MoM | Koolstofdateringen: Reservoireffecten

Tipasa: opgraving aan zee

Zoals gezegd zorgt het iets grotere gewicht van het koolstof-14-atoom voor licht afwijkend gedrag van dat atoom, waardoor een datering te oud of te jong kan uitvallen. We hebben gezien dat hiervoor valt te corrigeren. Daarmee zijn echter nog niet alle processen ondervangen die ervoor zorgen dat een organisch voorwerp aangerijkt of verarmd raakt met koolstof-14. Eén van die processen is het reservoireffect: de omgeving kan functioneren als een plaatselijk reservoir van extra koolstof-14, of juist een tekort daaraan, wat leidt tot verkeerde dateringen.

Neem hard water met veel kalk. Kalksteen is eigenlijk een organisch materiaal(skeletresten van micro-organismen) en kan miljoenen jaren oud zijn, waardoor het vrij is van koolstof-14. Dat is allemaal allang radioactief vervallen. Wanneer de kalk oplost in water of wordt meegenomen door een rivier, kan een gebied ontstaan waarin alle levende wezens minder koolstof-14 bevatten dan normaal. Er is dus sprake van verarming. Dateringen vallen te oud uit.

Veel omvangrijker is het mariene reservoireffect. Het oppervlaktewater van de oceanen neemt vers koolstof-14 op in de vorm van koolzuurgas. Via plankton en weekdieren komt het zo in de voedselketen terecht. In de oceanen vindt een ingewikkeld proces plaats van stromingen, waarbij grote watermassa’s de diepzee in duiken. In de loop van die “duik” veroudert het water, raakt het zijn koolstof-14 kwijt en komt het enkele honderden tot duizenden jaren later als “oud water” weer aan de oppervlakte waar het – in termen van koolstofdateringen – het “jonge” oppervlaktewater veroudert. Als gevolg daarvan is alle zeeleven tientallen tot duizenden jaren ouder dan een naïeve koolstofdatering suggereert, wat gevolgen heeft voor bijvoorbeeld het onderzoek naar schelpdieren, walvisbaleinen en zeehondenbotten.

Een afgeleide van het mariene reservoireffect is het reservoireffect op het zuidelijk halfrond. De luchtcirculaties van het noordelijk en zuidelijk halfrond mengen nauwelijks met elkaar en dat zorgt ervoor dat het verschil in koolstof-14-gehalte tussen noord en zuid gehandhaafd blijft. De lucht in het zuidelijk halfrond, waar de oceanen een groter oppervlak hebben dan op het noordelijke, bevat namelijk significant minder koolstof-14. Alles op het zuidelijk halfrond is zo’n dertig jaar ouder dan op het noordelijke, uitgedrukt in koolstof-14-termen en daarom zijn er ook twee kalibratiecurven.

Reservoireffecten zijn lastig omdat ze plaatselijk spelen. Een riviertje dat door oeroud kalksteen stroomt, kan overal stroomafwaarts effect sorteren. Bovendien kan het effect bij elke samenvloeiing met een andere waterstroom weer veranderen.

Toch lukt het vaak om ook hiervoor te corrigeren, meestal door vergelijking. Wanneer een archeoloog bijvoorbeeld materiaal uit zee vindt in een nederzetting op de kust, dan kan hij het vergelijken met landmateriaal uit dezelfde opgraving. Naast een schelp legt hij dus houtskool. Zo kan hij bepalen hoe groot ter plekke het verschil is tussen organisch materiaal uit zee en van het land.

Wereldwijd bestaan databases per regio en per materiaal, waarin is vastgelegd hoe groot welk reservoireffect is. Die databases worden voortdurend geactualiseerd en verfijnd. Als een onderzoeker het laboratorium voldoende kan vertellen over de herkomst van een monster zal een lab weten te corrigeren.

Resteert nog één complicatie: organisch materiaal kan ook na de dood worden aangerijkt.

[Oorspronkelijk hier te vinden op de blog van Richard Kroes; wordt vervolgd]