Kulstof-14: Atomer afslører nyt om os og vores fortid
Kulstof-14-datering er arkæologernes yndlingsmetode til at aldersbestemme deres fund. Men metoden kan bruges til meget mere. Kom med på en rejse fra Grønland til det Ægæiske Hav, fra ålandske kirker til italienske vine og fra vikingernes gravpladser til et retsmedicinsk laboratorium.

 

Datering ved hjælp af kulstof-14 er en metode, de fleste danskere sikkert har hørt om. Metoden har været brugt i over 60 år og anses i dag for at være en standardmetode for arkæologerne til at bestemme alderen på hovedsageligt organisk materiale.

I metodens barndom måtte man ødelægge store mængder prøvemateriale (for eksempel en hel lårbensknogle) for at kunne bestemme alderen ved hjælp af kulstof-14. Men i dag kan man ved at bruge en atomaccelerator – som den, vi arbejder med ved AMS 14C Dateringscenteret ved Aarhus Universitet – nøjes med prøvemængder tusind gange mindre. Kun omkring et milligram kulstof skal vi bruge.

Kort fortalt sorterer atomacceleratoren de forskellige varianter af kulstof (kulstofisotoper) efter deres masse og måler, hvor meget kulstof-14 der er i forhold til de andre kulstof-isotoper. Jo mindre af den oprindelige koncentration af kulstof-14, der er tilbage, desto ældre er prøven.

Kulstof-14-metoden er blevet udviklet, så det i dag ikke kun er materialer fra den fjerne fortid, vi kan datere med metoden – og heller ikke kun organiske materialer. Det illustreres af det følgende eksempel fra middelalderen og handler om datering af kirker på Ålandsøerne i Finland. Eksemplet fortæller os samtidig, hvorfor man kan bruge kulstof-14 til datering.

Mørtel afslører kirkens alder

Det har altid været en gåde, hvor gamle kirkerne på Ålandsøerne er. Der er ingen skriftlige kilder, og derfor er det oplagt at bruge naturvidenskabelige metoder.

I begyndelsen af 1990’erne tog den finske arkæolog og kunsthistoriker med speciale i Ålands kirker, Åsa Ringbom, initiativ til at datere tømmeret fra kirkernes tagkonstruktioner med såkaldt dendrokonologi (som er analyse og tælling af årringe i træet) og kulstof-14.

Resultaterne var skuffende – de viste for eksempel, at hvert andet tagspær var udskiftet på ét tidspunkt og de øvrige på et andet. Råd og brand betød, at intet af tømmeret kunne bruges til at aldersbestemme de ældste bygningsdele, typisk hovedskibet.

I stedet fik Åsa Ringbom sammen med en finsk fysiker Högne Jungner den idé, at man kunne prøve at datere mørtelen i kirkemurene med kulstof-14-metoden. I modsætning til tømmeret i kirkerne er mørtelen mellem stenene i kirkemurene den samme, som da kirkerne blev bygget.

Mørtelprøver gav et grundlag for at datere kikernes alder

Selvom kulstof-14-metoden normalt bruges på organiske materialer, for eksempel knogler og træ, kan man med den rette teknik faktisk godt kulstof-14-datere mørtel. Det kræver en atomaccelerator, da det er nødvendigt at nøjes med de små prøver, der fremkommer efter omhyggelig mekanisk og kemisk udvælgelse af det mest velegnede materiale. Det var derfor et oplagt samarbejdsprojekt for AMS 14C Dateringscenteret.

I et internationalt forskningsprojekt foretog vi over 1.000 dateringsmålinger på forskellige kemiske fraktioner af cirka 200 mørtelprøver fra kirkerne på Ålandsøerne, og vi fik dermed et solidt grundlag for at afgøre kirkernes alder.

Resultaterne viste, at kirkerne er meget gamle – nogle af kirkerne er fra slutningen af 1200-tallet. For nogle arkæologer var det en overraskelse, da der har været – og fortsat er – en heftig diskussion i arkæologikredse om disse kirkers oprindelse. For andre arkæologer støttede resultaterne deres teorier om kirkernes alder, og deres sag blev således betragteligt styrket af de naturvidenskabelige beviser.

