Scherpere kijk op het verleden

Het kan lastig zijn om gebeurtenissen uit het verleden exact te dateren. Archeologen gebruiken vaak de koolstof-14 datering, die te gebruiken is in organisch materiaal. Maar deze techniek levert doorgaans alleen een breed bereik van jaren op. Een ontdekking die vijf jaar geleden is gedaan kan dat – in sommige gevallen – veranderen. Wereldwijde pieken in de concentratie koolstof-14 die incidenteel optreden kunnen er voor zorgen dat gebeurtenissen exact aan één enkel jaar zijn te koppelen. Vervelend is alleen dat de oorzaak van deze pieken in de toekomst de wereld in chaos kan storten.

Michael Dee is adjunct-hoogleraar Isotopen Chronologie aan de RUG, hij gebruikt de koolstof-14 methode om organische objecten met een ouderdom tot ongeveer 40.000 jaar te dateren. Dee kwam twee jaar geleden naar het Centrum voor Isotopenonderzoek aan de RUG met een ERC Starting Grant, een grote onderzoekbeurs. Zijn werk richt zich vooral op technieken die de nauwkeurigheid van de koolstofdatering verbeteren, zoals de wiskundige methode ‘Bayesiaans modelleren’, waarmee het brede bereik van een datering is te versmallen.

Datering

‘Het resultaat van koolstofdatering is niet een specifiek jaar, maar een periode’, legt Dee uit. Hoog in de atmosfeer ontstaat radioactief koolstof-14 uit stikstof. Kosmische deeltjes raken daar het atomaire gas, waarbij neutronen ontstaan die de stikstof transformeren. Planten absorberen kooldioxide uit de lucht, met daarin een heel klein beetje koolstof-14. Wanneer de plant (of het dier dat de plant heeft gegeten) dood gaat, stopt de opname van koolstof en vervalt het koolstof-14 langzaam maar zeker: iedere 5730 jaar verdwijnt de helft. Daarom is het mogelijk om op basis van de koolstof-14 concentratie te bepalen hoe oud een object (een plant, een dier en in sommige gevallen een koolstofhoudend mineraal) is.

Maar de productie van koolstof-14 in de atmosfeer kan variëren, legt Dee uit. ‘Toch namen we altijd aan dat de productie gemiddeld genomen behoorlijk constant is. Dus als we curves maken om onze metingen mee te corrigeren middelen we waarden over ongeveer tien jaar.’ En toen vond de Japanse hoogleraar Fusa Miyake ineens een spectaculaire piek in een koolstof-14 reeks.

Boomringen

Door het tellen van boomringen (dendrochronologie) was de piek te lokaliseren in het jaar 775. In eerste instantie werd die vondst gewantrouwd. Maar toen andere labs in hun jaarring-series de ringen rond het jaar 775 gingen analyseren vonden zij dezelfde piek, in de VS, Rusland, Nieuw Zeeland, Nederland en andere plaatsen. ‘Het was een wereldwijd fenomeen’, zegt Dee. ‘In dat jaar steeg de concentratie koolstof-14 met zo’n 1,2 procent, terwijl de normale jaarlijkse variatie 0,1 tot 0,2 procent is.’ De toename in koolstof-14 is te zien in al het plantaardig materiaal van dat jaar, in iedere analyse springt de waarde eruit.

Het mooie hiervan is dat de piek een vast punt is, legt Dee uit: ‘Als we bijvoorbeeld een houten balk vinden in een structuur uit de achtste eeuw, en er zit in dat hout een jaarring met die piek, dan kunnen we vanaf dat punt doortellen tot de buitenkant van de boom. Op die manier weten we wanneer die boom is gekapt en dus wanneer de structuur is gebouwd.’ Nadat haar eerste ontdekking was bevestigd vond Miyake weer een piek, in het jaar 994. Daarna zijn door andere labs nog twee pieken gevonden.

Farao's

Het zijn opwindende ontdekkingen, vertelt Dee. Als we nog wat meer pieken vinden kan dat ons begrip van het verleden op revolutionaire wijze veranderen. ‘We hebben bijvoorbeeld dagelijkse geschriften uit de Maya-periode die samen zo’n duizend jaar omspannen. Maar we hebben geen manier om die geschriften te koppelen aan de kalender.’ Die koppeling is te leggen wanneer één jaar uit die periode van duizend jaar met absolute zekerheid is te dateren. Een koolstof-14 piek ergens in die periode, die is gedateerd via dendrochronologie en aanwezig is in hout van de Maya’s, kan de hele geschiedschrijving van die beschaving ontsluiten. ‘Hetzelfde geldt voor de Egyptische farao’s, we hebben papyrus documenten met gedetailleerde beschrijvingen van ieder regeringsjaar, maar we weten niet precies wanneer zij regeerden. Een piek in organisch materiaal geassocieerd met van één van die farao’s geeft ons een exact jaartal, dat we kunnen gebruiken om de hele dynastie te dateren.’

