Neue Studie Zu Kohlenstoffdatierungsisotopen

Dank fossiler Brennstoffe ist Carbon Dating in Gefahr. Ein Wissenschaftler kann eine einfache Lösung haben | Wissenschaft

Vor 70 Jahren entwickelte der amerikanische Chemiker Willard Libby eine geniale Methode zur Datierung organischer Materialien. Seine als Kohlenstoffdatierung bekannte Technik revolutionierte die Archäologie.

Jetzt konnten Forscher das Alter jedes Objekts aus organischem Material genau berechnen, indem sie beobachteten, wie viel von einer bestimmten Form von Kohlenstoff noch übrig war, und dann rückwärts berechnen, um festzustellen, wann die Pflanze oder das Tier, von dem das Material stammte, gestorben war. Diese Technik, die Libby 1960 den Nobelpreis einbrachte, hat es Forschern ermöglicht, Datum Tattoos auf alten Mumien , stellen Sie fest, dass eine britische Bibliothek einen der ältesten Korane der Welt enthielt, und stellen Sie fest, dass das meiste Elfenbein von Elefanten stammt, die in den letzten drei Jahren getötet wurden.



Heute droht die Menge an Kohlendioxid, die Menschen in die Erdatmosphäre pumpen, die Genauigkeit dieser Technik für zukünftige Archäologen mit Blick auf unsere eigene Zeit zu verfälschen. Das liegt daran, dass fossile Brennstoffe heute das Radiokohlenstoff-Zeitalter neuer organischer Materialien verschieben können, sodass sie schwer von alten zu unterscheiden sind. Zum Glück veröffentlichte Forschung gestern in der Zeitschrift Umweltforschungsbriefe bietet eine Möglichkeit, Libbys Arbeit zu retten und diese wichtige Datierungstechnik wiederzubeleben: Schauen Sie sich einfach ein anderes Kohlenstoffisotop an.



Ein Isotop ist eine Form eines Elements mit einer bestimmten Anzahl von Neutronen, die die subatomaren Teilchen sind, die sich im Kern eines Atoms befinden und keine Ladung haben. Während die Anzahl der Protonen und Elektronen in einem Atom bestimmt, um welches Element es sich handelt, kann die Anzahl der Neutronen zwischen verschiedenen Atomen desselben Elements stark variieren. Fast 99 Prozent des gesamten Kohlenstoffs auf der Erde besteht aus Kohlenstoff-12, was bedeutet, dass jedes Atom 12 Neutronen in seinem Kern hat. Das Hemd, das Sie tragen, das eingeatmete Kohlendioxid und die Tiere und Pflanzen, die Sie essen, bestehen alle hauptsächlich aus Kohlenstoff-12.

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Kohlenstoff-12 ist ein stabiles Isotop, was bedeutet, dass seine Menge in jedem Material Jahr für Jahr, Jahrhundert für Jahrhundert gleich bleibt. Libbys bahnbrechende Radiokarbon-Datierungstechnik untersuchte stattdessen ein viel selteneres Kohlenstoffisotop: Kohlenstoff-14. Im Gegensatz zu Kohlenstoff-12 ist dieses Kohlenstoffisotop instabil und seine Atome zerfallen über einen Zeitraum von Tausenden von Jahren in ein Stickstoffisotop. Neuer Kohlenstoff-14 wird jedoch in der oberen Atmosphäre der Erde mit konstanter Geschwindigkeit produziert, wenn die Sonnenstrahlen auf Stickstoffatome treffen.



Die Radiokohlenstoff-Datierung nutzt diesen Kontrast zwischen einem stabilen und einem instabilen Kohlenstoffisotop. Während ihres Lebens nimmt eine Pflanze durch Photosynthese ständig Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf. Tiere wiederum verbrauchen diesen Kohlenstoff, wenn sie Pflanzen essen, und der Kohlenstoff breitet sich über den Nahrungskreislauf aus. Dieser Kohlenstoff besteht aus einem konstanten Verhältnis von Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14.

Wenn diese Pflanzen und Tiere sterben, nehmen sie keinen Kohlenstoff mehr auf. Von diesem Zeitpunkt an wird die Menge an Kohlenstoff-14 in Materialien, die von der Pflanze oder dem Tier übrig bleiben, im Laufe der Zeit abnehmen, während die Menge an Kohlenstoff-12 unverändert bleibt. Um ein organisches Material mit Radiokarbon zu datieren, kann ein Wissenschaftler das Verhältnis von verbleibendem Kohlenstoff-14 zu unverändertem Kohlenstoff-12 messen, um zu sehen, wie lange es her ist, dass die Quelle des Materials gestorben ist. Durch die fortschreitende Technologie konnte die Radiokarbon-Datierung in vielen Fällen innerhalb weniger Jahrzehnte genau werden.