For halvdelen af mørtelprøverne havde vi i øvrigt uafhængige kontroldateringer fra dendrokronologien eller fra historiske kilder. Og i 96 % af disse tilfælde ramte kulstof 14-dateringen plet. Det var en vigtig bekræftelse af mørtel-dateringens pålidelighed, og projektet gav os – udover årstal på kirkerne – også værdifuld erfaring omkring mørteldatering, som vi har kunnet anvende i andre sammenhænge som for eksempel romerske ruiner rundt omkring i Europa.

Sådan virker kulstof-14-metoden

Fakta

Denne artikel stammer fra bogen '25 søforklaringer - Naturvidenskabelige fortællinger fra Søauditorierne'. Bogen bringes i samarbejde med Aarhus Universitetsforlag. Køb bogen her.

Men hvorfor kan man datere mørtel – og andre materialer – med kulstof-14-metoden?

Når man bygger en mur, vil den fugtige mørtel hærde ved at optage CO2 fra luften og danne den hårde kalk, der virker som bindemiddel. En lille del af denne CO2 indeholder det radioaktive kulstof-14 atom (som skrives 14C på fagsproget). Der er faktisk kun ét molekyle CO2 med kulstof-14 for hver 1.000 milliarder 'almindelige' CO2-molekyler.

Kulstof-14-atomerne stammer fra de øverste lag af atmosfæren. Her rammes den tynde luft af en strøm af energirige partikler fra verdensrummet – den såkaldte kosmiske stråling.
På grund af dette bombardement omdannes nogle kvælstof-atomer til kulstof-14-atomer. Hvert år produceres på denne måde 7 kg kulstof-14 på jorden.

Disse kulstof-14-atomer finder hurtigt noget ilt for tilsammen at blive til et 14CO2-molekyle. Det fordeles med vindstrømmene i hele atmosfæren – på samme måde som almindeligt CO2. Derfra kan 14CO2 optages af planter eller af hærdende kalkmørtel.

Alt på jorden, der laver fotosyntese eller på anden måde optager CO2, indeholder derfor 14C. Dyr får deres kulstof fra de planter, de spiser, og dyr indeholder derfor også kulstof-14. Det samme gælder for mennesker, der spiser planter eller dyr, der har spist planter.

Kulstof-14 er radioaktivt, hvilket betyder at det henfalder

Helt generelt kan man sige, at alt, hvad der er 'i ligevægt med atmosfærens CO2', indeholder den samme koncentration af kulstof-14.

Kulstof-14 er imidlertid radioaktivt, hvilket betyder, at det henfalder til andre grundstoffer. Der forsvinder således hele tiden lidt kulstof-14. Men i atmosfæren opstår der som nævnt konstant nye forsyninger af kulstof-14. Så længe en plante laver fotosyntese, mørtelen endnu ikke er hærdet, eller et menneske lever, vil de hele tiden optage nyt kulstof-14 og derved være i ligevægt med mængden af kulstof-14 i atmosfæren.

Men når en plante eller et dyr dør, eller mørtelen er hærdet, optages der ikke længere kulstof-14. Fra det tidspunkt vil koncentrationen af kulstof-14 i den døde organisme eller i den hærdede mørtel derfor blive mindre
 og mindre, som tiden går.

Koncentrationen følger den radioaktive henfaldslov med en halveringstid på 5.730 år. Det betyder, at der efter 5.730 år kun er 50 % af de oprindelige kulstof-14-atomer tilbage. Efter 11.460 år er der kun 25 % tilbage, osv.

Atmosfærens koncentration af kulstof-14 er nogenlunde konstant. Derfor ved man omtrentligt, hvad den 'oprindelige' koncentration af kulstof-14 har været. Når man daterer mørtel fra for eksempel kirker, finder man altså ud af, hvor meget kulstof-14 der er tilbage af den oprindelige atmosfæriske koncentration på det tidspunkt, hvor mørtelen blev hård.

