Koolstof 14

turin_shroud_faceMijn laatste blogpost raakte even aan de Lijkwade van Turijn en de voor het doek fatale koolstofdatering. Die koolstofdatering mag zich verheugen in nogal wat kritische aandacht, met als gevolg dat hele volksstammen tegenwoordig oprecht geloven dat die datering ‘mislukt’ is, zoals ook bleek uit één van de reacties. Nu is de koolstofmethode gebaseerd op een heel eenvoudig principe – makkelijk te volgen voor iedereen – maar in de toepassing juist een buitengewoon ingewikkelde techniek. Dat is ideaal voor contra-kenners om tegenargumenten te verzinnen op het eenvoudige niveau van het principe en de uitkomsten.

Wie vervolgens uit wil leggen dat die argumenten weinig hout snijden, ziet zich voor de taak gesteld nogal lastige dingen uit te leggen. Maar mijn vorige blogpost vraagt er eigenlijk om dat ik boter bij de vis lever en ik was toch al een tijdje aan het nadenken over een serie over de koolstofmethode. Dus daar gaan we dan: koolstof 14 dateringen voor beginners.

Alle levende organismen bevatten het element koolstof, heel veel koolstof zelfs, dat via het voedsel wordt opgenomen. Dat koolstof is uit de lucht opgenomen door planten – in de vorm van koolzuurgas – en komt zo in de voedselketen terecht. Wie zich het vak scheikunde op de middelbare school nog kan herinneren, weet dat koolstof het zesde element is (H He Li Be B C) en dat het koolstofatoom dus bestaat uit een kern van 6 protonen, 6 neutronen en een schil van 6 electronen. Die electronen wegen bijna niks en de kerndeeltjes hebben ongeveer hetzelfde gewicht. Koolstof heeft dus een atoomgewicht van 12. Normale koolstof heet daarom voluit ‘koolstof 12’.

C14_formatieNu vindt er hoog in de atmosfeer een proces plaats onder invloed van kosmische (vooral zonne-) straling, waarbij stikstofatomen met enige regelmaat worden ‘omgebouwd’. Stikstof is een gas en één van de belangrijkste bestanddelen van de atmosfeer. Het is het zevende element en heeft dus een atoomgewicht van 14. Bij dat ombouwproces wordt uit de stikstofkern 1 proton vervangen door 1 via die straling ingevlogen neutron, zodat er een atoom van – nog steeds – 14 kerndeeltjes ontstaat: 6 protonen en 8 neutronen. Het aantal protonen bepaalt hoe het zich gedraagt en dus om welk element het gaat: het is nu koolstof geworden met 2 neutronen teveel en een atoomgewicht van 14. Zo’n afwijkend atoom heet een isotoop.

Ongeveer één op de biljoen koolstofatomen is zo’n koolstof 14 isotoop. Het koolstof 14-isotoop is niet stabiel. Dat wil zeggen dat het extra neutron na verloop van tijd spontaan uit elkaar valt in een proton en wat andere kleine deeltjes. Zo ontstaat weer een normaal stikstofatoom (een gas, dat dus vervliegt) en wat radioactieve straling (die kleinere deeltjes). Koolstof 14 verdwijnt dus. Wanneer een individueel koolstof 14-atoom uiteen valt, is niet te voorspellen, maar van elke grote hoeveelheid van die atomen weten we wel dat na 5568 jaar de helft is verdwenen. Na nog eens 5568 jaar is weer de helft verdwenen, enzovoort. Die 5568 jaar heet de ‘halfwaardetijd’.

Levende wezens nemen koolstof 14 op – samen met koolstof 12 – via het voedsel, of uit de lucht als het om planten gaat. Alle levende wezens zijn dus ook een beetje radioactief, want er vervalt voortdurend een kleine hoeveelheid koolstof 14. Dat is de reden dat u een paar millirad extra straling per jaar oploopt wanneer u uw nachten naast een geliefde doorbrengt. Bij leven wordt het gehalte koolstof 14 in een levend wezen constant gehouden door nieuwe opname van het isotoop via het voedsel. Er bestaat met andere woorden een evenwicht tussen het koolstof 14-gehalte in de atmosfeer en de biosfeer (alle levende wezens).

