Een archeoloog hoeft maar ergens naar te kijken en hij weet meteen hoe oud een voorwerp is. Dat klinkt eigenlijk te mooi om waar te zijn, en is het ook. Toch lijken veel mensen dit idee te hebben. Als het dan misgaat, is dat nieuws. Met enig leedvermaak versloegen de media onlangs de ontdekking van een stone circle à la Stonehenge, in Schotland, die maar 20 jaar oud bleek te zijn. Trevor Noah wijdde er zelfs een goed bekeken clipje aan: hij gelooft nu niks meer van de archeologie.
Maar hoe weten we dan wél hoe oud dingen zijn? Dat pas goed mogelijk sinds de uitvinding van de radiokoolstofmethode, of C14-datering, in 1949. Deze methode is zo belangrijk dat de bedenker ervan, Willard Libby, de Nobelprijs voor Scheikunde won. Er zijn tegenwoordig nog veel meer dateringsmethoden. In deze blog beschrijf ik de methode die het belangrijkst is in mijn eigen onderzoek: luminescentie-datering.
Old Father Time” de windvaan van Lord’s cricket ground. (Foto: Robert Jones, via Wikimedia Commons)
Geschiedschrijving is onbetrouwbaar
Vóór de uitvinding van radiokoolstofdatering in de jaren 40 was de archeologie aangewezen op menselijke geschiedschrijving. En die is vaak best onbetrouwbaar. Zélfs een beroemde vindplaats als Pompeii blijkt maanden later verwoest dan we tot de zomer van 2018 dachten. En dat terwijl er ooggetuigenverslagen van de gebeurtenis zijn. En 99 procent van de menselijke geschiedenis speelt zich ook nog af voordat er wordt geschreven. Daarom was de uitvinding van C14-datering een ware Radiocarbon Revolution.
Overzicht over Pompeiï aan het begin van de 20e eeuw. This image is available from the United States Library of Congress’s Prints and Photographs division
C14-datering meet het gehalte radioactief koolstof in organische materialen zoals houtskool. Radioactieve koolstof wordt constant aangemaakt bovenin de atmosfeer, waar stikstofatomen gebombardeerd worden door kosmische straling. Koolstof, ook de radioactieve, wordt door planten in hun weefsels vastgelegd en wij eten die dan weer. Zodoende bevatten alle organismen C14. Vanaf het moment dat een organisme sterft, neemt het geen C14 meer op. Dan begint een klok te tikken.
C14 is instabiel, het vervalt in stikstof met een halfwaardetijd van ongeveer 5700 jaar. Na die periode is dus de helft van de oorspronkelijke C14 in een stuk houtskool verdwenen. We weten hoeveel C14 een stuk houtskool oorspronkelijk bevatte en als we meten hoeveel er over is, kunnen we dus berekenen hoe lang geleden het organisme stierf. De klok wordt op ‘0’ gezet op het moment van overlijden van een organisme en tikt door het verval van de C14.
Onzekerheidsmarge
De dateringen hebben een onzekerheidsmarge. Met calibratiesoftware die corrigeert voor veranderingen in C14 in de atmosfeer, kunnen we de waarschijnlijke ouderdom van het monster visualiseren. Daarnaast corrigeert de software voor het feit dat een ‘C14-jaar’ in onze modellen net korter duurt dan een kalenderjaar. Hieronder zie je het voorbeeld van een datering van een monster tot 34.400 tot ongeveer 1000 jaar geleden. Daarvan is de echte ouderdom grofweg tussen de 41.000 en de 36.500 jaar geleden is.
Voorbeeld van een gecalibreerde C14-datering. De haak geeft de tijdspanne in kalenderjaren aan waaruit het monster met 95 procent zekerheid dateert. Calibratie uitgevoerd in OxCal
Waarom gebruiken we ook andere technieken?
Hoe briljant de C14-methode ook is, archeologen hebben wel een probleem. Na 50.000 jaar geleden is er zo weinig van de oorspronkelijke radioactieve koolstof over, dat geen betrouwbare datering meer mogelijk is.
Gelukkig zijn er andere radioactieve elementen die we kunnen gebruiken om te dateren. Elementen met veel langere halfwaardetijden, zodat die radioactieve klokken veel verder teruggaan. Belangrijke methodes om oudere vondsten te dateren gebruiken Uranium en Thorium en Kalium en Argon.
Ook die elementen hebben halfwaardetijden die zo lang zijn dat de periode tussen 500.000 en 50.000 jaar geleden vaak buiten de boot valt. En dat is nu net de periode waarin onze eigen soort Homo sapiens ontstaat.