Fra kulstof-14-alder til kalenderår

Som nævnt i sidste afsnit er atmosfærens koncentration af kulstof-14 kun 'nogenlunde' konstant. I virkeligheden har den variereret en del i tidens løb, blandt andet fordi jordens magnetfelt og solvinden ændrer sig og dermed skærmer atmosfæren forskelligt mod den kosmiske stråling.

Da man fandt ud af det, så det ud til at udgøre et stort problem for nøjagtige dateringer. Hvis man ikke kan være sikker på at kende den oprindelige koncentration af kulstof-14, har man jo ikke noget fast holdepunkt at lave sin datering ud fra.

Princippet i datering med kulstof-14. Mens planter og dyr er i live, optager de hele tiden kulstof-14 fra luftens CO2 eller fra føden. Kulstof-14 er dog radioaktivt og henfalder. Derfor er der en ligevægt, og koncentrationen af kulstof-14 er konstant, så længe organismen er i live. Efter døden optages ikke nyt kulstof-14, og koncentrationen i planten/kroppen følger den radioaktive henfaldslov. Til dateringen måler man, hvor meget kulstof-14 der er tilbage, og man kan så aflæse, hvor meget tid der er gået siden døden. (Illustration: Bente Philippsen)

Løsningen på problemet har været at - 'kigge i facitlisten' – dvs. måle kulstof-14-alderen på en lang række prøver med kendt alder
– for derved at lave en kalibreringskurve. Denne kalibreringskurve viser den målte kulstof-14-alder på den ene akse og den virkelige alder i 'kalenderår' på den anden akse.

Når man nu måler kulstof-14-alderen af en prøve med ukendt alder, kan man på kalibreringskurven aflæse, hvilken virkelig alder i kalenderår den svarer til.

 

Små variationer i atmosfærens kulstof-14 kan hjælpe med at datere nøjagtigt

De mange prøver med kendt alder har man fået ved at datere træringe. Når man fælder et træ, kan man som bekendt se årringe på den overskårne stamme. Man kan således på et enkelt træ tælle et vist antal år tilbage
i tiden.

Og ved at sammenligne mønstrene i ringens tykkelse (som afspejler vækstbetingelserne de enkelte år) mellem træer har man kunnet lægge gamle, døde træer i forlængelse af hinanden og har derved opnået en samlet kronologi af træringe med kendt alder. De går langt tilbage i tiden: 12.500 år.

Andre 'naturlige arkiver' som for eksempel søsedimenter, hvor man kan identificere enkelte lag (varv), der repræsenterer et enkelt kalenderår, har forlænget kalibreringskurven, så den rækker hele 50.000 år tilbage i tiden.

Det har vist sig, at de små variationer i atmosfærens kulstof-14-indhold faktisk kan hjælpe os til at datere endnu mere nøjagtigt. Det gælder for eksempel et berømt vulkanudbrud, der fandt sted i bronzealderen på den græske ø Santorini.

 

Træet forkuller, men bliver stående hvor det er

For at forstå det skal vi se på et oliventræ, der døde under udbruddet (der benævnes det minoiske udbrud efter den minoiske kultur, der på øen blev begravet og 'fastfrosset' af op til 60 meter askelag fra udbruddet). Øen var i bronzealderen – som i dag – formet som en bue rundt om et gammelt vulkankrater (en såkaldt caldera), der er fyldt med havvand.

På vores tidsrejse møder vi oliventræet på kanten af dette krater, hvor det har stået trygt og godt de sidste mange årtier. De seneste dage har dog været noget anderledes. Gentagne jordskælv har advaret beboerne på øen om, at noget alvorligt er på vej. De er derfor begyndt at pakke værdigenstande og madvarer ned i bådene og forlade øen. Pludselig rumler det igen i midten af calderaen. 

En røgsøjle stiger op af havet. Som en forløber for det store udbrud spreder en eksplosion af varm aske og vanddamp et tyndt lag af pulver ud over øen. Menneskene lader de pakkede møbler ligge og skynder sig ned til bådene.