C14_graphWanneer het levende wezen sterft, stopt die opname en kan er alleen nog maar koolstof 14 verdwijnen uit de stoffelijke resten. Een paar gram dode stof bevat doorgaans genoeg koolstofatomen om het gehalte koolstof 14 te meten. En nu volgt de truc: omdat we weten dat één op de biljoen koolstofatomen koolstof 14 is – zowel in de atmosfeer als in levende wezens –  kun je uitrekenen hoeveel koolstof 14 atomen er in een bepaalde hoeveelheid organisch materiaal moet zitten. Als je vervolgens meet hoeveel er nog écht in zit, kun je met behulp van het tekort uitrekenen hoe oud je voorwerp is. Organische materialen zijn er in vele vormen: leer, hout, bot, papier, kalk, wol, zaden, veen, tanden, linnen, schelpen, perkament, mummies en veenlijken, het is allemaal ooit gemaakt van levende wezens en dus geschikt voor datering met behulp van koolstof 14.

Doordat het isotoop uiteindelijk verdwijnt, is de methode beperkt toepasbaar: voorwerpen die ouder zijn dan pakweg 50.000 jaar bevatten nog maar zó weinig koolstof 14 dat de statistiek te onbetrouwbaar wordt en dateren niet meer mogelijk is. Kunst- en vliegwerk heeft in het verleden nog wel eens dateringen opgeleverd tot 80.000 jaar, maar daarvoor moet je geluk hebben met je materiaal en hele speciale meetprocedures gebruiken. De principes van de methode zijn dus vrij eenvoudig.

Maar in de praktijk is het een stuk ingewikkelder. Zo is de halfwaardetijd van koolstof 14 niet 5568 jaar, is het gehalte aan koolstof 14 (één op de biljoen) in de atmosfeer in de loop van de geschiedenis niet constant geweest, blijkt het evenwicht tussen atmosfeer en biosfeer niet altijd te bestaan en kunnen te dateren monsters vervuild raken met allerlei stoffen en micro-organismen zodat het koolstof 14 gehalte verandert en de gemeten waarde niet meer alleen afhankelijk is van hoe oud het voorwerp is.

Dat lijkt een methode die mooi klinkt in theorie, maar in de praktijk nauwelijks toepasbaar is omdat zo’n beetje alle uitgangspunten van de theorie in werkelijkheid niet blijken te kloppen. De praktijk bewijst het tegendeel. Voor al die lastige complicaties zijn namelijk oplossingen gevonden. Dat heeft ervoor gezorgd dat de koolstof 14 methode één van de meest succesvolle en betrouwbare dateringsmethoden is geworden.

In mijn volgende blogppost zal ik ingaan op de eerste twee problemen: de foutieve halfwaardetijd en het feit dat het gehalte koolstof 14 in de loop van de geschiedenis varieerde. Beide problemen komen erop neer dat er bij de koolstof 14 datering een verschil bestaat tussen de meting en de datering. Het proces dat van een meting een datering maakt heet calibratie.

Advertenties
Dit bericht werd geplaatst in Wetenschap en getagged met , , , , . Maak dit favoriet permalink.

15 reacties op Koolstof 14

  1. Mark Nieuweboer zegt:

    Het maakt voor uw betoog gelukkig niets uit, maar toch is dit

    “Het is het zevende element en heeft dus een atoomgewicht van 14.”
    een non-sequitur. Het is geen stelregel dat een atoom evenveel protonen als neutronen bevat. Waterstof bv. heeft meestal geen enkel neutron (indien wel dan noemen we het deuterium). In dat geval is “het is het eerste element en heeft dus een atoomgewicht van 2” simpelweg onjuist.

  2. Dank! Dat was wat kort door de bocht inderdaad. Een bewuste weglating om me niet al te veel in details te verliezen. Het was al een 1200+ blogpost. Doorgaans probeer ik het binnen de 1000 te houden (en dat lukt al vaak niet), 1500 schijnt tegenwoordig al een longread te heten 🙂

  3. Pingback: Calibratie | Apoftegma

  4. Pingback: Contra-koolstof | Apoftegma

  5. Pingback: Livius Nieuwsbrief | Januari | Mainzer Beobachter

  6. Pingback: Hoe oud is de koran? | Apoftegma

  7. Pingback: Weggepoetste informatie (2) | Mainzer Beobachter

  8. Pingback: Hoe oud is de Koran? - Sargasso

  9. Pingback: Lijkwadegeleuter | Mainzer Beobachter

  10. Pingback: How do they know? | Mainzer Beobachter

  11. Pingback: De vaart der volkeren (2) – Mainzer Beobachter

  12. Pingback: Oudheidkundige prietpraat, aflevering zoveel – Mainzer Beobachter

  13. Pingback: Kwakgeschiedenis: Monaldi en Sorti – Mainzer Beobachter

  14. Pingback: De Trojaanse Oorlog (6) – Mainzer Beobachter

  15. Pingback: Communistische archeologie (2) – Mainzer Beobachter

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s