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Um das Alter von Knochen oder Pflanzen zu bestimmen, wird die sogenannte Radiokarbon-Datierung genutzt. Diese Methode wird nun viel genauer - dank eines Fundes in einer Höhle in China.

Hulu-Höhle in der chinesischen Provinz Jiangsu
DPA/ Hai Cheng

Für Archäologen ist die C-14-Methode eine faszinierende Sache. Zwar gibt es inzwischen auch andere Verfahren, um das Alter von Funden zu bestimmen. Doch noch immer ist die Radiokarbon-Methode, für deren Entwicklung der Erfinder Willard Libby 1960 den Nobelpreis für Chemie erhielt, das Standardverfahren bei der Altersbestimmung von organischen Substanzen.

Zwei Tropfsteine aus einer Höhle in China dürften der Radiokarbon-Datierung nun zu mehr Präzision verhelfen. Ein internationales Forscherteam bestimmte mit Hilfe der Stalagmiten besonders detailliert, wie sich die Konzentration des Kohlenstoff-Isotops C-14 in der Atmosphäre in den vergangenen 54.000 Jahren entwickelt hat.

Das ist eine Voraussetzung dafür, um mit der C14-Datierungs-Methode das Alter von organischem Material wie Knochen oder Pflanzenresten korrekt zu bestimmen. Die Forscher stellen ihre Arbeit im Fachmagazin "Science" vor.

Christian Hamann vom Leibniz-Labor für Altersbestimmung und Isotopenforschung in Kiel, der nicht an der Studie beteiligt war, ist angetan von dem umfangreichen Datensatz, den die chinesischen Forscher um Hai Cheng aus den Stalagmiten gewonnen haben. Besonders das Alter von Objekten aus dem Zeitraum von vor 30.000 bis vor 50.000 Jahren könnte so genauer bestimmt werden.

Die Grundlage der Radiokarbondatierung ist der radioaktive Zerfall des Kohlenstoff-Isotops C-14. Es wird in der Atmosphäre durch kosmische Strahlung erzeugt und gelangt in Pflanzen, Tiere und auch Menschen. Stirbt ein Lebewesen, nimmt es kein neues C-14 mehr auf. Über die Jahre nimmt dann die Menge an C-14 immer mehr ab, und zwar in 5730 Jahren um die Hälfte. Kennt man die Menge an C-14 in einem Fundstück, lassen sich so Rückschlüsse auf sein Alter ziehen.

Es ist eine Herausforderung bei der Radiokarbon-Datierung, dass die C-14-Konzentration in der Atmosphäre in den vergangenen Jahrtausenden nicht konstant war. In anderen Worten: Nicht zu jedem Zeitpunkt in den vergangenen 50.000 Jahren haben Lebewesen gleich viel C-14 eingelagert. Um eine verlässliche Altersbestimmung anhand des C-14-Zerfalls vorzunehmen, müssen deshalb die zeitlichen Änderungen der C-14-Konzentration in der Atmosphäre bekannt sein.

Bislang haben sich Forscher dabei etwa mit alten Bäumen beholfen. Über deren Ringe lässt sich genau bestimmen, wie alt eine bestimmte Holzschicht ist. Ist die C-14-Konzentration in den verschiedenen Holzschichten bekannt, lässt sich schlussfolgern, wie sich die C-14-Konzentration über die Jahrtausende in der Atmosphäre verändert hat. Mit Bäumen lässt sich die Zeit bis vor fast 14.000 Jahren stückchenweise nachvollziehen.

Mit den Tropfsteinen gehen die Forscher um Hai Cheng vom Institut des globalen Klimawandels an der chinesischen Xi'an Jiatong Universität einen anderen Weg. Die Stalagmiten waren in einer Höhle in der chinesischen Provinz Jiangsu über die Jahrtausende von unten nach oben gewachsen, indem von der Decke Wasser tropfte und Mineralien ablagerte. Der untere Teil des Tropfsteins ist älter und beinhaltet weniger C-14-Isotope, die Spitze des Tropfsteins ist jünger und enthält mehr C-14.

Die Wissenschaftler um Hai Cheng konnten den Verlauf der C-14-Konzentration innerhalb des Tropfsteins in einen zeitlichen Kontext stellen, weil sie gleichzeitig sogenannte Uran-Thorium-Datierungen an den Stalagmiten vornahmen. Diese Art der Datierung hat den Vorteil, dass sie von Veränderungen in der Atmosphäre unabhängig ist. Bei Pflanzen und Tieren ist sie allerdings nicht anwendbar, weil diese keine Uran-Isotope enthalten.

Hamann vom Leibniz-Labor hebt besonders hervor, dass es nun erstmals einen zusammenhängenden Datensatz zur C-14-Konzentration für die vergangenen 54.000 Jahre gibt. Er geht davon aus, dass die Daten auch in die neue Kalibrierkurve Intcal19 einfließen, deren Festlegung im kommenden Jahr erwartet wird. Kalibrierkurven dienen dazu, die Schwankungen in der atmosphärischen C-14-Konzentration über die Jahrtausende bei der C-14-Datierung zu berücksichtigen.

Die Ergebnisse von Hai und seinen Kollegen sind nicht nur von Bedeutung für die Radiokarbon-Methode, sondern auch für die Erforschung des Kohlenstoffkreislaufes der Erde. So lassen Schwankungen der C-14-Konzentration in der Atmosphäre Rückschlüsse auf Änderungen im Magnetfeld der Erde und auch auf klimabedingte Änderungen des Kohlenstoffkreislaufs der Meere zu.

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