radiokoolstofdatering en dendrochronlogie

Radiokoolstofdatering en
dendrochronologie:
een inleiding voor de archeoloog
28 oktober 2015

Radiokoolstofdatering :
mark.vanstrydonck@kikirpa.be
anton.ervynck@rwo.vlaanderen.be
koen.deforce@rwo.vlaanderen.be
mathieu.boudin@kikirpa.be
Dendrochronologie :
kristof.haneca@rwo.vlaanderen.be
pascale.fraiture@kikirpa.be

De 14C-methode,
wat is dat voor iets?
Mark Van Strydonck
studiedag Radiokoolstofdatering en dendrochronologie:
een inleiding voor de archeoloog
© KIK-IRPA, Brussels

Een atoom bestaat uit een kern en een wolk van elektronen (-)
Radioactiviteit speelt zich af in de kern.
Chemische reacties spelen zich
af bij de elektronen.
DUS radioactieve atomen reageren chemisch op dezelfde wijze
als niet radioactieve.

De kern is samengesteld uit
protonen (+) en neutronen

De kern is stabiel als er ongeveer even veel neutronen als
protonen in zitten
Anders wordt de kern onstabiel

In de natuur komen er 3 soorten koolstof voor
12C = 98,99 % stabiel
13C = 1,11 % stabiel
14C = 10-10 % onstabiel = radioactief
= ONGELOOFLIJK WEINIG

14C ontstaat in de atmosfeer
door een reactie van stikstofkernen (N)
met thermische neutronen (n).
Stikstof is er overvloedig in de atmosfeer,
maar waar komen die neutronen vandaan?

Thermische neutronen (n) zijn
afkomstig van kosmische straling.
Afkomstig van super novae.

Na een zekere tijd valt het 14C atoom uiteen in
Stikstof (N) en een β-deeltje

HET RADIOACTIEVE VERVAL
HALFWAARDETIJD (T).
Dit is de tijd die nodig is opdat van een
bepaalde hoeveelheid radioactieve deeltjes
de helft zou desintegreren.
Voor 14C bedraagt deze
5730 ± 40 jaar.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10000 20000 30000 40000 50000
Activiteit(%)
Tijd (jaren BP)

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10000 20000 30000 40000 50000
Tijd (jaren BP)
Activiteit(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10000 20000 30000 40000 50000
Tijd (jaren BP)
Activiteit(%)
5730
50%
Dus… na 5730 jaar blijft er nog de helft
van het oorspronkelijke 14C over

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10000 20000 30000 40000 50000
Tijd (jaren BP)
Activiteit(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10000 20000 30000 40000 50000
Tijd (jaren BP)
Activiteit(%)
25%
11460
Na 11460 jaar nog 25%.

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10000 20000 30000 40000 50000
Tijd (jaren BP)
Activiteit(%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10000 20000 30000 40000 50000
Tijd (jaren BP)
Activiteit(%)
12%
17190
Na 17190 jaar nog 12%, enz…
Na 45/50.000 jaar is de resterende hoeveelheid te klein
om nog gemeten te kunnen worden.

14C in de koolstofcyclus
Assimilatie:
fotosynthese > voedselketen > planten > dier > mens

De 14C-klok tikt vanaf het moment dat het materiaal
de koolstofcyclus verlaat = dood object

WAT KAN ER GEMETEN WORDEN?
In principe alles wat zijn koolstof uit de atmosfeer betrekt.
Verschil tussen archeologische/menselijk gebeurtenis en
14C gebeurtenis = keuze staal

In principe alles wat zijn koolstof uit de atmosfeer betrekt.
Verschil tussen archeologische/menselijk gebeurtenis en
14C gebeurtenis = keuze staal
Bouw Gebruik Verwoesting

UITWISSELING i.p.v. ASSIMILATIE.
Het 14C-gehalte in oceanen,
zeeën, meren, rivieren (mariene biosfeer)
≠
Terrestrische biosfeer

In principe alles wat zijn koolstof uit de zee betrekt indien men
rekening houdt met de reservoir ouderdom.
Straks meer daarover

GEVOLG: als de 14C concentratie in het bot van
de dode kat maar 50% is van dat in de levende
kat dan zijn de katte-beenderen 5730 jaar oud.

het 14C gehalte in de atmosfeer was vroeger anders dan nu
PROBLEEM
De belangrijkste redenen:
-1 veranderend aardmagnetisme
-2 veranderende zonneactiviteit
-3 menselijke invloed

Aardmagneetveld in het verleden
Verandering 14C productie in het verleden
Een INVERSE relatie

Aardmagneetveld in het verleden
Verandering 14C productie in het verleden
Praktisch gezien heeft dat
niet zoveel invloed op het
dateringsresultaat.
Het geeft niet meer dan
een harmonica effect op
de eeuwen.

