien komen deze verschillende ijkmethoden onderling niet altijd overeen.

Maar nu is er een Brits-Japans onderzoeksteam ten tonele verschenen, dat opnieuw naar het Suigetsu meer is gegaan om drie extra boormonsters te nemen. Samen met het originele monster van Van der Plicht is het dan mogelijk om gaten in een van de kernen door onderlinge vergelijking te identificeren en te corrigeren. Op die manier is het oorspronkelijke idee van Van der Plicht om een ijklijn te maken van de sedimentlaagjes alsnog gerealiseerd.

‘We hebben de ijking van de methode nu sterk verbeterd. Bovendien hebben we de sedimentlaagjes ook gekoppeld aan andere ijklijnen waardoor de foutenmarge in monsters van rond de 30.000 jaar nu slechts enkele eeuwen bedraagt. En op 50.000 jaar, de grens van wat we nog kunnen meten met koolstof-14, is de foutenmarge zo’n 1500 jaar.’ Monsters ouder dan 50.000 jaar bevatten te weinig koolstof-14 om de leeftijd nog met zekerheid vast te kunnen stellen.

Ouderdomsbepaling met de koolstof-14 methode is dankzij de sedimenten uit het Japanse meer dus veel nauwkeuriger. Maar het kan nóg beter: ‘De sedimentlaagjes zijn niet altijd even nauwkeurig van elkaar te onderscheiden. Hoe dieper je gaat in het sediment, hoe lastiger de laagjes te tellen zijn.’ Jaarringen van bomen zijn veel nauwkeuriger te tellen, maar in het noorden van Europa gaat dit archief niet verder dan zo’n 12.000 jaar terug. Toen was Europa grotendeels in de greep van de laatste ijstijd en groeiden er nog maar weinig bomen.

‘Maar er is een interessante ontwikkeling gaande’, weet Van der Plicht. In Nieuw Zeeland zijn in moerassen oude kauri-bomen gevonden. Van der Plicht wijst op een doos in zijn werkkamer. ‘Daar zit een stuk kauri-hout in van 30.000 jaar oud.’ En met alle waarschijnlijkheid is het mogelijk om kauri-hout te vinden dat de hele periode tot 50.000 jaar geleden omvat zodat een continu archief van jaarringen is samen te stellen.

‘Al dat dendrochronologische werk, het analyseren van de jaarring patronen en het samenstellen van een doorlopend archief, moet nog gebeuren. Dat gaat jaren duren. Maar als het klaar is, hebben we de daarmee best mogelijk manier in handen om de koolstof-14 methode te ijken.’

De Science publicatie is hier te vinden. Er is over dit onderzoek ook een persbericht van de Rijksuniversiteit Groningen verschenen.