Oliventræet kan ikke flygte. Eksplosionen og varmen får bladene til at falde af og pakker dem ind i et centimetertykt støvlag under træet. Vulkanudbruddet er dog kun lige begyndt. En søjle af røg, aske og sten stiger højere og højere op og formørker solen.

Glødende hed pimpsten på størrelse med hønseæg hagler ned over oliventræet og begraver det levende under et 10-20 meter tykt askelag, som udgør de kendte hvide klinter, vi ser på Santorini i dag. Træet forkuller straks, men bliver stående, hvor det er – fuldstændig indstøbt i materiale fra den buldrende vulkan.

 

Olivengren rykker vulkanudbrud 150 år

Århundreder efter udbruddet står oliventræet stadig indpakket i et tykt lag af pimpsten. Det bløde pimpstenslag eroderes dog af vejr og vind, som tiden går, og skrænten ned mod den havfyldte caldera rykker derfor nærmere og nærmere på træet. Til sidst styrter stammen i havet.

Rekonstruktion af oliventræets placering i pimpstensvæggen på Santorini. Udbruddets forskellige faser er angivet. Den første eksplosive forløberfase af udbruddet blæste bladene af træet, og de senere faser begravede træet fuldstændigt i pimpsten. (Illustration: Walter L. Freidrich)

Nogle olivengrene sidder dog stadig støbt i pimpstensvæggen ind mod land, da ph.d.studerende i geologi Tom Pfeiffer i november 2002 besøger stedet og balancerer forsigtigt på den stejle skrænt ned mod havet 150 meter længere nede.

Han indser straks, at trækul, han finder på skrænten, kan være drysset ned fra hullerne i den hvide klint og kan stamme fra det berømte minoiske udbrud i bronzealderen. Han griber sin mobiltelefon og ringer ophidset hjem til sin vejleder, lektor Walter Friedrich, som næppe kan tro på et sådant held, men springer på det første fly til øen.

Sammen bliver de enige om at sende træstumperne af sted til AMS 14C Dateringscenteret ved Aarhus Universitet. Dateringen viser, at de forkullede rester faktisk stammer fra bronzealderen og ikke bare er rester af middelalderlige fuglefælder, som man også kan finde på Santorini.

 

Datoen for vulkanudbruddet kunne bestemmes meget nøjagtigt

Men dateringen af grenene var ikke så nøjagtig, som man kunne ønske sig. Udover den statistiske usikkerhed, som der altid er forbundet med kulstof-14-datering, havde kalibreringskurven et ret 'fladt' stykke lige i bronzealderen. Det betød, at den målte kulstof-14-alder kunne passe til et langt interval af kalender-aldre.

Derfor var det heldigt, at der blev fundet en hel, tyk gren fra oliventræet – bevaret som indstøbning i pimpstensvæggen. Ved at undersøge denne gren med røntgen kunne forskerne identificere 72 årringe. Det gav en ekstra information til dateringen, idet man nu vidste, hvor meget ældre de indre årringe var i forhold til de ydre. Grenen blev delt op i fire prøver, hvis kulstof-14-aldre blev målt.

Og nu var der pludselig kun ét sted, hvor de fire målepunkter kunne passe ind i kalibreringskurven. Dermed kunne datoen for vulkanudbruddet bestemmes meget nøjagtigt til 1613 f.Kr. ±13 år med en sandsynlighed på 95 %.

 

Flere olivengrene bliver dateret

Resultatet passede i store træk sammen med de årstal, tidligere dateringer havde antydet. De var baseret på indirekte og mindre sikker evidens fra aske i iskerner og frostskader i årringe på irske egetræer. Det var dog i modstrid med traditionelle arkæologiske dateringer, som blandt andet var baseret på fund af keramiktyper og deres forbindelse til egyptisk kultur.

Dateringen baseres dermed indirekte på den egyptiske kronologi, der er opnået ved at sammentælle regeringsårene
i de egyptiske kongerækker, som kendes fra skriftlige kilder. Ifølge arkæologerne fandt udbruddet først sted cirka 150 år senere og absolut ikke tidligere end 1520 f.Kr. De forslog derfor, at grenen kunne have været død 150 år før vulkanudbruddet.