De zon is niet stabiel: er zijn zonnecycli

Deze veroorzaken veranderingen in het magnetisch
veld …….

… klimaatsveranderingen …

1858 2003
Grindelwald (Zwitserland)

… en veranderingen in de productie van 14C

Deze veranderingen zijn wel belangrijk omdat er schommelingen
voorkomen die soms binnen 1 eeuw gebeuren en dus binnen de
meetonzekerheid vallen.

Atmospheric data from Reimer et al (2013);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cubr:5 sd:12 probusp[chron]
1500CalBC 1000CalBC 500CalBC CalBC/CalAD 500CalAD
Calibrated date
1500BP
2000BP
2500BP
3000BP
3500BP
Radiocarbondetermination
Hallstatt plateau
Deze veranderingen zijn wel belangrijk omdat er schommelingen
voorkomen die soms binnen 1 eeuw gebeuren en dus binnen de
meetonzekerheid vallen.

He kent men het 14C gehalte in het verleden:
Dendrochronologie (tot ca. 10.000)
Varven (meerafzettingen)
Koraaldateringen

-3 menselijke invloeden
Bij de aanvang van de 20ste eeuw
was de 14C-concentratie lager dan
normaal door het gebruik van
fossiele brandstof.

-3 menselijke invloedenTen gevolge van de nucleaire testen in de
atmosfeer stijgt het gehalte snel in het
midden van de 20ste eeuw.
Zakt nu terug zeer snel:
1) Geen nieuwe testen
2) Extra fossiele CO2

-3 menselijke invloeden
Voordeel:
Heel nauwkeurige echt of vals testen
mogelijk. Nadeel:
Natuurlijke 14C activiteit van modern
materiaal is niet gekend
DUS:
Moderne standaard
is een artificiële
standaard
14C?

PROBLEEM
Bij elke chemische reactie verandert de verhouding 13C/12C en
de verhouding 14C/12C
Atmosfeer
Plant
Vrucht
Vogel
Kat
Is een kwantummechanisch fenomeen, maar komt erop neer dat de 14 groter en
zwaarder is dan de 13, en de 13 groter en zwaarder dan de 12.

PROBLEEM
LINKS RECHTS
6 0
12 0
Verhouding 1op2 0op0

PROBLEEM
LINKS RECHTS
4 2
4 8
Verhouding 1op1 1op4

PROBLEEM
Elke verschuiving in de verhouding 14C/12C is tweemaal zo
groot als de verschuiving in 13C/12C.
Dit is een gegeven waar het laboratorium
rekening mee houdt en corrigeert.
MAAR:

Het laat ons wel toe om aan paleodieet reconstructie te doen.
δ 15N δ 13C

PROBLEEM
Toen Willard Libby de eerste metingen
uitvoerde (1950) gebruikte hij een foute
halfwaardetijd.
Alle metingen waren dus 3% fout!
-In die tijd wist men dat niet.
-In die tijd wist men ook niet dat het
gehalte aan 14C in de loop der tijd
veranderd is.
GEVOLG

CONVENTIONELE Radiokoolstof ouderdom
Men definieerde een radiokoolstof ouderdom als de ouderdom
gemeten vertrekkende van het jaar 1950.
(artificiële 0-jaar van de methode).
Een ouderdom werd genoemd BP (Before Present) = voor 1950.
DIT WAS EIGENLIJK EEN HISTORISCHE FOUT WANT EEN
RADIOKOOLSTOFOUDERDOM IS GEEN OUDERDOM.
Het gehalte aan 14C verandert in de tijd.
Dus een 14C resultaat moet GEKALIBREERD WORDEN vooraleer
het een kalenderouderdom wordt.
De conventie werd behouden omdat dit het meetresultaat is.
Kalibratie is al een interpretatie van het meetresultaat.

In het laboratorium deze namiddag
1) Het monster moet ‘gekuist’ worden.
De methode kan eenvoudig zijn…. OPGELET
Inschatting hoeveelheid
materiaal
moeilijk
bewaringsgraad
(oxidatie of niet)
Hout na malen wassen met zuur, base, zuur.

In het laboratorium
…. of zeer complex
Collageen extractie uit bot.

In het laboratorium
2) Preparatie en meting
VROEGER: meting van de
radioactieve straling.
NADEEL: * traag 2 dagen meten per
staal
(wegens heel lage radioactiviteit)
* veel materiaal;
(meer dan 1 gram C, voor de voor-
behandeling 8 gram hout en tot
300 gram bot!)

