Radiokohlenstoffdatierung an der Universität Bern

Das Alter einer Probe wird bei der C14-Methode anhand der Zerfallsrate des radioaktiven Kohlenstoffisotops C14 ermittelt. Radioaktiver Zerfall ist ein Zufallsereignis, das nur statistisch erfasst werden kann. Die Universität Glasgow führt daher regelmässige Vergleichsstudien (so genannte Ringversuche) mit Radiocarbonlabors aus aller Welt durch, um die Verlässlichkeit des Verfahrens zu verifizieren. Dabei erhalten alle teilnehmenden Labors identische Proben, an denen sie eine Altersbestimmung durchführen, um auf diese Weise einen "Konsenswert" für jede Probe zu ermitteln. Das Radiocarbonlabor der Universität Bern erzielt regelmässig Ergebnisse, die sehr nahe an diesen Konsenswerten liegen, was für die Zuverlässigkeit unserer Methode und die Aussagekraft unserer Ergebnisse spricht.

Einige Beispiele aus dem letzten Ringversuch, an dem 52 Labors aus aller Welt teilnahmen:

Wir werden unser bestes tun, um auch Ihre Proben so sorgfältig und genau wie möglich zu datieren.

Vor allem bei modernen Proben, d.h. Proben mit einem Alter von weniger als ca. 350 Jahren, lassen sich mehrdeutige Ergebnisse bei der Umrechnung des ¹⁴C-Alters in das Kalenderalter nicht immer vermeiden. Dies liegt daran, dass die ¹⁴C-Konzentration in der Atmosphäre während dieser Zeit starken Schwankungen unterworfen war. Eine Holzprobe mit einem Radiocarbonalter von beispielsweise 175 Jahren (bezogen auf das ¹⁴C-Referenzjahr 1950) kann einerseits aus dem Jahr 1680 AD (Anno domini), aber mit fast derselben Wahrscheinlichkeit auch aus dem Jahr 1750 AD stammen. Diese Ambiguität liegt nicht an unserem Labor, sondern trifft auf die ¹⁴C-Methode im Allgemeinen zu.

=> Die Kalkkruste ist ca. 915 Jahre nach Christus entstanden

¹ B- ist das Erkennungszeichen der Universität Bern
² BP =  before present , d.h vor dem Kalenderjahr 1950
³ Cal = wahres Alter unter Berücksichtigung der kosmischen Strahlung

=> Die ¹⁴C-Erfassungsgrenze unseres Labors liegt bei einem Alter von 57'000 Jahren.
Das vorliegende Holzstück ist älter.

Drei Kohlenstoffisotope

Kohlenstoff wird in der Natur in drei verschiedenen Isotopen vorgefunden: ¹²C, ¹³C und ¹⁴C. Den weitaus grössten Anteil (ca. 99 %) stellt dabei das stabile Isotop ¹²C, gefolgt von ¹³C (ca. 1 %) und dem radioaktiven Isotop ¹⁴C (10^-10 %). Statistisch gesehen ist somit jedes billionste Kohlenstoffatom radioaktiv, sodass in modernen atmosphärischen CO₂-Proben das Verhältnis ¹⁴C zu ¹²C ca. 1 zu 10¹² beträgt. Die entsprechende Radioaktivität beträgt 0,23 Bq pro Gramm Kohlenstoff. Radioaktives ¹⁴C wird auch Radiokohlenstoff oder Radiocarbon genannt.

Entstehung von ¹⁴C

¹⁴C entsteht in der oberen Atmosphäre, wenn Neutronen der kosmischen Strahlung auf Stickstoffatome ¹⁴N treffen. Dabei kann folgende Kernreaktion eintreten:

¹⁴N(n,p)¹⁴C

Bei dieser Reaktion entsteht aus dem ¹⁴N-Kern ein ¹⁴C-Kern:

Radioaktiver Zerfall von ¹⁴C

Im Gegensatz zu den stabilen Isotopen ¹²C und ¹³C sind Radiokohlenstoffatome einem β−-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 5730 ± 40 Jahren unterworfen. Dabei entstehen aus einem ¹⁴C-Atom jeweils ein ¹⁴N-Atom, ein Elektron und ein Antineutrino:

Durch Messung der aktuellen Zerfallsrate und Vergleich der gemessenen Rate mit einer Kalibrationskurve kann das Alter von organischen Materialien ermittelt werden. Dabei werden auch Faktoren wie Fraktionierung, Suess-Effekt, Kernwaffeneffekt und Schwankungen des Verhältnisses zwischen ¹⁴C und ¹²C im Lauf der Jahrhunderte berücksichtigt. 

Mit seiner Halbwertszeit von 5730 Jahren eignet sich Radiokohlenstoff besonders zur Datierung von historischen Funden (Holz, Torf, Korallen usw.) bis etwa 50'000 Jahren vor unserer Zeit. An der Universität Bern wird darüber hinaus auch Grundwasser im Bereich 500-20'000 Jahre datiert.