Reservoireffect

C14_formatieIn mijn vorige blogpost heb ik uitgelegd dat het iets grotere gewicht van het koolstof 14-atoom resulteerde in licht afwijkend gedrag van dat atoom, waardoor er niet altijd sprake is van een evenwicht tussen de hoeveelheid koolstof 14 in de atmosfeer en in de biosfeer. Dat heeft als gevolg dat een koolstof 14-datering te oud of te jong kan uitvallen. Door tijdens de meting voor zo’n datering ook de gehaltes koolstof 13 mee te nemen kan dat probleem worden opgelost.

Daarmee zijn echter nog niet alle processen ondervangen die ervoor kunnen zorgen dat een organisch voorwerp aangerijkt of verarmd raakt met koolstof 14. Die processen werken lokaal en zijn het gevolg van een aanrijking of verarming met koolstof 14 in de wijdere omgeving van het voorwerp of het organische materiaal gedurende de periode dat het nog in leven was. Het wordt het ‘reservoireffect’ genoemd, omdat de omgeving functioneert als een plaatselijk reservoir van extra koolstof 14, of juist een tekort daaraan. Bij het reservoireffect is dus wél sprake van een evenwicht met de omgeving, alleen wijkt dat evenwicht plaatselijk af van het globale beeld.

Het makkelijkst uit te leggen reservoireffect is het ‘hard water-effect’. Water dat veel kalk bevat, kan ervoor zorgen dat alle organisch materiaal dat er bij leven gebruik van maakt (de planten die het opnemen, de dieren die die planten eten) verarmd raakt aan koolstof 14, en bij datering dus ouder zal lijken dan het werkelijk is. Kalk is een organisch materiaal – skeletresten van micro-organismen – dat in de vorm van kalksteen in het landschap kan voorkomen. Die kalksteen kan miljoenen jaren oud zijn en is dan ook geheel vrij van koolstof 14, dat is allemaal al radioactief vervallen. Wanneer die kalk oplost in het water van het plaatselijke milieu, of bijvoorbeeld wordt meegenomen door een rivier, kan een groot gebied ontstaan waarin alle levende wezens minder koolstof 14 bevatten dan normaal. Dateringen in zo’n gebied vallen dan te oud uit. Hetzelfde geldt voor koolstof 14 van geologische oorsprong dat door vulkanen wordt uitgespuwd.

conveyor_smallVeel omvangrijker is het ‘mariene reservoireffect’. Vers koolstof 14 wordt in de vorm van koolzuurgas opgenomen in het oppervlaktewater van de oceanen. 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 koolstof 14-dateringen – het ‘jonge’ oppervlaktewater veroudert. Als gevolg daarvan is alle zeeleven zo’n 400 jaar ouder dan in werkelijkheid als je het zou dateren met koolstof 14.

Die 400 jaar is een globaal gemiddelde. In werkelijkheid varieert het effect – afhankelijk van de plek waar je bent – tussen enkele tientallen tot duizenden jaren. Niet overal vindt immers evenveel opwelling van ‘oud water’ plaats en niet overal is dat water even lang ondergedoken geweest. Het is dus ook niet overal even oud. Het stromingsregime in de oceanen en het plaatselijke klimaat bepalen hoe groot het effect is op een bepaalde plek. Het mariene reservoireffect is voornamelijk merkbaar in de datering van materiaal uit zee: schelpdieren, walvisbaleinen en zeehondenbotten bijvoorbeeld dateren significant ouder dan materiaal afkomstig van landorganismen in hetzelfde gebied.

AtmosphericCirculation02Met het mariene reservoireffect hangt het reservoireffect op het zuidelijk halfrond samen. 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 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. (terzijde: zie hoe vanzelfsprekend hier het noordelijk halfrond als maat der dingen wordt gebruikt en het zuidelijk halfrond bijgevolg de ‘afwijkende helft’ wordt)

Dat lagere gehalte wordt veroorzaakt door het lagere gehalte aan koolstof 14 in het oppervlaktewater van de oceanen (wegens het mariene reservoireffect, zie hierboven). Het zuidelijk halfrond heeft veel meer oppervlakte aan oceaan dan het noordelijke. Er vindt dus veel meer uitwisseling van koolzuurgas plaats tussen lucht en oceaan en dat betekent dat er daar meer koolstof 14 uit de atmosfeer wordt opgenomen in het oceaanwater dan op het noordelijke.

Reservoireffecten op je datering zijn lastiger te bestrijden, omdat ze plaatselijk spelen. Het is relatief eenvoudig rekening houden met het effect op het zuidelijk halfrond, omdat het constant is over een groot gebied. Maar één klein riviertje dat door oeroud kalksteen stroomt, kan overal stroomafwaarts zijn effect sorteren. Een effect bovendien dat bij iedere samenvloeiing met een andere waterstroom kan veranderen. Toch lukt het vaak om ook voor al die reservoireffecten te corrigeren. De belangrijkste stap daarbij is dat de onderzoeker zich moet realiseren dát er plaatselijk een reservoireffect kan optreden en zo ja welk.

