Decennialang hebben beoefenaars van radiokoolstofdatering gebruik gemaakt van een signaal dat de 'zilveren rand' wordt genoemd van atoomwapentests die in de jaren vijftig zijn uitgevoerd. Terwijl explosief puin als paddestoelen uit de grond schoten, kwamen deeltjes radioactieve koolstof-14 de atmosfeer binnen. Deze neerslag creëerde de zogenaamde bompuls. De atmosferische koolstof-14-concentratie piekte in de jaren vijftig en begin jaren zestig, gevolgd door een geleidelijke afname nadat het verdrag voor een beperkt testverbod in 1963 werd ondertekend.

Het resultaat is een opvallende blip in de koolstof-14-curve, wat een zegen is geweest voor het gebied van radiokoolstofdatering. Maar die methoden kwamen in 2021 in gevaar, toen de uitstoot van kooldioxide (CO2) door de verbranding van fossiele brandstoffen het signaal ondermijnde. Bijgevolg moeten onderzoekers mogelijk vertrouwen op nieuwe of aanvullende methoden om organische materialen te dateren.

Koolstofatoomklok

Bij radiokoolstofdatering wordt gebruik gemaakt van het feit dat koolstof in verschillende vormen voorkomt, waarvan koolstof-12 de meest voorkomende is. Veel minder gebruikelijk is de radioactieve isotoop koolstof-14. Koolstof-14 wordt geproduceerd wanneer kosmische straling in botsing komt met de atmosfeer. De isotoop daalt vervolgens af naar het aardoppervlak, waar het wordt opgenomen in planten en ander organisch materiaal.

Op het moment dat een organisme sterft, begint een radioactieve klok te tikken. Koolstof-14-atomen vervallen in de loop van de tijd, waardoor de concentratie van radioactieve koolstof in het weefsel afneemt. Door de hoeveelheden van beide isotopen te meten, kunnen wetenschappers de overlijdensdatum van een monster bepalen. Hoe kleiner de concentratie koolstof-14 is, hoe ouder het monster is.

Radiokoolstofdatering kan worden toegepast op monsters zo oud als 50.000 jaar. De methode verliest echter aan precisie als men in het verre verleden peilt, waarbij de resultaten vaak verschillende mogelijke leeftijden suggereren of grote onzekerheden bevatten. De bompuls daarentegen maakte het mogelijk om recente monsters binnen één tot twee jaar te dateren, een verbazingwekkende mate van precisie.

"Terwijl radiokoolstofdatering vaak wordt geassocieerd met archeologie en objecten van verder in het verleden, was de bompuls relevanter voor een breed scala aan forensische scenario's", legt Fiona Brock uit. Ze is een voormalig radiokoolstofchemicus aan de universiteit van Oxford en een huidig ​​lid van het Cranfield Forensic Institute aan de Cranfield University, waar ze lesgeeft en adviseert over koolstofdatering. Onderzoekers hebben de bompuls gebruikt om slachtoffers van de Koreaanse oorlog te identificeren, kunstvervalsingen aan het licht te brengen en nepwijnen en whisky's op te sporen.

Radiokoolstof neemt af

Ironisch genoeg wordt dit onverwachte voordeel van menselijke inmenging in het milieu het slachtoffer van een ander soort bemoeienis:het verbranden van fossiele brandstoffen. Fossiele brandstoffen bestaan ​​uit organisch materiaal dat miljoenen jaren oud is - oud genoeg dat al zijn koolstof-14 is vergaan. Zo verminderen de gassen die vrijkomen bij de verbranding van fossiele brandstoffen de koolstof-14-concentratie in de atmosfeer. Het wijdverbreide gebruik van fossiele brandstoffen is mede verantwoordelijk voor de snelle afname van de bompuls na 1963.

In 2021 dook de atmosferische concentratie van koolstof-14 voor het eerst sinds de jaren vijftig onder de prebomb-waarden. Dit betekent dat de vorming van organisch weefsel tegenwoordig dezelfde koolstof-14-concentratie heeft als een monster uit 1955 - een problematisch effect voor onderzoekers die monsters met die leeftijden proberen te onderscheiden.

Naarmate we doorgaan met het verbranden van fossiele brandstoffen, zal het probleem verergeren. Dertig jaar vanaf vandaag zal nieuw geproduceerd organisch materiaal dezelfde koolstof-14-concentratie hebben als een monster uit 1050. Dit betekent dat radiokoolstofdatering in 2050 geen onderscheid kan maken tussen een Viking-tuniek en een T-shirt dat vers van de rekken is.

Het wegvallen van de bompuls heeft gevolgen voor zowel onderzoek als forensische toepassingen. Bijvoorbeeld:"goede vervalsers kunnen het beste profiteren van de situatie waarin een moderne verf dezelfde potentiële datum heeft als een historisch kunstwerk, of op zijn minst de situatie manipuleren om voldoende twijfel te veroorzaken of iets echt of nep is", zegt Brock. .

Redding van radiokoolstof

De bompuls was gedoemd om uiteindelijk uit te doven toen koolstof-14 in de oceaan werd opgenomen of verging, maar de verbranding van fossiele brandstoffen heeft zijn ondergang bespoedigd. Het verlies van de bompuls betekent echter niet het einde van de koolstofdatering. Andere technieken kunnen de radiokoolstofgegevens aanvullen.

Een dergelijke oplossing gebruikt koolstof-13, een andere stabiele isotoop van koolstof. Net als zijn radioactieve broer is koolstof-13 schaars in fossiele brandstoffen, dus de concentratie in de atmosfeer neemt af naarmate we steenkool, olie of gas verbranden. Door koolstof-13 naast koolstof-14 te meten, kunnen onderzoekers bepalen of een monster dateert van vóór of na de industriële revolutie. Als alternatief kan radioactief cesium-137 dat vrijkomt tijdens bomtests, monsters identificeren die na 1963 zijn gevormd.

Peter Köhler, een natuurkundige aan het Alfred Wegener Instituut in Duitsland die koolstofisotopen en klimaatgevoeligheid bestudeert, is van mening dat radiokoolstofdatering op grote schaal zal worden gebruikt.

"Je moet gezond verstand toepassen", zegt Köhler. "Samples worden gemeten binnen een context, en dit zou voldoende informatie moeten geven als het gevaar bestaat dat modern en oud door elkaar worden gehaald."

Caroline Hasler is een wetenschappelijk schrijver voor Eos. Ze is afgestudeerd aan de ETH Zürich en studeert momenteel voor haar Ph.D. aan de Universiteit van Californië in Berkeley.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit Eos onder een Creative Commons-licentie. U vindt de oorspronkelijk artikel hier .