Calibratie

C14_formatieIn mijn vorige blogpost zette ik de beginselen van het dateren met behulp van de koolstof 14-methode uiteen. Dankzij een constante hoeveelheid koolstof 14 in de atmosfeer, een evenwicht in die concentratie tussen atmosfeer en biosfeer en het gegeven dat de helft van alle koolstof 14 na 5568 jaar via radioactief verval verdwijnt, is het mogelijk om met behulp van een meting van de resterende hoeveelheid koolstof 14 in organisch materiaal te bepalen hoe oud het is.

Problematisch was alleen dat de halfwaardetijd geen 5568 jaar was, het gehalte koolstof 14 in de atmosfeer niet constant was, het evenwicht tussen atmosfeer en biosfeer niet bestond en een te dateren monster koolstof 14 kon bevatten uit andere bronnen. Deze blogpost gaat over de oplossing die gevonden is voor de eerste twee problemen: calibratie.

Een meting van de hoeveelheid overgebleven koolstof 14 in een te dateren monster kan op vele manieren. Na een voorbewerking, waarbij doorgaans de koolstof uit een monster wordt geïsoleerd (het monster zelf wordt dus vernietigd) vindt de eigenlijke meting plaats. Ruwweg kan dat op twee manieren: je hangt er een geigerteller bij of je gooit je hele koolstofmonster door een deeltjesversnellermassaspectrometer (of hoe een accellerator mass spectrometer ook in het Nederlands mag heten).

De geigerteller telt het aantal radioactieve atomen in je monster dat gedurende de meetperiode vervalt. Aan de hand daarvan kan statistisch worden bepaald hoeveel er nog aan koolstof 14 in zit. Hoe ouder je monster is, hoe langer die meetperiode moet duren om een betrouwbare uitkomst te krijgen. Je moet dus van te voren al een idee hebben hoe oud je monster ongeveer is, anders kun je de meetperiode niet goed bepalen. Die meetperiode kan bij hele oude monsters dagen tot weken duren.

Sneller is de methode met de deeltjesversneller. Daarbij meet je direct alle koolstof 14 atomen in je monster. Hoe het precies werkt weet ik niet – ik ben geen natuurkundige – maar zo’n apparaat slaagt erin de diverse verschillende deeltjes van elkaar te scheiden door ze te versnellen en dan door een magnetisch veld te gooien. Zo’n meting is een stuk sneller uitgevoerd (en duurder). Je zou denken dat een AMS-datering (een afkorting ontleend aan het Engelse woord voor het apparaat) ook betrouwbaarder is, maar dat is niet per sé het geval. Wel kunnen we dankzij de AMS-datering tegenwoordig veel kleinere monsters dateren.

C14_gaussDe uitkomst van een meting heeft altijd dezelfde vorm, bijvoorbeeld: 1500 BP ± 85, wat zoveel betekent als ‘1500 jaar oud, plus of min 85 jaar’. De ouderdom wordt uitgedrukt in BP, ‘Before Present’, waarbij internationaal is afgesproken dat met ‘Present’ 1950 wordt bedoeld. De afwijking plus of min geeft de statistische meetfout aan, zodat een goede rekenaar kan bepalen hoe groot de kans is dat een datering valt tussen, in dit geval, 1585 en 1415 jaren voor 1950, tussen 365 en 535 AD dus. Het is goed mogelijk dat een voorwerp ouder of jonger is, maar hoe verder weg van de door de datering gegeven range, hoe onwaarschijnlijker dat wordt. Een koolstofdatering is normaal verdeeld. Dat kunt u zien aan de bell curve hiernaast: hoe verder weg van het gemiddelde, hoe sneller de kans daalt dat een voorwerp ouder of jonger is.

Er moet dus al iets worden omgerekend, maar daar komt nog wat bij. Toen de koolstof 14-methode werd uitgevonden, ging men uit van een halfwaardetijd van 5568 jaar. Inmiddels is gebleken dat het 5730 jaar is, wat vooral voor oudere dateringen een behoorlijk verschil maakt. Een koolstof 14-datering moet dus worden omgerekend om uit te komen bij kalenderjaren, bijvoorbeeld in BC/AD. Om dateringen internationaal en door de tijd vergelijkbaar te houden, worden ze tot op de dag van vandaag gepubliceerd in het oude formaat 1500 BP ± 85, waarbij nog steeds de oude halfwaardetijd wordt gebruikt.

Daarmee is het eerste probleem opgelost, zij het wat ingewikkeld: ‘oude’ dateringen kunnen eenvoudig worden omgerekend naar voor gewone mensen begrijpelijke jaartallen, waarbij de foute halfwaardetijd wordt gecorrigeerd. Het tweede probleem is echter lastiger: het gehalte koolstof 14 is nooit constant geweest, maar heeft gevarieerd en die variatie is niet regelmatig geweest. Je kunt er dus niet aan rekenen. Dat is empirisch opgelost.

C14_ringsDankzij enorm veel onderzoek aan jaarringen is het namelijk mogelijk gebleken om voor een heel erg lange periode te bepalen hoe groot de koolstof 14 concentratie was. Als je van een jaarring kunt bepalen uit welk jaar hij stamt (en dat kan), dan kun je aan het hout van die jaarring gaan meten hoeveel koolstof 14 erin zit. Het jaarringonderzoek is aangevuld met andere studies naar fenomenen die een jaarcyclus vertonen: jaarringen in koraal bijvoorbeeld (kalk), ijskernen uit de poolgebieden en zogenaamde ‘varven’ uit meersedimenten. Dat zijn onderwerpen die stuk voor stuk een blogpost of wat waard zijn, dus daar ga ik nu niet op in. Belangrijker is het resultaat van al dat onderzoek: een grafiek die vanaf nu tot ongeveer 46.000 jaar geleden laat zien hoe de werkelijke datering afwijkt van de – op basis van de halfwaardetijd – berekende koolstof 14-datering: de calibratiecurve.

