C14-datering

Meestal: 14C-datering, radiocarbon dating. De C14-datering is een bepaling van gehalte aan radioactieve koolstof 14C van organisch materiaal (hout, houtskool, veen, schelpen e.d.) waaruit de14C-ouderdom kan worden afgeleid. 14C-datering kan vrijwel uitsluitend plaatsvinden van organisch materiaal: hout, houtskool, veen, botten, zaden (graankorrels e.d.), schelpen enz. 

Opmerkingen:
- Het heet radioactieve koolstof, maar die radioactiviteit is absoluut ongevaarlijk.
- "If it was once alive, we can date it." In bepaalde gevallen kan echter ook de ouderdom bepaald worden van niet-organisch materiaal, bijvoorbeeld water waarin koolstof is opgelost of een spijker waar koolstof in zit.
- De 14C-datering gaat niet verder dan ca. 60.000 jaar gelden en is meer of minder geijkt tot 26.000 jaar geleden.

Alle levende organismen bevatten radioactieve koolstof. Zodra zo'n organisme sterft, bijvoorbeeld gekapt wordt zoals bij een boom, neemt de hoeveelheid koolstof in de loop van de tijd met een bekende snelheid af. Vergelijking van de verhouding tussen 14C en 12C in het te onderzoeken dode organische materiaal (Rm) met dat in de atmosfeer geeft de radiocarbon-tijd, d.w.z. de ouderdom, de tijd tussen de dood van bijvoorbeeld een boom en het moment waarop gemeten wordt. Deze ouderdom wordt opgegeven in jaren vóór 1950 na Chr. (jaren BP) met daaraan toegevoegd de aan de meting verbonden mogelijke afwijking (standaarddeviatie).

De 14C-datering is een destructieve methode: eerst wordt van het monster zuiver CO2-gas gemaakt, wordt het fysisch/chemisch voorbehandeld en meestal wordt het daarna nog verbrand, om het dateerbare deel te verkrijgen.

Bij de 14C-datering dient altijd een zekere reserve te worden aangehouden:
- het 14C-gehalte van organismen in zee, in zoet water en op vaste aarde verschilt van elkaar (in het jaar 777 bijvoorbeeld is er een extreem groter 14C gehalte aanwezig)
- het 14C-gehalte in de atmosfeer is niet constant (o.m. door veranderingen magneetveld van de aarde, activiteit van de zon, veranderingen CO2-evenwicht oceanen en atmosfeer en de laatste decennia atoomproeven) 
- niet altijd is bekend van welk deel van de boom het hout afkomstig is en het monster kan uit de kern van de stam komen van een zeer oud geworden boom en kan daardoor bijvoorbeeld 100 jaar ouder gedateerd worden (de kern van de boomstam is dood, maar de boom leefde bijvoorbeeld nog 100 jaar door voordat die gekapt werd, vooral bij eik en beuk komt dat vaker voor; het zogenoemde oud-hout-effect of inbuilt age)
- het monster ligt in zee en de zee heeft een lagere concentratie 14C dan het monster (en dus wordt het monster bij meting als ouder bestempeld; het monster kan zo ongeveer 400 jaar ouder benoemd worden; dit heet het reservoireffect) 
- het monster ligt in een jongere omgeving en die omgeving wordt gemeten (dit komt regelmatig voor, een monster in geroerde grond waardoor het in jongere grond komt te liggen)
- het monster ligt in een oudere omgeving en die omgeving wordt gemeten (bijvoorbeeld bij hergebruik van grafvelden en toevallig wordt een monster van een jongere overledene gemeten, vaak ook het gevolg van te weinig monsters)
- het monster heeft geen relatie met de omgeving waarin het zich bevindt
- de halveringstijd van 14C is ooit niet geheel correct bepaald (bepaald was 5568 jaar, terwijl er nu vanuit wordt gegaan dat dat 5730 +/- 40 jaar is).

Daarom is het volgende bepaald (algemene afspraken en tips voor het nemen van monsters e.d.):
- we hanteren de oorspronkelijke halveringstijd van 5568 jaar
- er is een correctie met behulp van het radioactieve isotoop 13C
- de 14C-radioactiviteit wordt gemeten ten opzichte van een bepaalde standaard (oxaalzuur, 95% van de waarde in het jaar 1950)
- de tijdseenheid is BP (Before Present, maar met Present wordt bedoeld 1950, dus het aantal jaren vóór 1950)
- de afwijking wordt bij het aantal jaren vermeld (+/- x jaar)
- er zijn vaak te weinig dateringen; "één datering is géén datering"; neem altijd meer monsters dan kan het "overlappend gebied" bepaald worden, d.w.z. het ouderdomsgebied dat in (bijna) alle metingen van de monsters voorkomt (kosten van een monster ca. 350 euro per monster, situatie 2021 Groningen)
- ga goed na wat je wilt bemonsteren: wanneer zich zaden in het grondmonster bevinden, dan is het zinvoller van die korrels de 14C-leeftijd te bepalen (en niet van koolstof uit het monster), omdat die niet nog tientallen jaren doorleeft zoals bij een boom (is dat eigenlijk echt zo? zulke korrels kunnen vaak eeuwen later toch nog ontspruiten?)
- ga goed na of de context van het monster wel goed is (is de grond geroerd, zijn er wortels door gegroeid o.d.)
- gebruik zo mogelijk (ook) andere dateringsmethoden (dendrochronologie e.d.)
- "een onverwachte datering maakt het juist leuk" (dan wordt het controleren en nadenken en opnieuw meten en vaak (blijkbaar foutieve) aannames bijstellen)
- er is voortgang met de toepassing van high-performance liquid chromatography (HPLC)
- er is voortgang met de zogenoemde exact-year radiocarbon dating.