Luminescentie-dateringen
Gelukkig hebben we hier een oplossing voor: luminescentie-dateren. Deze dateringsmethode steunt ook op radioactieve straling, maar niet op het verval van radioactieve isotopen.
In luminiscentie-dateringen meten we de radioactieve straling die een kwartskristal opgevangen heeft. Radioactieve straling in lage doses, achtergrondstraling, is overal.
Door radioactieve straling worden elektronen van de kwarts in hogere energieniveaus in hun baan om de atoomkern gebracht. Als je weet hoeveel radioactieve energie een kwartskristal heeft opgevangen en je weet hoe hoog de achtergrondstraling is, dan kun je uitrekenen hoe lang het kristal aan straling heeft blootgestaan.
Energie uitstoten
Nu is het mooie dat kwartskristallen de opgevangen energie weer afgeven als ze worden verwarmd of blootgesteld aan een laser. De opgevangen energie wordt uitgestoten in de vorm van licht, vandaar de naam luminescentie. Het enige dat we nu nog nodig hebben om te kunnen dateren, is een startpunt. Dat is het moment waarop de klok op ‘0’ wordt gezet en begint te lopen. Oftewel radioactieve straling begint op te slaan.
Bij kwartskristallen kan dat op verschillende manieren: blootstelling aan zonlicht zorgt ervoor dat alle opgevangen energie wordt afgegeven. En verhitting in een (kamp)vuur doet dat ook. En archeologen komen werkelijk om in de kleine kwartskorrels: zand. We kunnen dus het moment dateren waarop zand voor het laatst aan zonlicht is blootgesteld. Het tijdstip van begraving van onze vondsten. Daarna zijn de kristallen van ‘0’ straling gaan opvangen.
Spitsen van ongeveer 70.000 jaar oud uit Zuid Afrika. Zonder Luminescentie-datering zou de ouderdom van deze materialen niet vast te stellen zijn. (Foto: Hogberg & Lombard 2016, PLOS ONE)
Het ontstaan van onszelf
Luminescentie-datering belicht de het ontstaan van onszelf én de vroegste bewoners van Nederland. De ontwikkeling van luminescentie-dateren heeft ervoor gezorgd dat we meer grip hebben op het ontstaan van onze eigen soort, Homo sapiens en ons kenmerkende gedrag. Maar ook op de ontwikkeling van Neanderthalers in Europa.
De oudste vindplaats van Nederland kon bijvoorbeeld alleen maar met luminescentie worden gedateerd. Die site is Maastricht Belvédère, een vroege Neanderthalersite die in de jaren 80 werd opgegraven. Verbrande vuursteen werd hier gedateerd op 250.000 jaar geleden!
Dr. Carr van de University of Leicester meet de achtergrondstraling in mijn opgraving in Zuid Afrika.
Pijnlijk proces
Ik gebruik deze dateringsmethode op mijn eigen opgraving Umhlatuzana in Zuid Afrika. Wij proberen hier lagen van vermoedelijk tussen de 20.000 en 70.000 jaar oud te dateren. In een deel van die aardlagen zouden we C14 kunnen gebruiken, maar er zit heel weinig houtskool in. En als de lagen te oud zouden blijken, dan is C14 alsnog onbruikbaar. Zand hebben we daarentegen te over.
Voor een archeoloog is deze dateringsmethode best pijnlijk. Eerst werken we wekenlang aan een kaarsrecht profiel. Dit is een doorsnede door de aardlagen die we bestuderen om de opbouw van de verschillende lagen en bewoningsfasen te begrijpen. En dan moeten we ineens buizen in het profiel slaan om zand te bemonsteren dat zeker niet aan het licht is blootgesteld. Ook moeten we een apparaat in de aarde steken om de hoogte van de achtergrondstraling te meten. Ons mooie profiel is ineens net een gatenkaas!
Onze monsters liggen op dit moment in een laboratorium in Leicester. Dit najaar hopen we de eerste resultaten van het onderzoek te hebben. Nu is het dus duimen dat al die gaten in mijn profiel het waard blijken.
Fotocredits:
Pompeii en de Vesuvius: Overzicht over Pompeiï aan het begin van de 20e eeuw. This image is available from the United States Library of Congress’s Prints and Photographs division under the digital ID ppmsc.06584.
Spitsen van ongeveer 70.000 jaar oud uit Zuid Afrika: (e-h van eerdere opgravingen in Umhlatuzana). Zonder luminescentie-datering zou de ouderdom van deze materialen niet vast te stellen zijn. Foto: Hogberg & Lombard 2016, PLOS ONE.