C14_calibAan die calibratiecurve (links de laatste 6000 jaar) ziet u al snel dat hoe ouder een datering in koolstof 14-jaren uitvalt, hoe groter de afwijking is van de werkelijke ouderdom. Een datering van 6000 BP zou rekenkundig ergens in de buurt van de 4000 BC uit moeten komen. In werkelijkheid komt de datering van een monster met zo’n ouderdom ergens in de buurt van de 5000 BC uit. U ziet ook dat de calibratiecurve wiebelt. Ergens rond 700 BC zit er een grotere wiebel in. Die komen meer voor en hebben in de regel iets te maken met het klimaat. Klimaatschommelingen, wijzigingen in de activiteit van de zon (de kosmische straling!) en nog veel meer factoren hebben invloed op het gehalte koolstof 14.

C14_BP_1500-85Een datering moet, om bruikbaar te zijn, worden gecalibreerd tegen deze curve, die trouwens regelmatig met nieuwe onderzoeksresultaten bij de tijd wordt gebracht. Dat calibreren is een intens statistische aangelegenheid, waarvoor gelukkig computerprogramma’s beschikbaar zijn. Die maken plaatjes en zo wordt het voor de archeoloog een stuk makkelijker om te laten zien hoe het ongeveer werkt. Links ziet u de callibratie van de datering 1500 BP ± 85. Van linksboven tot rechtsonder ziet u het relevante stukje calibratiecurve door de grafiek wiebelen. Helemaal tegen de linker as, een kwart slag met de klok meegedraaid, ziet u de bell curve van de koolstof 14 meting, met een gemiddelde op 1500 BP, bij de horizontale streep. Onderin, op de horizontale as ziet u een vervormde bell curve wiebelen. Dat geeft de statistische verdeling van de gecalibreerde datering weer.

Voor het gemak zijn er een blauwe en gele balk in aangegeven. Die geven een datering met een bepaalde betrouwbaarheid. De blauwe balk geeft aan dat het voorwerp te dateren valt tussen 437-489, 513-516 en 531-638 AD met 68% zekerheid. De gele balk geeft een datering met 95% zekerheid: 384-670 AD. Dat is een behoorlijk verschil met 365 en 535 AD uitsluitend op basis van de ongecalibreerde datering. In publicaties worden koolstofdateringen ongecalibreerd aangegeven als 1500 BP ± 85 en in gecalibreerde vorm als 384-670 cal AD, waarbij standaard het betrouwbaarheidsinterval van 95% wordt gebruikt.

U ziet dat een voorwerp dat uit een tijdsinterval van 170 jaar leek te komen, na calibratie een veel bredere datering heeft gekregen: 286 jaar. Je zou denken dat de datering onbetrouwbaarder is geworden, maar dat is niet waar: we weten met exact 95% zekerheid dat het voorwerp uit die periode van 286 jaar tussen 384 en 670 AD stamt. In de praktijk kan zo’n bredere datering wel betekenen dat je er als – bijvoorbeeld – archeoloog nog steeds niet uit kunt komen of je voorwerp nu uit de tijd van de volksverhuizingen stamt of niet.

Het omgekeerde komt ook voor: waar de calibratiecurve steil verloopt in plaats van vlak, kan een gecalibreerde datering ineens een stuk scherper uitvallen dan een ongecalibreerde. Helaas voor de archeoloog vallen dateringen waar ook echt wat van af hangt irritant vaak in een periode met een vlakke calibratiecurve. Dat is ook logisch: interessante gebeurtenissen hebben een oorzaak en die oorzaak is opvallend vaak terug te voeren op het klimaat, dat op zijn beurt invloed heeft op het verloop van de calibratiecurve. Het is een speciale vorm van de wet van Murphy.

In mijn volgende blogpost ga ik in op het gebrek aan evenwicht tussen koolstof 14 in de atmosfeer en de biosfeer. Eén van de oorzaken daarvan is een proces dat isotoopfractionering heet.

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

11 reacties op Calibratie

  1. Bart zegt:

    Je zou het ook gewoon ‘ijken’ kunnen noemen, maar ‘calibratie’ klinkt natuurlijk veel geleerder 😉

  2. Pingback: Koolstof 14 | Apoftegma

  3. Pingback: Isotoopfractionering | Apoftegma

  4. Pingback: Reservoireffect | Apoftegma

  5. Pingback: Contra-koolstof | Apoftegma

  6. Pingback: Livius Nieuwsbrief | Januari | Mainzer Beobachter

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

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

  9. Henk Ras zegt:

    Ik begrijp, dat naarmate de wetenschap voortschrijdt, de dateringen onzekerder worden.
    Voor heerst zag ik de term “bell curve” voor wat we vroeger de kromme van Gausz noemden, de zogenaamde normaalverdeling in goed, ouderwets wetenschappelijk Nederlands. Gausz stond nog op een Duits geldbiljet in marken, maar dat is sinds de invoering van de euro ook verdwenen. De duitstalige wetenschap van voor de oorlog is nu wel compleet vervangen door het Engels. Ook een verschijnsel dat bij oorlogen en hun overwinnaars hoort.

  10. Pingback: Lijkwadegeleuter | Mainzer Beobachter

  11. Pingback: Oudheidkundige prietpraat, aflevering zoveel – 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