Det lyder usandsynligt, at et oliventræ skulle kunne begraves i pimpsten 150 år, efter at det er dødt, men det endelige bevis for en levende begravelse er de perfekte olivenblade, der ligger i en koncentration i pulverasken lige under træet, mens der ingen findes nogle meter væk.

For nylig blev der fundet endnu en olivengren i pimpstensvæggen fra et træ ni meter fra det første, som også har en koncentration af blade under sig. Den bliver nu dateret i flere forskellige laboratorier, og sammen
med det første træ vil den nye gren forhåbentlig levere et endnu stærkere bevis.

 

Kulstof afslører vikingernes kostvaner

Vi har indtil nu koncentreret os om kulstof-14, men der er også interessante opdagelser at gøre ved at kigge på kulstof14-isotopens små søskende, kulstof-12 og kulstof-13. De to er ikke kun lettere end kulstof-14, de er også stabile og henfalder således ikke radioaktivt. Koncentrationen af disse typer kulstof ændrer sig derfor ikke med prøvens alder i modsætning til kulstof-14.

Til gengæld er forholdet mellem kulstof-12 og kulstof-13 forskelligt mellem land og hav. Organismer fra havet har således altid en højere koncentration af kulstof-13 end organismer fra landjorden.

Hele den ca. 1 m lange, forkullede olivengren. På en del af grenen er den yderste årring lige under barken bevaret. Den er vigtig for dateringen, da den voksede samme år som udbruddet skete. (Illustration: Walter L. Freidrich)

Kulstoffet i menneskers kroppe kommer fra maden. Man kan derfor måle, om menneskene har levet af fisk eller føde fra landjorden. Det samme kan man gøre med forhistoriske knogler. Vi kan dermed finde ud af, hvad vore forfædre har spist.

Sådanne analyser har været med til at kaste lys over gåden om nordboernes forsvinden fra Grønland.

 

Nordboerne skulle ikke have været i stand til at tilpasse sig

Sagaerne fortæller, at Erik den Røde ankom med en lille flok vikinger til Grønland år 985 eller 986, efter at han var dømt fredløs i Island. De bosatte sig og levede, som vikingerne var vant til, dvs. som bønder. Kolonien havde regelmæssig kontakt og handel med resten af Europa. Men fra midten af 1300-tallet blev kolonien mere og mere isoleret, og på et tidspunkt i 1400-tallet var den sidste nordbo forsvundet.

Der har været forskellige teorier om, hvorfor nordboerne forsvandt. De har for eksempel handlet om overgræsning af den sårbare grønlandske natur eller om angreb af epidemier, eskimoer eller engelske pirater.

Det er også blevet foreslået, at en klimaændring gjorde det umuligt at fortsætte landbruget. Nordboerne skulle ikke have været i stand til at tilpasse sig de nye betingelser og bukkede under, da de ikke længere kunne ernære sig ved landbrug.

Hypotesen kan dog nu afvises. Målinger af kulstof-13-koncentrationen på vikingernes skeletter viser, at de med tiden spiste en stadig større andel fisk og sæl, indtil 80 % af deres føde stammede fra havet. De var altså aldeles omstillingsparate.

 

Vikingerne forlod Grønland

Klimaændringerne førte dog også til,
at sejladsen til og fra Grønland blev mere besværlig. Vikingerne blev altså ikke bare tvunget til at gå på kompromis med deres identitet som bønder, men blev også afskåret fra handlen og kommunikationen med resten af Europa.

Nordboerne var trætte af at spise sæler og være isolerede på en kold ø i Nordatlanten, og de begyndte derfor lige så stille at udvandre. Skeletmaterialet viser, at det var de unge, der som de første forlod de grønlandske bosættelser.

Dermed havde kolonien ingen fremtid. Resten af vikingerne fulgte efter og forlod Grønland i løbet af 1400-tallet. Det seneste årstal i de skriftlige kilder er et bryllup i 1408, og vores seneste kulstof-14-datering af nordbo-knogler er fra cirka 1435.