Christian van der Linde (BAAC) heeft een zeer goed voorstel: het mooiste is als er een nationale databank is met allerlei beschrijvingen van de monsters, locaties (vindplaatsen, sites), vind-diepten, omstandigheden, bepalingsmethode (14C, dendrochronologie o.d.), ouderdommen, bepalingsdatums van de ouderdommen enz., zodat men snel na kan gaan of er al onderzoek is geweest op een bepaalde locatie en wat de resultaten daarvan waren. Per site kan er ook een chronologie zijn per grondlaag (stratigrafie). (Ideaal is als een deel van het grondmonster bewaard kan blijven, zodat later herdatering kan plaatsvinden? Of is dat deel van het monster dan toch "verontreinigd"?)

Andere dateringsmethoden

- Dendrochronologie. De 14C-tijdschaal is in 2004 uitgebreid tot 26.000 jaar geleden en kan in bepaalde gevallen geijkt worden aan de hand van de dendrochronologie die tot ca. 14.000 jaar teruggaat. Wanneer de vondst (het monster, de sample) onderdeel is van een houten omgeving en er zijn voldoende jaarringen aanwezig, dan kan meestal goedkoper en nauwkeuriger een dendrochronologische meting worden uitgevoerd. Dendrochronologie is een voorbeeld van exact-year dating.

- Pollenonderzoek. Een andere manier om een vondst te dateren is het pollenonderzoek waarbij de aanwezigheid en hoeveelheid van bepaalde soorten stuifmeel in een onderzochte bodemlaag een bepaalde periode in de geschiedenis kan aangeven (het zogenoemde palynologische of palynologisch-archeologische onderzoek).

- XRF-onderzoek. Voor onder meer de datering van aardewerk leent zich het XRF-onderzoek (X-Ray Fluorescence spectrometry, Röntgenfluorescentiespectrometrie, dus een soort Röntgen-onderzoek), een volledig non-destructief onderzoek dat zeer veelbelovend is, maar nog wel in de kinderschoenen staat (2012). "Het monster wordt bestraald met laagenergetische röntgenstralen. De aangestraalde atomen in het monster zenden daardoor fluorescentiestraling uit die voor elk element een ander energieniveau heeft. Deze stralen worden opgevangen door een detector die ze omzet in een elektrisch signaal. M.b.v. bekende signalen van standaarden waarmee het apparaat gekalibreerd is, kan met een PC de concentratie in het monster worden berekend." (Waarborg Holland) Door vergelijking met bekende monsters uit een bepaalde periode en een bepaalde streek kan kan gedateerd worden.

- FT-IR. De structuur van de moleculen en de samensteling / binding van de chemische elementen kan worden onderzocht met infraroodspectroscopie. Twee typen infrarood-onderzoek zijn hier van toepassing: Transmissie FT-IR (Fourier Transformatie InfraRood licht, bepaling van de hoeveelheid energie die bij het bestralen met infrarood licht geabsorbeerd wordt bij welke golflengte) en Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS, DRIFT, bepaling van het diffuus gereflecteerde licht en dus niet de transmissiestraling zoals bij FT-IR).

- OSL of Thermoluminescentie. Voor het dateren van niet-organisch materiaal zoals geologische afzettingen, baksteen en aardewerk kan mogelijk Optically Stimulated Luminescence (OSL) of Thermoluminescentie worden toegepast. OSL geeft meestal exacter dateringen dan C14.

- Isotopen. De verhouding tussen de zuurstofisotopen 16O en 18O is bepalend voor een bepaalde koude of warme periode en locatie. Plankton legt die verhouding zeer nauwkeurig vast. Door een boring in de diepte kunnen fossielen in die lagen de temperatuur van toen aangeven. Fossielen zijn meer het werkterrein van de paleontoloog terwijl de archeoloog zich meer richt op de restanten van culturen, maar wie weet kan die verhouding toch ergens van nut zijn. Bij schelpen kun je door isotopen van strontium en barium achterhalen of een jaar nat of droog was.

De 14C-methode behoort tot de zogenoemde archeometrie, de wetenschap waarmee natuurwetenschappelijke methoden en technieken ("harde feiten") worden toegepast om archeologische vondsten te dateren.

Met dank aan o.m. J. van der Plicht ("Datering met de 14C-methode", Grondboor & Hamer nr 5/6, Nederlandse Geologische Vereniging).

Verg. dendrochronologie.

Eng. C14 dating, radiocarbon dating