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Radiokohlenstoffdatierung: CO2-Ausstoß killt C14-Methode

Mit Hilfe von Kohlenstoffisotopen kann man herausfinden, wie alt ein Fund ist. Doch die 14C-Datierung könnte bald unbrauchbar sein, weil immer mehr CO2 in die Umwelt gelangt.
Ein Archäologe untersucht Skelette in einem Massengrab aus der Schlacht bei Lützen von 1632, einer der verlustreichsten Schlachten des Dreißigjährigen Kriegs von 1618 bis 1648.
Mit Hilfe einer Radiokohlenstoffdatierung lässt sich das Alter von Knochen bestimmen. Der Archäologe im Bild gräbt Skelette aus, die in einem Massengrab der Schlacht von Lützen im Jahr 1632 liegen.

Fachleute, die den Gehalt von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre messen, haben einen Wendepunkt markiert: Die starke Verbrennung fossiler Brennstoffe hat dazu geführt, dass sich die Zusammensetzung der Kohlenstoffisotope in der Luft auf der Nordhalbkugel verändert hat. Seit 2021 hätten sich die Isotopenverhältnisse derart verschoben, dass die Menge an 14C, das durch Kernwaffentests der 1950er und 1960er Jahre zusätzlich in die Atmosphäre gelangt war, durch den hohen CO2-Ausstoß nun nivelliert wird.

Das Problem daran: Datierungsverfahren wie die Radiokohlenstoffmethode könnten nutzlos werden. Die chemische Physikerin Heather Graven vom Imperial College London beobachtet diesen Effekt bereits seit mehreren Jahren. Moderne Objekte würden abweichende 14C-Daten liefern, das Ergebnis etwa ins frühe 20. Jahrhundert statt ans Ende verweisen. »Bald könnte es schwer werden, zu bestimmen, ob etwas 1000 Jahre alt oder modern ist«, sagt Paula Reimer, Spezialistin für die Radiokohlenstoffdatierung an der Queen’s University in Belfast. Zwar lässt sich das Alter oder die Herkunft von Objekten auch durch den Fundzusammenhang herausfinden, aber auf Streufunde würde dies nicht zutreffen. Ebenso ließe sich nicht so leicht entscheiden, ob menschliche Überreste jahrhundertealt sind oder von einer jüngst verstorbenen Person stammen.

Die Entwicklung hätte auch zur Folge, dass Kriminaltechniker nicht mehr das Alter von Materialien wie Elfenbein, Wein oder Antiquitäten bestimmen könnten. »Wer in der Forensik tätig ist oder Fälschungen aufspürt, erlebt gerade einen wirklich traurigen Moment«, sagt Tom Higham, Archäologe an der Universität Wien.

Wie funktioniert die Radiokohlenstoffmethode?

Die Radiokohlenstoffdatierung beruht darauf, dass in der Atmosphäre verschiedene Kohlenstoffisotope vorhanden sind. Am häufigsten kommt stabiler Kohlenstoff-12 vor, aber in sehr geringen Mengen auch radioaktiver Kohlenstoff-14, der unter dem Einfluss der kosmischen Strahlung entsteht. Im Lauf der vergangenen Jahrtausende schwankte der Anteil an 14C jedoch, starke Vulkanausbrüche etwa verändern den Gehalt.

Beide Arten von Kohlenstoffisotopen reichern sich in Lebewesen an. Pflanzen nehmen sie bei der Fotosynthese mit dem Kohlendioxid der Luft auf. Über die Nahrungskette gelangen sie dann in Menschen und Tiere. Stirbt ein Organismus, hört er auf, Kohlenstoffisotope aufzunehmen. Ab diesem Zeitpunkt zerfällt das eingelagerte 14C – und zwar mit einer Halbwertszeit von zirka 5700 Jahren. Da 12C stabil bleibt und 14C zerfällt, verändert sich mit der Zeit ihr Verhältnis. Genau das messen Fachleute zur Altersbestimmung: Wie viel von beiden Isotopen in einer Probe zu finden ist, verrät nämlich, wie viel Zeit seit dem Tod eines Lebewesens bis heute verstrichen ist.