 

Atombomber og årgangsvine

Kulstof-14 datering kan også bruges til at undersøge ganske nutidige ting som for eksempel årstallet på årgangsvin. At dette er muligt, kan vi faktisk takke koldkrigens våbenkapløb for.

Som allerede nævnt dannes der konstant kulstof-14 i atmosfæren, og ser man bort
fra de små svingninger, der hjalp os med at datere vulkanudbruddet på Santorini så nøjagtigt, er produktionen også nogenlunde konstant over tid.

Men som mange andre processer i naturen kan forstyrres af mennesker, gælder det også for produktionen af kulstof-14. Det skete massivt i 1960’erne, hvor prøvesprængninger af atombomber fordoblede atmosfærens indhold af kulstof-14 i løbet af få år op til 1963.

Røntgenbillede med et tværsnit af olivengrenen, hvor årringene er angivet. Længst til højre ses den yderste årring, som er dannet samme år som vulkanudbruddet har fundet sted og forkullede hele træet.

Kulstof-14-alderen af de fire sektioner af træringe (røde cirkler) lagt ind på kalibreringskurven (sorte punkter). Den vandrette afstand mellem punkterne er givet ved antallet af årringe mellem midten af sektionerne (øverste vandrette skala), således at hældningen er givet, og punkterne kun passer ét sted på kalibreringskurven, mellem de yderste, tænkte parallelle linjer. Det bestemmer alderen af den yderste træring til år 1613 ±13 f.Kr. og udelukker helt andre løsninger som fx arkæologernes traditionelle datering til efter 1520 f.Kr.
(Illustration: Walter L. Freidrich)

Dette overskud af kulstof-14 halveres cirka hvert 10. år, fordi kulstof-14 fra atmosfæren jo bliver optaget i levende organismer og desuden opløses i form af CO2 i verdenshavene. Ganske kort tid efter atombombeprøvesprængningerne havde planterne således også fordoblet deres koncentration af kulstof-14. Men allerede året efter USA og Sovjetunionens sidste overjordiske atombombesprængninger i slutningen af 1962 begyndte niveauet at falde.

Kulstof-14 niveauet falder så hurtigt,
at man kan måle en stor forskel i kulstof14-koncentrationen fra det ene år til det andet. En plante, der voksede i for eksempel 1982, har således en markant højere kulstof-14-koncentration end en plante, der voksede i 1983.

 

Der blev brugt vin som kontrolprøver

Atombombesprængningerne har altså haft den i videnskabelig sammenhæng heldige sideeffekt, at de har gjort det muligt at datere organisk materiale fra de seneste 50 år med ét års nøjagtighed.

En pudsig historie i den forbindelse var, da vi ved AMS 14C Dateringscenteret sammen med miljøkemikeren Christian Lohse fra Syddansk Universitet ville undersøge og datere arktiske mosers indhold af luftbåren tungmetalforurening. Til dette formål havde vi brug for nogle kontrolprøver med kendt alder.

Vi valgte at bruge vin som kontrolprøver, idet en årgangsvin jo gemmer kulstof-14-niveauet af atmosfæren for druens vækstsæson – og man kan se på etiketten, i hvilket år den er produceret. Problemet var bare, at målingerne af kulstof-14 i vinene i nogle tilfælde lå meget langt fra det forventede for det pågældende år. Den mest nærliggende forklaring på de store forskelle var, at der var fusket med årgangen.

Vinbonden finder hurtigt ud af, at vinen fra 1982 er specielt god. Men han har kun
 fire tønder fra det år. Derfor er det fristende at supplere med tønder fra efterfølgende år, inden vinen efter nogle års ventetid hældes på flasker med 1982 på etiketten. Resultatet er fem-seks tønder af den gode vin, og de kan sælges til høj pris.

 

De afdækkede fusk med årgangsvin

I stedet for at finde gode kontrolprøver afdækkede vi altså fusk med årgangsvinene.