In het laboratorium
Wat als we i.p.v. de radioactiviteit te meten de deeltjes zelf kunnen
tellen?
Meettijd van > 2 dagen 50 min.
Staal van >1 gram C 1mg C

In het laboratorium
Tot voor kort waren deze machines groot, duur en moeilijk te
onderhouden.

PROBLEEM
1 mg koolstof vind je in ALLES.
Grote verantwoordelijkheid voor
de archeoloog.

Meten en REKENEN
1) Een radioactiviteit meting geeft nooit een EXACT GETAL
maar een WAARSCHIJNLIJKHEID.
2) Deze wordt weergegeven in een KANSVERDELINGSCURVE
of GAUSS curve,
3) De kans zelf is het OPPERVLAK
onder de curve

Meten en REKENEN
Gemiddelde waarde
De totale oppervlakte onder de curve is 1 of 100% kans.

Meten en REKENEN
Een meetresultaat wordt weergegeven door het gemiddelde (A)
en de Standaardafwijking (a).
Dit wil zeggen dat er 68,2% kans bestaat dat de echte waarde
begrepen is tussen A+a en A-a of A ± a
(A)
(a)

Meten en REKENEN
Waarom 68,2% kans ?
Wiskundig gemakkelijk te berekenen!
Geen enkel andere reden!
(A)
(a)
Curve van
convex naar concaaf

Meten en REKENEN
2 maal standaardafwijking (2σ) is 95,4%.
Is voor ons veel werkbaarder gegeven, maar heeft helemaal geen
wiskundige betekenis.

Meten en REKENEN
Een hogere PRECISIE geeft een kleinere standaardafwijking:
A±a vb: 2000±25
A±a vb: 2000±50
Zegt enkel iets over de spreiding van het resultaat
en is ENKEL het gevolg van de MEETPRESICIE.

Meten en REKENEN zijsprong: PRECISIE en ACCURAATHEID
PRECISIE
hangt af van de meting
ACCURAATHEID
hierbij speelt ook de
chemie, staalname en
preparatie een rol.

Meten en REKENEN
-Een 14C datering wordt dus weergeven door het
gemiddelde en 1 standaardafwijking en gecorrigeerd voor
isotopen fractionatie.
-Als BP waarde alhoewel dit geen echte ouderdom is.
-Het resultaat wordt gegeven met de laboratorium code,
belangrijk voor de traceerbaarheid van de datering.
-Eventueel met de stabiele isotopen indien belangrijk
(vb.: beenderen).
RICH – 21973: 1532 ±30 BP

Meten en REKENEN
Kalibratie programma’s:
OxCal
Calib - calibomb
CALPAL
+ andere minder gebruikte

Atmospheric data from Reimer et al (2013);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]
200CalAD 300CalAD 400CalAD 500CalAD 600CalAD 700CalAD 800CalAD
Calibrateddate
1300BP
1400BP
1500BP
1600BP
1700BP
1800BP
RICH-21973 (KTN 1478-01) : 1532±30BP
68.2%probability
430AD(34.4%) 490AD
530AD(33.8%) 580AD
95.4%probability
420AD(95.4%) 600AD
Meten en REKENEN
Kalibratie programma’s:
OxCal
Calib
CALPAL

200CalAD 300CalAD 400CalAD 500CalAD 600CalAD 700CalAD 800CalAD
Calibrateddate
1300BP
1400BP
1500BP
1600BP
1700BP
1800BP
RICH-21973 (KTN 1478-01) : 1532±30BP
68.2%probability
430AD(34.4%) 490AD
530AD(33.8%) 580AD
95.4%probability
420AD(95.4%) 600AD
Meten en REKENEN
Resultaat in calAD,
calBC,
calBP
Bij 68,2% verdeelt de
waarschijnlijkheid zich in 2 blokken.
X

Meten en REKENEN: haal meer uit je data
Een vrij ingewikkelde wiskundig model
waarbij de gegevens die je reeds
weet (prior) samen met de data
leiden tot een posterior.
Wordt vaak toegepast dankzij OxCal.
Gevaar is wel dat je prior JUIST moet zijn.
VOORBEELD
Thomas Bayes (1702-1761)
)(
)(*)|(
)|(
BP
APABP
BAP =

3 dateringen moeten gekalibreerd worden
RICH-4001: 1500±30
RICH-4002: 1550±30
RICH-4003: 1600±30
Atmospheric data from Reimer et al (2013);OxCal v3.10 BronkRamsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron]
CalBC/CalAD 200CalAD 400CalAD 600CalAD 800CalAD
Calibrated date
Sequence VOORBEELD
RICH-4003 1600±30BP
RICH-4001 1500±30BP
RICH-4002 1550±30BP