Auf diese Weise lassen sich organische Materialien wie Holz, Textilien oder Knochen datieren. Zumindest bis zu einem Alter von ungefähr 55 000 Jahren. Bei älteren Objekten sind die 14C Mengen für einen genauen Nachweis zu gering. Denn je geringer der 14C-Anteil, desto älter ist das Material.

Welche Rolle der Kernwaffeneffekt spielt

Bei Atomwaffentests zwischen 1952 und 1962 wurde nun eine große Menge an Kohlenstoff freigesetzt. Innerhalb weniger Jahre verdoppelte sich dadurch die Menge an Kohlenstoff-14 in der Luft – der so genannte Kernwaffeneffekt. Seither lagern Lebewesen und auch die Ozeane dieses 14C ein. Parallel ist durch die Verbrennung fossiler Kraftstoffe viel CO2 in die Atmosphäre entwichen. Kohle und Erdöl sind mehrere Millionen Jahre alt, in ihnen befindet sich also kein 14C mehr. Beim Verbrennen entweicht jedoch 12C, das wiederum den Anteil von 14C in der Luft verringert.

Seit dem Jahr 2021 gilt nun: Die beiden Effekte – Atomwaffentests und Kohlenstoffdioxidausstoß – haben sich auf der Nordhalbkugel gegenseitig aufgehoben. Das bedeutet, dass das Verhältnis von 12C und 14C ungefähr den Bedingungen der vorindustriellen Zeit entspricht. Und da immer noch fossile Brennstoffe verfeuert werden, wird der Kohlenstoff-14-Anteil in der Luft weiter sinken. Die Folge: Messungen liefern immer höhere Alter. Laut Graven wird bis zum Jahr 2050 der 14C-Anteil so ähnlich sein wie im Mittelalter.

»Das ist irgendwie deprimierend«(Kevin Uno, Paläoökologe)

Frühere Schwankungen im Kohlenstoff-14-Gehalt in der Luft bereiten Fachleuten schon jetzt Schwierigkeiten. Weil sich beim Datieren von Proben die Ergebnisse nicht immer genau genug voneinander trennen lassen. Weshalb ist dem so? Auf Grund der schwankenden Konzentration des Kohlenstoffisotops in der Atmosphäre müssen 14C-Datierungen kalibriert werden. Dazu bedient man sich Holzproben, die zudem mit Hilfe der Dendrochronologie, also der Zählung von Jahresringen datiert werden können. Somit ist nicht nur das absolute Alter durch die Dendrochronologie bekannt, sondern auch das entsprechende Isotopenverhältnis jener Zeit.

Doch die Kalibrierung funktioniert nicht immer. Etwa im Zeitraum von 800 bis 400 v. Chr., dem so genannten Hallstatt-Plateau, »kann man buchstäblich nichts [genau] datieren«, sagt Higham. Dass nun auch noch fossile Brennstoffe den Kernwaffeneffekt zunichtemachen, wird zusätzliche Probleme bereiten.

Wie Kohlenstoff-14 hilft, moderne Objekte zu datieren

Denn Fachleute messen bei modernen organischen Objekten, die zwischen 1960 und 2020 entstanden sind, nicht den Zerfall von Kohlenstoff-14, sondern die Menge des Isotops. Higham hat auf diese Weise gefälschten Whisky aufgespürt und chinesischen Tee datiert; die Methode funktioniert für Grundwasser oder auch menschliche Zellen.

Seit Langem wissen Forscher, dass das Ende der 14C-Methode bevorsteht. Aber die steigenden CO2-Emissionen haben den Prozess beschleunigt. »Das ist sehr schade«, sagt Higham. »Ein Instrument der Wildtierforensik verliert an Wirksamkeit«, fügt der Paläoökologe Kevin Uno von der Columbia University in New York hinzu. Er nutzte die Methode, um Elfenbeinproben zu datieren und die Wilderei von Elefanten zu untersuchen. »Das ist irgendwie deprimierend.«

Doch die Suche nach neuen Methoden hat längst begonnen. »Vielleicht gibt es ja ein anderes Radionuklid, das wir verwenden können«, sagt Uno.

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