En amerikansk kollega, som var med på projektet, mente ikke, at vi kunne publicere det resultat, for så ville vi straks få et sagsanlæg fra den italienske vinproducent. En anden ting var, at det også ville være svært at finde et videnskabeligt tidsskrift, som ville være interesseret i en artikel om mislykkede kontrolprøver.

Alligevel syntes vi, at det var en spændende historie, så i 2009 skrev vi en lille populær artikel om sagen til videnskab.dk. Historien blev opdaget af andre medier og af vinproducenten, som sendte os et temmeligt truende brev – omend i en ganske høflig tone. Men producenten har åbenbart ikke haft lyst til at forfølge sagen yderligere – i hvert fald har vi ikke hørt mere.

 

Kulstof-14 sladrer om vores krop

Det er som allerede nævnt ikke kun planter, der gemmer på atmosfærens kulstof-14-koncentration et bestemt år. Det samme gælder for mennesker, og det kan hjælpe retsmedicinerne med at identificere lig af ukendte personer.

Et menneskes øjelinse bliver dannet i fostertilstanden og vokser yderligere lidt i løbet af de første 1-2 leveår. Mens øjelinsen vokser, indbygges der kulstof-14. Efter de første par leveår sker der ikke længere udveksling af kulstof mellem øjelinsen og omgivelserne.

I praksis svarer koncentrationen af kulstof-14 i vore øjelinser således nogenlunde til atmosfærens koncentration af kulstof-14 i
vort fødselsår. Når man har målt øjelinsens koncentration af kulstof-14, kan man derfor udregne fødselsdatoen med cirka et års nøjagtighed.

 

Akillessenen bevarer stort set kulstof-14 indhold fra de år, hvor man voksede

Figuren viser den sidste del af kulstof-14-kalibreringskurven op til vor tid. Som man kan se, er kurven næsten flad fra 1650 til 1960 e.Kr. Det vil sige, at alle prøver fra denne periode på 300 år vil give næsten samme kulstof-14-resultat, og vi kan derfor ikke datere prøverne nærmere. Fra 1960 stiger atmosfærens indhold til ca. det dobbelte på tre år på grund af atmosfæriske kernevåbenforsøg, som stort set stoppes fra 1963. Resultatet er, at hvis man kulstof-14-daterer en prøve fra 1963, så får den en voldsomt negativ alder og ser ud som om den kommer fra 5.000 år ind i fremtiden. (Illustration: efter Jan Heinemeier)

Hvis man på samme måde daterer med 'kulstof-14-bombepulsen' på andre vævstyper i vores krop, viser det sig, at de er yngre end øjelinsen. Fingerneglene er således kun nogle måneder gamle, mens de mest massive knogler har en alder på 10-20 år.

Kulstof-14 alderen af forskellige vævstyper fortæller os derfor, hvor lang tid det tager at udskifte materialet i forskellige typer væv – det er det, vi kalder omsætningseller fornyelseshastigheden.

Målinger af kulstof-14 på væv fra akillessenen har givet en forklaring på, hvorfor det tager så lang tid at komme sig efter en skade på netop akillessenen. Ved AMS 14C Dateringscenteret har vi sammen med medicinere og humanbiolog Katja Heinemeier på Sportsmedicinsk Institut ved Bispebjerg Hospital designet et forskningsprojekt, hvor vi målte indholdet af kulstof-14 i akillessenerne fra et større antal afdøde personer. 

Vi fandt, at akillessenen stort set bevarer kulstof-14-indholdet fra de år, hvor personen voksede. Når man er blevet cirka 17 år gammel, sker der stort set ikke længere udveksling 
af kulstoffet i akillessenen. Derfor tager det lang tid for akillessenen at genopbygge sig selv, når den er blevet skadet.

 

Dateringsarbejdet i praksis

I artiklen har vi givet en række eksempler på, hvordan vi har dateret en række vidt forskellige prøver ved hjælp af kulstof-14-metoden. Det kan lyde enkelt blot at putte en lille prøve i atomacceleratoren og så trække en aldersbestemmelse ud i den anden ende.

