Altersbestimmung in der Archäologie: Forscher verfeinern Radiokarbon-Methode

Ob Knochen oder ein Stück Holz: Die Radiokarbondatierung ermöglicht die Altersbestimmung archäologischer Objekte und gibt damit einen Einblick in eine längst vergangene Zeit. Jetzt ist es Forschern gelungen, sie zu präzisieren - mit Hilfe eines japanischen Sees.

Altersbestimmung von Fossilien: See liefert Kalibrierwerkzeug Fotos
dapd/ Christopher Bronk Ramsey

Unsere Entstehungsgeschichte fasziniert die Menschen seit jeher: Wer waren unsere Vorfahren? Wie ernährten sie sich, wie kommunizierten und jagten sie? In Zukunft werden Archäologen und Paläontologen zumindest auf die Frage nach dem Alter von Fundstücken aus der menschlichen Vergangenheit genauere Antworten geben können. Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, die in der Wissenschaft unverzichtbare Radiokarbonmethode zu präzisieren.

Die Technik kommt zum Einsatz, wenn Forscher das Alter von kohlenstoffhaltigen Verbindungen wie Knochen oder Holz untersuchen wollen. Sie basiert auf dem Zerfall eines bestimmten Kohlenstoff-Isotops, des C-14, das in den oberen Schichten der Atmosphäre entsteht. Menschen, Tiere und Pflanzen nehmen es auf, solange sie leben. Anschließend zerfällt die Kohlenstoffvariante mit der Zeit in genau festgelegten Raten. Andere Kohlenstoffvarianten hingegen, die Isotope C-12 und C-13, bleiben stabil. Bestimmt man in einer Probe das Verhältnis des stabilen C-12 zu dem noch vorhandenen C-14-Gehalt, kann man somit ihr Alter errechnen.

Da die Menge von C-14 in der Atmosphäre - und damit die Ausgangsmenge vor dem Zerfall - nicht immer und überall auf der Erde gleich war, müssen Wissenschaftler ihre C-14-Werte jedoch kalibrieren. Dazu brauchen sie organisches Material, dessen Alter genau bekannt ist.

Um dieses Wissen zu erweitern, untersuchte das Team um Christopher Bronk Ramsey von der britischen Oxford-Universität Bohrkerne des japanischen Suigetsu Sees. An dessen Grund lagert sich Jahr für Jahr organisches Material ab, so dass sich regelmäßige Schichten bilden - ähnlich wie Jahresringe von Bäumen. Da der See sehr ruhig und zudem sauerstoffarm am Boden ist, blieben diese Schichten für Tausende von Jahren ungestört und können einem bestimmten Jahr zugeordnet werden.

Blick 53.000 Jahre in die Vergangenheit

Indem sie die C-14-Anteile in den einzelnen Schichten bestimmten, konnten die Forscher Richtwerte schaffen, an denen sich Wissenschaftler in Zukunft orientieren können. Die neuen Daten würden vor allem bei der Untersuchung von Objekten helfen, die älter als 12.500 Jahre sind, berichtet das Team im Wissenschaftsmagazin "Science". Für diesen Zeitraum gebe es nur ungenaue Daten. Zudem reichen die neuen Daten etwa 53.000 Jahre zurück und somit über 40.000 Jahre weiter, als vergleichbare Werte bisher, heißt es.

Bisher beziehen sich Archäologen bei ihren Messungen vor allem auf Bäume, deren Alter sich ebenfalls genau bestimmten lässt. Das Baumringarchiv reicht allerdings nur etwa 12.500 Jahre zurück. Für frühere Zeiten beruhen die vorhandenen Kalibrationskurven vor allem auf C-14-Messungen aus marinen Quellen, etwa Korallen oder Sedimenten. Weil der C-14-Gehalt in den Ozeanen nicht direkt dem in der Atmosphäre entspricht, sind diese Messungen allerdings mit vielen Unsicherheiten behaftet. Mit den Pflanzenablagerungen aus dem See liegen nun auch genauere Daten aus terrestrischem Material vor.

Völlig neu berechnen müsse man bisherige Altersangaben nun aber nicht. "In den allermeisten Fällen sind die Radiokarbongehalte, die aus marinen Sedimenten oder anderen Quellen abgeleitet worden sind, nicht sehr falsch", sagte Ramsey. Korrekturen vorhandener Daten würden sich im Rahmen von einigen hundert Jahren bewegen. Archäologen könnten mit Hilfe der Daten zum Beispiel den Zeitpunkt genauer festlegen, an dem die Neandertaler ausgestorben sind, oder besser verfolgen, wann sich die modernen Menschen in Europa ausgebreitet haben. Klimaforscher könnten besser nachvollziehen, wie sich Gletscher während der letzten Eiszeit verändert haben.

irb/dpa

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Archäologische Methoden der Datierung
Radiokarbondatierung
Das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 wird in der Atmosphäre ständig durch kosmische Strahlung erzeugt und gelangt in Form von Kohlendioxid (CO2) in die Biosphäre. Pflanzen, die CO2 aufnehmen, werden von Tieren und Menschen gegessen. Sie enthalten eine niedrige Aktivität, die überall und über lange Zeiträume gleich ist. Stirbt ein Lebewesen, nimmt es kein C-14 mehr auf und die Aktivität klingt in 5730 Jahren um die Hälfte ab. Je älter ein Fund, desto geringer seine Aktivität. Man kann damit bis zu einem Alter von circa 50.000 Jahren datieren.
Lumineszenzdatierung
Sie beruht auf einem Strahlenschaden durch die fast überall vorhandenen radioaktiven Elemente Uran, Thorium und Kalium. Die Halbwertszeiten der Radionuklide dieser Elemente sind so lang, dass man von einem konstanten Radioaktivitätspegel ausgehen kann. Als Sensoren für die Strahlenschäden verwendet man meist Quarz und Feldspäte, die in Keramik und in Sedimenten immer vorhanden sind. Diese Minerale senden Licht aus, wenn sie erhitzt werden (Thermolumineszenz) oder beleuchtet werden (optisch stimulierte Lumineszenz). Je älter die Keramik, desto stärker das Leuchten.
Stratigraphie
Über die Stratigraphie wird das Alter eines Gegenstands anhand der Erdschicht bestimmt, in der er vorgefunden wurde. Die Schichten (lateinisch Straten) entstehen durch natürliche Ablagerungen und menschliche Aktivitäten. Die Stratigraphie kann deshalb gut mit den anderen Methoden kombiniert werden. Wurde beispielsweise ein Holzstück mit der C-14-Methode präzise datiert, kennt man auch das Alter eines Fundstücks, das in direktem Zusammenhang in derselben Erdschicht lag.

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