Datierungsmethoden

Mithilfe von wissenschaftlichen Methoden lässt sich heutzutage das Alter von bestimmten Geweben, Gesteinen oder anderen Überresten feststellen. Unterschieden wird dabei zwischen relativen und absoluten Datierungsmethoden. Bei den relativen Datierungsmethoden können lediglich darüber Aussagen getroffen werden, ob etwas älter oder jünger ist, als zum Beispiel umliegende Gesteine. Absolute Datierungsmethoden erlauben hingegen Aussagen über das genaue Alter von archäologischen Funden. Die im Folgenden vorgestellten Methoden, die Radiokarbonmethode und die Kalium-Argon-Methode, gehören zu den absoluten Datierungsmethoden.

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Radiokarbonmethode

Die Radiokarbonmethode ermöglicht es Wissenschaftlern Überreste von Lebewesen (z.B. Knochen) auf ihr Alter zu untersuchen. Um zu verstehen wie die Radiokarbonmethode funktioniert müssen zunächst einige physikalische Grundlagen geklärt werden:

Die Atmosphäre, also die Luft um uns herum, besteht aus vielen verschiedenen Gasen. Dazu gehören vor allem Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) und neben vielen anderen Elementen auch Kohlenstoff (C). Der Kohlenstoff liegt dabei in drei verschiedene Arten („Isotopen“) vor: \(^{12}C\), \(^{13}C\) und \(^{14}C\). Bei der Radiokarbonmethode spielt besonders das radioaktive Kohlenstoffisotop \(^{14}C\) eine wichtige Rolle, es bleibt in seiner Form nämlich nicht stabil (wie die \(^{12}C\)– und \(^{13}C\)-Isotope), sondern zerfällt nach einer gewissen Zeit. Dadurch, dass es in der Atmosphäre immer neu gebildet wird, bleibt sein Anteil in der Luft aber immer konstant. Die Zeit, in der die Hälfte des vorhandenen \(^{14}C\) zerfallen ist (Halbwertszeit), beträgt 5.730 Jahre. Die Pflanzen auf unserer Erde fixieren Kohlenstoff aus der Luft, bauen ihn also in ihre Biomasse ein. So gelangen die verschiedenen Kohlenstoffisotope aus der Luft schließlich über die Nahrungskette auch in andere Organismen. Da der Anteil an Kohlenstoffisotopen in der Atmosphäre immer gleich ist und lebende Organismen den Kohlenstoff immer wieder zu sich nehmen, ist auch der Anteil an \(^{14}C\)-Isotopen in den Lebewesen immer gleich. Stirbt das Tier oder die Pflanze, so wird kein neuer Kohlenstoff mehr aufgenommen – die vorhandenen \(^{14}C\)-Isotope zerfallen und ihr Anteil im Körper des Organismus nimmt ab.
Wird nun ein Knochen gefunden, lässt sich anhand des Verhältnisses von (stabil gebliebenen) \(^{12}C-\) und (zum Teil zerfallenen) \(^{14}C\)-Isotopen bestimmen, wie viel \(^{14}C\) in dem Organismus bereits zerfallen ist. Mithilfe der Halbwertszeit lässt sich dann berechnen, wann das Lebewesen, zu welchem der Knochen gehört, gelebt haben muss.

Beispiel:
In einem Knochen lassen sich noch 25% des ursprünglichen \(^{14}C\)-Kohlenstoffes finden. Die Hälfte des ursprünglichen Kohlenstoffes (50%) ist nach 5.730 Jahren zerfallen. Die übrigen 50% sind wieder zur Hälfte zerfallen, denn insgesamt sind nur noch 25% der \(^{14}C\)-Isotope vorhanden. Die Halbwertszeit wurde also 2 mal durchlaufen, daher hat das Lebewesen vor ca. 11.460 Jahren (2 · 5.730 Jahre) gelebt.

Zu beachten ist bei der Radiokarbonmethode, dass die Halbwertszeit der \(^{14C}\) Isotope nicht genau 5.730 Jahre, sondern 5.730 ± 40 Jahre beträgt. Auch die Wahrscheinlichkeit von Messfehlern bei der Bestimmung des \(^{14}C\)-Kohlenstoffs ist relativ hoch. Das Alter von gefundenen Fossilien lässt sich also nicht ganz genau, aber in etwa bestimmen. Außerdem eignet sich die Methode nur für „jüngere“ Funde bis zu einem Alter von 50.000 Jahren, da bei älteren Organismen die \(^{14C}\)Menge zu gering ist, um sie ausreichend messen zu können.

Kalium-Argon-Methode

Die Kalium-Argon-Methode funktioniert ganz ähnlich wie die Radiokarbonmethode. Hierbei wird das Verhältnis von radioaktivem \(^{40}K\) und Argon gemessen. Wenn das radioaktive \(^{40}K\) zerfällt, entsteht dabei das Edelgas Argon. Im Laufe der Erdgeschichte gab es fast auf der ganzen Welt große Vulkanausbrüche, die nicht nur Landschaften formten sondern anhand von vulkanischen Sedimentschichten im Boden ihre Spuren hinterlassen haben. Wenn ein Vulkan ausbricht, sorgen die hohen Temperaturen der Lava dafür, dass das gesamte Argon aus der Lava ausgetrieben wird – in frischer Lava ist also nichts mehr von diesem Edelgas vorhanden. Erkaltet die Lava nun, zerfällt das vorhandene \(^{40}K\) wieder und es entsteht neues Argon. Die gesamte Menge an Argon, die in vulkanischen Sedimenten zu finden ist, muss daher nach dem Vulkanausbruch entstanden sein.Aus dem Verhältnis von \(^{40}K\) und Argon lässt sich deshalb das Alter von diesen vulkanischen Sedimentschichten bestimmen. Häufig kommt es vor, dass in diesen Sedimentschichten Fossilien gefunden werden. Das Alter dieser Überreste wird dann durch eine Analyse der umliegenden Sedimentschichten bestimmt.

40K hat eine Halbwertszeit von etwa 1,3 Millionen Jahren. Diese Methode erlaubt es Wissenschaftlern also, wesentlich ältere Funde zu bestimmen, als mit der Radiokarbonmethode.

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