I praksis kræver det selvfølgelig et større arbejde at klargøre prøven. To afgørende skridt foregår i et kemilaboratorium. For det første skal man sikre sig, at man kun daterer det oprindelige materiale, der hører til fundet selv, og dermed kan give den rigtige alder. For det andet ekstraherer man kulstoffet, som jo bagefter skal sorteres i de forskellige typer kulstof: kulstof-12, -13 og -14.

Mens en prøve ligger i jorden, kan den optage forureninger. De skal fjernes, fordi de kan have en anden alder end det fund, man gerne vil datere. Først tjekker man prøven under mikroskopet og fjerner rødder og andre synlige forureninger.

En større udfordring er de usynlige forureninger. Det kan for eksempel være opløst kalk, der bliver transporteret i grundvandet, og som er meget ældre end arkæologiske fund. Derfor bliver alle arkæologiske prøver behandlet med saltsyre, fordi den opløser kalken.

 

Humusstoffer farver jorden mørk

I jorden er der også de såkaldte humusstoffer – det er dem, der farver jorden mørk. De stammer fra nedbrudt organisk materiale, og de kan både være ældre eller yngre end fundet. De skal derfor også fjernes, og det gør man ved at skylle prøven i en base: natriumhydroxid.

Basiske opløsninger optager dog CO2 fra luften, så for at fjerne det skyller man prøven en gang til med syre.

Nu er de mulige forureninger fjernet. Den næste udfordring er så at ekstrahere
alt kulstof fra prøven. Det gør man i to omgange: Først brænder man prøven, så
alt dens kulstof bliver omdannet til CO2. Dernæst fjerner man ilten fra CO2’en, så kun prøvens 'C', altså kulstoffet, er tilbage i form af grafit.

 

Acceleratormetoden er effektiv, fordi den kan sortere hundredetusinde milliarder kulstofatomer pr. sekund

Først da kan vi sætte vores prøve i atomacceleratoren. Her får kulstof-atomerne en elektrisk ladning, så man kan tiltrække dem med et elektrisk felt og på den måde accelerere dem. Når man lader dem passere et magnetfelt, bliver de afbøjet.

Den tungeste isotop, kulstof-14, bliver mindst afbøjet, den letteste, kulstof-12, bliver mest afbøjet, og kulstof-13 lander i midten. På denne måde sorterer man de forskellige kulstof-isotoper. Derefter måler man antallet af de forskellige kulstof-isotoper og udregner koncentrationen af kulstof-14, som vi så bruger til at udregne alderen på prøven.

Acceleratormetoden er så effektiv, fordi den kan sortere hundredetusinde milliarder kulstofatomer pr. sekund. Det er i stedet for, at vi skal vente på, at kulstof-14-atomerne med deres lange halveringstid (5.730 år) bestemmer sig til at henfalde og dermed afslører deres tilstedeværelse ved den udsendte radioaktive stråling, der ved den 'gamle' metode blev registreret i en geigertæller.

 

En metode, der gør os klogere

Kulstof-14 datering gør os klogere på alle processer, der involverer kulstof og tid. Hvornår og hvordan vores forfædre levede, spiste og opførte bygninger. Hvordan processer i vore kroppe foregår. Hvordan processer i naturen forløber – på lange og korte tidsrum.

Grænsen for metoden er vores fantasi – og 50.000 år før nu, idet den tilbageværende mængde af kulstof-14 i 60.000 år gamle prøver er så lille (1 promille), at man næsten ikke kan måle det uden at få påvirkning fra ganske små forureninger fra nutidigt materiale med dets tusind gange større indhold af kulstof-14.

Men med et tidsinterval på 50.000 år spænder vi nu også over en stor del af Homo sapiens’ historie, fra vi forlod Afrika til i dag. Så der er ikke noget at sige til, at datering med kulstof-14 er en meget populær metode blandt arkæologer og naturvidenskabsfolk med interesse for menneskets historie. 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om Evidensbarometeret, som Videnskab.dk lige har lanceret.