Radiokohlenstoffdatierung an der Universität Bern

Altersbestimmung von organischen Materialien wie Holz, Holzkohle usw. nach der Radiokarbonmethode

Schön, dass Sie uns gefunden haben! Das GPC-Radiocarbonlabor am Physikalischen Institut der Universität Bern ist seit mehr als 50 Jahren eines der weltweit führenden Labors seiner Art. Wir bestimmen das Alter von organischen Materialien wie Holz oder Holzkohle bis zu einem Alter von ca. 50'000 Jahren. Zu unseren Kunden gehören Klimaforscher, Archäologen, Geologen, Bauunternehmen sowie Privatpersonen der verschiedensten Interessensgebiete. 

Darüber hinaus führen wir im Auftrag des Bundesamtes für Gesundheit regelmässige Messungen der Umweltradioaktivität an relevanten Standorten durch, beispielsweise im Umfeld von Kernkraftwerken, Kehrichtverbrennungsanlagen (KVAs) sowie chemischen und pharmazeutischen Grossbetrieben.

Haben Sie bei einer Ausgrabung ein Stück Holz oder Holzkohle gefunden, das Sie von uns datieren lassen möchten? Wenn Sie es an uns einsenden, gehen wir damit wie folgt vor:

  • Die Probe wird gereinigt, anschliessend wird ein etwa 10 g grosses Stück unter Luftabschluss verbrannt.
  • Das dabei entstehende Kohlendioxid wird aufgefangen und in Methan umgewandelt, welches bei uns als "Zählgas" verwendet wird.
  • Das Zählgas wird in ein Messrohr aus Kupfer gefüllt. Anschliessend wird die Aktivität des Methans im Tieflabor - 10 Stockwerke unter der Erde - drei Tage lang gemessen.

Vereinfacht kann nun gesagt werden: je aktiver Ihre Probe ist, desto neuer ist sie. Nachdem wir die Resultate ausgewertet haben, erhalten Sie einen detaillierten Bericht, der auch das ermittelte Alter Ihrer Probe enthält, beispielsweise 1230 Jahre ± 20 Jahre.

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:

Material Konsenswert aller teilnehmenden Labors Von der Universität Bern bestimmtes Alter
Holz 2234 ± 4 Jahre 2237 ± 30 Jahre
(Probe B-9191)
Holzkohle 1747 ± 9 Jahre 1753 ± 29 Jahre
(Probe B-9197)
Gehäuse einer Murexschnecke 2491 ± 4 Jahre 2496 ± 31 Jahre
(Probe B-9194)

 

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

Detaillierte Informationen finden Sie in den pdf-Dokumenten, die Sie im Abschnitt "Dokumente" am unteren Seitenende herunterladen können. Beachten Sie bitte, dass wir aus technischen Gründen keine Altersbestimmung von Knochen durchführen.

Dendrochronologie ermittelt das Alter von Hölzern durch Analyse der Jahrringe. Diese Methode kann im Idealfall das Alter von Hölzern bis zu einem Alter von ca. 12'000 Jahren sehr genau bestimmen und eignet sich daher beispielsweise für die Datierung von Holzbalken in Gebäuden. Voraussetzung ist, dass mindestens 50 zusammenhängende Jahrringe vorliegen, idealerweise die 50 äussersten Jahrringe (einschliesslich der so genannten Waldkante). Wir arbeiten mit mehreren Dendrochronologie-Labors zusammen. Wenn wir der Meinung sind, dass Dendrochonologie für Ihre Anforderungen besser geeignet ist als Radiokarbondatierung, teilen wir Ihnen dies mit.

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.

Probe B-9471
Laborbezeichnung: B1-9471
Untersuchungsmaterial: Kalkkruste FAb 159
Fundort: Mayaguana Island, Bahamas
Alter: BP2 1320+/-20
  Cal AD3 873-957

=> 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

Probe B-7631
Laborbezeichnung: B-7631
Untersuchungsmaterial: Holz CS-Arnen-03
Fundort: Holz Bachrinne Arnensee (CH)
Alter: BP 1630+/-20
  Cal AD 388-433

=> Das Holzstück ist in den Jahren um 410 n.Chr. gewachsen.

Probe B-7396
Laborbezeichnung: B-7396
Untersuchungsmaterial: Holz CS-Bb-203
Fundort: Holz aus 25 m Tiefe, Kiesgrube Bolenberg (CH)
Alter: BP >57'000
  Eine Kalibrierung ist nur während der letzten 26'000 Jahre möglich

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

Probe B-9518
Laborbezeichnung: B-9518
Untersuchungsmaterial: Holzkohle 109883, Pos. 1256/1255
Fundort: Siedlungsreste Biel Gerbergasse (CH)
Alter: BP 780+/-20
  Cal AD 1226-1266

=> Das verbrannte Holzstück ist in den Jahren um 1248 n.Chr. gewachsen.

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.

 

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