Die Kohlenstoffdatierung ist eine hervorragende Möglichkeit für Archäologen, die natürlichen Zerfallswege von Atomen zu nutzen. Leider sind die Menschen kurz davor, die Dinge durcheinander zu bringen.



Der langsame, stetige Prozess der Bildung von Kohlenstoff-14 in der oberen Atmosphäre wurde in den letzten Jahrhunderten in den Schatten gestellt durch Menschen, die Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen in die Luft spucken. Da fossile Brennstoffe Millionen von Jahren alt sind, enthalten sie keine messbare Menge an Kohlenstoff-14 mehr. Während Millionen Tonnen Kohlenstoff-12 in die Atmosphäre gelangen, wird das konstante Verhältnis dieser beiden Isotope gestört. In einer im letzten Jahr veröffentlichten Studie wies die Physikerin Heather Graven vom Imperial College London darauf hin, wie diese zusätzlichen Kohlenstoffemissionen die Radiokohlenstoffdatierung verzerren werden.

Bis 2050 werden neue Proben von organischem Material anscheinend das gleiche Radiokohlenstoff-Datum haben wie Proben von vor 1.000 Jahren, sagt Peter Köhler , der Hauptautor der neuen Studie und Physiker am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung. Die anhaltenden Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe werden die Verhältnisse noch weiter verzerren. 'In ein paar Jahrzehnten werden wir nicht mehr unterscheiden können, ob wir ein Radiokohlenstoff-Alter herausbekommen oder Kohlenstoff aus der Vergangenheit oder der Zukunft stammen könnten', sagt Köhler.

Inspiriert von Gravens Forschungen wandte Köhler seine Aufmerksamkeit dem anderen natürlich vorkommenden stabilen Kohlenstoffisotop zu: Kohlenstoff-13. Obwohl Kohlenstoff-13 etwas mehr als 1 Prozent der Erdatmosphäre ausmacht, nehmen Pflanzen ihre größeren und schwereren Atome bei der Photosynthese viel langsamer auf als Kohlenstoff-12. Daher ist Kohlenstoff-13 in sehr geringen Mengen in den fossilen Brennstoffen enthalten, die aus Pflanzen und den Tieren, die sie essen, hergestellt werden. Mit anderen Worten, die Verbrennung dieser fossilen Brennstoffe lässt auch den atmosphärischen Gehalt an Kohlenstoff-13 in den Schatten stellen.

Durch die Messung, ob diese Kohlenstoff-13-Werte in einem Objekt, das mit Radiokohlenstoff datiert wird, verzerrt sind, könnten zukünftige Wissenschaftler dann wissen, ob die Kohlenstoff-14-Werte des Objekts durch Emissionen fossiler Brennstoffe verzerrt wurden. Ein niedriger als erwarteter Kohlenstoff-13-Gehalt in einem Objekt würde als Warnsignal dafür dienen, dass sein Radiokarbon-Datum nicht vertrauenswürdig ist. Forscher könnten dann das Datum ignorieren und andere Methoden zur Datierung des Objekts ausprobieren.

„Man sieht deutlich, dass, wenn man einen Effekt auf den Carbon-14 hat, der einem eine ziemlich problematische Alterssignatur geben würde, man diese Signatur auch in Carbon-13 hat“, sagte Köhler. 'Daher können Sie Carbon-13 verwenden, um zu unterscheiden, ob der Radiokohlenstoff betroffen und daher falsch ist oder nicht.'

Köhler räumt ein, dass seine Technik für Materialien aus Tiefseegebieten, in denen Kohlenstoff nur langsam mit dem Rest der Atmosphäre ausgetauscht wird, nicht funktionieren würde, aber er glaubt, dass sie zukünftigen Archäologen helfen wird, die Überreste unseres umweltverschmutzenden Zeitalters zu sortieren.

Die Paläoklimatologin Paula Reimer von der Queen's University weist darauf hin, dass die Messung von Kohlenstoff-13 oft nicht notwendig ist, da Archäologen normalerweise die Sedimentschicht, in der ein Objekt gefunden wurde, verwenden können, um sein Alter zu überprüfen. Aber für Objekte, die in Gebieten gefunden werden, in denen die Erdschichten nicht klar sind oder nicht richtig datiert werden können, könnte diese Technik als zusätzliche Überprüfung dienen. Köhlers Arbeit 'liefert eine gewisse Gewissheit, dass [Radiocarbon-Datierung] auch in Zukunft für einzelne Proben nützlich bleiben wird, sagt Reimer.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde um die Zugehörigkeit von Peter Köhler aktualisiert.



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