Voor zijn ERC project onderzoekt Dee deze nieuwe mogelijkheden vanuit diverse perspectieven. ‘Een postdoc gespecialiseerd in data analyse onderzoekt nu de ruwe meetgegevens van koolstofdateringen in boomringen, om aanwijzingen voor nieuwe pieken te vinden. Een andere postdoc onderzoekt organisch materiaal van historische locaties, om te zien of er pieken aanwezig zijn die we kunnen gebruiken voor een exacte datering.’ Verder onderzoekt een promovendus wat die pieken in koolstof-14 kan hebben veroorzaakt. En daar wordt het project een beetje verontrustend.

Lichtshow

‘Wat het ook was, het moet een grote toename hebben veroorzaakt van het aantal kosmische deeltjes dat in onze atmosfeer terechtkwam. Als zoiets nu gebeurde, zou dat alle satellieten uitschakelen. Ze raken beschadigd, of hun elektronica wordt totaal vernield. Dat zou de maatschappij compleet tot stilstand brengen. Bovendien zou zo’n bombardement van kosmische deeltjes ook de elektronische systemen van vliegtuigen op grote hoogte aantasten.’ Het goede nieuws is dat we op de grond geen directe last van hebben van die kosmische deeltjes. ‘We zouden vooral een grote lichtshow zien, waarbij het noorderlicht mogelijk overal op aarde is te zien’, zegt Dee.

Zoiets gebeurde in 1859: het noorderlicht was zichtbaar in zuidelijke streken, zoals op Hawaii en in het Caraïbisch gebied. ‘Dat werd veroorzaakt door de krachtigste zonnestorm die ooit is waargenomen. En toch zien we geen effecten op de koolstof-14 concentratie in dat jaar, dus blijkbaar is zo’n storm nog niet sterk genoeg om de pieken te verklaren.’ Astrofysici discussiëren daarom nog steeds over de oorzaak van die pieken – was het extreme zonne-activiteit, of misschien een enorme uitbarsting elders in de Melkweg? ‘Mijn promovendus probeert de bekende pieken te correleren met de activiteit van de zon. Als we weten wat die pieken veroorzaakt, kunnen we wellicht iets bedenken om onze satellieten te beschermen.’

Terug naar de pieken in de archeologie. We kunnen daarmee de onzekerheid van een datering verminderen, van een paar decennia naar het exacte jaar. Maar waarom is dat belangrijk? Het antwoord op die vraag staat in de meest recente publicatie waar Dee bij betrokken was. Het verscheen op 6 december in Science Advances. ‘We hebben verkoolde mais en andere monsters gedateerd uit nederzettingen van de oorspronkelijke Amerikaanse bevolking in de buurt van het Grote Meren gebied’, legt Dee uit.

Kolonisten

Archeologen onderzoeken al langer de veranderingen binnen de gemeenschappen van Irokezen in de periode van de elfde tot de zeventiende eeuw. Zij zagen dat in de tweede helft van de vijftiende eeuw kleine nederzettingen in grotere dorpen overgingen, voordat er sprake was van beïnvloeding door Europese kolonisten. ‘In ons artikel laten we zien dat de datering van deze gebeurtenissen, wat gebeurde aan de hand van klassieke archeologisch informatie zoals de vondst van glazen kralen die door de Europeanen zijn meegenomen, niet klopt. We hebben de veranderingen in de leefwijze van de Irokezen vijftig jaar vooruit geschoven.’

De bijdrage van Dee aan dit onderzoek lag in een aantal dateringen en de analyse van de resultaten van die dateringen. Hoewel er in deze periode geen piek bekend is die absolute datering mogelijk maakt, wisten de onderzoekers de archeologische datering toch bij te stellen. Dit levert een radicale nieuwe visie op voor de geschiedenis van de zestiende eeuw en het effect dat contact met Europeanen had op de Irokezen.

Dus het zoeken naar nieuwe pieken is belangrijk: het kan onze interpretatie van het verleden veranderen. Dee hoopt dan ook dat er binnenkort meer pieken worden gevonden. ‘Je wilt er niet te veel, anders is het lastig ze van elkaar te onderscheiden. Eentje elke paar honderd jaar is ideaal’, zegt hij. Maar dat betekent ook dat de eerstvolgende piek-producerende maar ook satelliet-beschadigende uitbarsting van kosmische deeltjes misschien niet ver weg is.