Calibrated date
Sequence VOORBEELD
RICH-4003 1600±30BP
RICH-4001 1500±30BP
RICH-4002 1550±30BP
BC/AD 200AD 400AD 600AD 800AD
Calendar date
Sequence VOORBEELD {A= 63.6%(A'c= 60.0%)}
RICH-4003 96.3%
RICH-4001 70.6%
RICH-4002 67.1%
RICH-4001: 1500±30 middelste laag
RICH-4002: 1550±30 bovenste laag
RICH-4003: 1600±30 onderste laag

Calibrated date
Sequence VOORBEELD
RICH-4003 1600±30BP
RICH-4001 1500±30BP
C_Date TEKST 500±1
RICH-4002 1550±30BP
BC/AD 200AD 400AD 600AD 800AD
Calendar date
Sequence VOORBEELD {A= 38.8%(A'c= 60.0%)}
RICH-4003 91.2%
RICH-4001 21.3%
C_Date TEKST 92.1%
RICH-4002 84.3%
RICH-4001: 1500±30 middelste laag
RICH-4002: 1550±30 bovenste laag
RICH-4003: 1600±30 onderste laag
Tussen twee lagen een ‘nota’ met daarop de tekst
dat het in het jaar 500 AD geschreven is.
1 – VI – 500AD

Wiggle-matching is een speciale vorm van Bayesiaanse analyse.
De ‘prior’ is dat je het ouderdomsverschil tussen de
verschillende dateringen exact kent.

Atmospheric data from Stuiver et al. (1998); OxCal v3.5 Bronk Ramsey (2000); cub r:4 sd:12 prob usp[chron]
500CalBC CalBC/CalAD 500CalAD 1000CalAD
Calibrated date
DM113D 1630±60BP
DM88B 1615±40BP
DM88C 1590±40BP
DM119D 1585±30BP
DM123 1540±60BP
DM119 1530±70BP
DM88D 1485±40BP
DM88E 1470±35BP
DM119C 1450±50BP
DM119B 1420±60BP
DM88 1380±40BP
DM85 1350±70BP
Hoe lang was dit speciaal type van wollen tunica in gebruik?
DICHTHEIDS DIAGRAMMEN
(som probabiliteit)
Inschatting van de duurtijd van een
periode

Som probabiliteit
Inschatting van de duurtijd van een periode
500CalBC CalBC/CalAD 500CalAD 1000CalAD
Calibrated date
DM113D 1630±60BP
DM88B 1615±40BP
DM88C 1590±40BP
DM119D 1585±30BP
DM123 1540±60BP
DM119 1530±70BP
DM88D 1485±40BP
DM88E 1470±35BP
DM119C 1450±50BP
DM119B 1420±60BP
DM88 1380±40BP
DM85 1350±70BP
S
U
M

BC/AD 200AD 400AD 600AD 800AD 1000AD 1200AD
Calendar date
Sum tunics
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
Relativeprobability
95% probabiliteit 350 750 = 400 years
Quartile Interval /floruit
(robuuste indicator) = mid 50%
450 650 = 200 years
Introduction Blooming Decline
Phase period
Inschatting van de duurtijd van een periode

0
0,0025
0,005
0,0075
0,01
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cal AD
probability 0
0,25
0,5
0,75
1
SHOES
SANDALS
Een speciaal type schoenen en sandalen: diachroon or synchroon?
95% QI
SHOES 274-606 420-530
SANDALS 351-693 488-648
OPGELET: NOOIT de vorm van de curve gebruiken voor densiteiten af
te lezen = vorm van de kalibratiecurve

Condities met betrekking tot het gebruik van 14C densiteits diagrammen
De “prior” in deze oefening is wat de onderzoeker definieert als “gerelateerde stalen”
(stilistisch, technologisch maar ook herkomst, site, ….)
De dataset moet:
1- unbiased zijn= er mag geen voorkeur zijn.
2- zo nauwkeurig als mogelijk = kleine standaardafwijking.
3-minstens 50/1000 jaar.
Inschatting van de duurtijd van een periodeInschatting van de duurtijd van een periodeInschatting van de duurtijd van een periodeInschatting van de duurtijd van een periode

radiokoolstofdatering en dendrochronlogie

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to radiokoolstofdatering en dendrochronlogie

Similar to radiokoolstofdatering en dendrochronlogie (8)

More from Onroerend Erfgoed

More from Onroerend Erfgoed (20)

radiokoolstofdatering en dendrochronlogie