Schelp02De volgende vraag is dan: hoe groot is het verschil tussen de ouderdom als gevolg van het reservoireffect en de werkelijke ouderdom? Dat kan op meerdere manieren worden vastgesteld. Wanneer een archeoloog te maken heeft met materiaal uit zee – bijvoorbeeld schelpen – dat terecht is gekomen in een nederzetting op de nabij liggende kust, dan kan hij landmateriaal uit dezelfde context – bijvoorbeeld houtskool – dateren. Zo kan worden bepaald hoe groot het plaatselijke verschil is tussen organisch materiaal uit zee – dat last heeft van het mariene reservoireffect – en van het land, waar het niet speelt.

Schelpen bevatten ook een zeer klein deel organisch materiaal dat wel koolstof bevat, maar niet onderhevig is aan de hierboven geschetste reservoireffecten omdat de herkomst atmosferisch is (ok, op het zuidelijk halfrond blijft er dan nog één effect over). Als er voldoende van dat materiaal bewaard gebleven is, kan dát worden gedateerd.

Mariene biologen willen de offset tussen de koolstof 14-ouderdom en de werkelijke ouderdom ook nog wel eens bepalen door gebruik te maken van de jaarringen van bepaalde typen schelpen en koralen. Die moeten dan natuurlijk wel groeien in de regio waarin je actief bent en liefst een hoge leeftijd kunnen bereiken.

Ook door materiaal te dateren waarvan al op een andere manier de juiste ouderdom bekend is, kan de offset tussen de werkelijke en de door reservoireffecten vertekende ouderdom bepaald worden. Daarbij kan gebruik gemaakt worden van andere betrouwbare dateringsmethoden (uranium-thorium bijvoorbeeld, ook een methode die gebruik maakt van isotopen en radioactief verval).

Het dateren van modern materiaal kan daarbij net zo goed helpen als oud materiaal, want doorgaans is die offset in recente tijd gelijk aan die van vroeger, hij is immers aan de omstandigheden in de plaatselijke regio gebonden. Daarbij moet u denken aan voorwerpen waarvan we exact weten hoe oud ze zijn, maar dan wel van voor 1950. Na dat jaar zijn er namelijk her en der kernproeven in de open lucht gehouden en die hebben nogal wat effect gehad op de hoeveelheid koolstof 14 in de atmosfeer. Dat laatste is ook de reden waarom before present ‘voor 1950’,  betekent in de koolstof 14-methode.

Wereldwijd worden databases bijgehouden per regio en per materiaal waarin is vastgelegd hoe groot welk reservoireffect is en die databases worden naar de meest recente bevindingen ook bijgehouden. Als een onderzoeker het laboratorium voldoende kan vertellen over de herkomst van een te dateren monster en over eventuele vermoedens van reservoireffecten, zal een goed lab altijd een correctie in zijn datering verwerken en in het verslag ook verantwoorden aan de hand van welke cijfers dat is gebeurd. Datzelfde geldt trouwens ook voor de gebruikte calibratiecurve en de manier waarop voor isotoopfractionering is gecorrigeerd.

Te dateren organisch materiaal kan ook na de dood en in de loop van zijn verdere geschiedenis aangerijkt worden door oud of jong koolstof op een nog veel lokalere schaal dan via reservoireffecten: vervuiling van het monster. Hoe daarmee wordt omgegaan, zal ik behandelen in de volgende blogpost.

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

7 reacties op Reservoireffect

  1. Pingback: Isotoopfractionering | Apoftegma

  2. Klaas zegt:

    “Kalk is een organisch materiaal” Ik neem aan dat je calciumcarbonaat bedoelt (vanwege de koolstof)? Ik heb op school geleerd dat dat een “anorganische” stof (een zout) is. Overigens een erg leuke serie, waarvan je veel opsteekt over C14 datering, dank!

  3. Misschien had ik beter ‘kalksteen’ kunnen zeggen: vrijwel alle kalksteen bestaat namelijk uit de skeletresten van microorganismen, schelpresten van weekdieren en nog zo wat kalkhoudende substanties die ooit onderdeel uitmaakten van organismen.
    Anorganisch kalksteen bestaat trouwens ook, ik denk nu aan travertijn dat doorgaans gemaakt is van in water opgeloste kalksteen dat verderop weer neerslaat. Ooit wel organisch dus, maar nu niet meer.
    Dat is het lastige van zo’n serie artikelen: ook als je er dieper op in gaat, het is in het echt altijd ingewikkelder!

  4. Pingback: Contaminatie | Apoftegma

  5. Pingback: Contra-koolstof | Apoftegma

  6. Pingback: Livius Nieuwsbrief | Januari | Mainzer Beobachter

  7. Pingback: Lijkwadegeleuter | 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