- De koolstof-14 dateringsmethode is bruikbaar voor objecten tot circa 60 duizend jaar oud.
- De methode is gebaseerd op het radioactieve verval van koolstof-14, ook wel geschreven als C-14
- Voor objecten ouder dan 50 tot 60 duizend jaar zijn er alternatieven gebaseerd op het verval van kalium-40, uranium-235, uranium-238, thorium-232 en anderen met een lange halveringstijd
Iedereen heeft wel eens gelezen over fascinerende archeologische ontdekkingen. Er vindt een opgraving plaats, allerlei interessante objecten worden opgegraven, waarna een archeoloog triomfantelijk vertelt dat een botje ongeveer 5000 jaar oud is. Maar hoe weet die man dat?
Soms zijn er historische aanwijzingen zoals een bepaalde bouwstijl van een grafmonument, of een inscriptie in steen of ander materiaal. Maar als dat alles niet voldoende overtuigend is, is er gelukkig nog de natuurkunde. Die biedt ons de zogenoemde koolstof-14 methode waarmee objecten tot een ouderdom van ongeveer 60 duizend jaar nog betrouwbaar kunnen worden gedateerd, als ze van biologische oorsprong zijn. Dus plantenresten, botten, kleding, hout en dergelijke kunnen ermee worden gedateerd.
De bron van koolstof-14 (C-14): Straling uit de ruimte
Iedere dag komt er kosmische straling, straling uit de ruimte in de atmosfeer van de Aarde terecht. Daar kunnen we niets aan doen. Iedereen op deze planeet wordt per uur een paar honderdduizend keer geraakt door kosmische straling. Het gebeurt ook wel dat de kosmische straling botst met een deeltje in de atmosfeer. Wanneer een atoom in de atmosfeer zo geraakt wordt, kan er een secondaire straling vrij komen in de vorm van een klein deeltje, een energierijk neutron. Dit neutron kan op zijn beurt weer botsen met een stikstof atoom. Zoals bekend bestaat de lucht om ons heen ongeveer voor 80% uit stikstof. Na zo'n botsing met een stikstofatoom kan een stikstof-15 atoom ontstaan (bevat 7 protonen en 8 neutronen). Dit radioatieve atoom vervalt weer tot koolstof-14 (6 protonen, 8 neutronen) en een waterstof atoom (1 proton, nul neutronen). C-14 is radioactief, met een halveringstijd van 5730 jaar.
Belangrijk is te onthouden dat C-14 continu aangemaakt wordt via een hele reeks processen, die door de kosmische straling in gang worden gehouden.
Koolstof-14 zit in alle levende wezens
De C-14 die uit kosmische straling is ontstaan, reageert met zuurstof en vormt kooldioxide, wat ook wel koolzuurgas wordt genoemd. Dit gas wordt door planten opgenomen in het fotosynthese proces. Mensen en en dieren eten planten en nemen dus indirect ook kooldioxide op, met het radioactieve C-14.
Van alle soorten koolstof op de Aarde komt het 'normale' koolstof, koolstof-12 (C-12), het meeste voor. C-12 is niet radioactief. Het radioactieve C-14 vormt maar een hele kleine fractie van alle koolstof op de wereld, maar het is wel te meten in de lucht en in alle levende wezens.
Zoals alle radioactieve elementen vervalt koolstof-14 (C-14) en heeft een zogenoemde halveringstijd van ongeveer 5730 jaar. Als je een paar gram C-14 hebt, en je wacht 5730 jaar, dan is de helft vervallen en dus niet meer radioactief.
De verhouding C-12 tot C-14 in de lucht is constant en is dat ook in alle levende wezens. De C-14 atomen vervallen wel, maar ze worden steeds weer vervangen door nieuwe C-14 die door de kosmische straling wordt aangemaakt.
Het dateren, een formule
Zodra een levend wezen sterft, houdt het op met koolstof op te nemen. De verhouding C-12 tot C-14 op dat moment is het zelfde als voor ieder levend wezen, maar de C-14 vervalt en wordt niet meer vervangen. De C-14 vervalt met halveringstijd 5730 jaar, terwijl de hoeveelheid C-12 gelijk blijft. door nu naar de verhouding van C-12 tot C-14 te kijken en dat te vergelijken met de verhouding in een levend wezen, is het mogelijk de ouderdom (t) van het te dateren object (bot, stuk hout etc.) vrij nauwkeurig te bepalen.
Een formule hiervoor is:
t = ln (Nt/No) x t1/2 / (-0.693)
Hierin is ln de natuurlijke logaritme, Nt/No is het percentage koolstof-14 in het monster vergeleken met de hoeveelheid die in levend weefsel wordt aangetroffen en t1/2 is de halfveringstijd van C-14 (5730 jaar).
Stel je hebt een fossiel dat maar 10 procent C-14 bevat van wat een levend exemplaar zou moeten bevatten, dan is de ouderdom als volgt te berekenen:
t = ln (0.10) x 5730 / (-0.693) jaar
t = (-2.303) x 5730 / (-0.693) jaar
t = 19040 jaar oud
Dateren van héél oude objecten
De halveringstijd van C-14 is ongeveer 5730 jaar. Voor objecten ouder dan ongeveer 60 duizend jaar is deze methode niet goed te gebruiken, de hoeveelheid C-14 is dan erg klein geworden. Echter in deze gevallen kan men andere stoffen voor de analyse gebruiken met veel grotere halveringstijden. Het principe blijft dan het zelfde. Voorbeelden van een bruikbaar element is kalium-40 dat ook in ons lichaam voorkomt (halveringstijd 1,3 miljard jaar).
Waar wordt C-14 datering in Nederland gedaan?
"Vroeger" werd de zogenoemde koolstof-14 (C-14) datering op diverse plaatsen in Nederland uitgevoerd, ondermeer in Petten bij NRG (destijds ECN-Nucleair). De C-14 datering is echter een bewerkelijke en dus dure zaak, die alleen rendabel voor bedrijven is als er voldoende daterings-opdrachten zijn. Omdat deze opdrachten niet zo talrijk zijn, zijn veel universiteiten en bedrijven zoals NRG gestopt met de dateringen.
Er is in ieder geval nog 1 plek waar men in Nederland terecht kan voor C-14 datering:
Het centrum voor koolstofdateringen is tegenwoordig de Rijks Universiteit van Groningen. Het Centrum voor IsotopenOnderzoek (CIO) van de universiteit heeft bovendien bijgedragen aan de ontwikkeling van deze methode. Het adres van het CIO is:
Nijenborgh 4, 9747 AG Groningen, tel 050-3634760, fax 3634738
Webadres: www.cio.phys.rug.nl
