Radiokohlenstoff-Datierungsprinzipien

Eine Zusammenfassung von Richard Morlan.

Was ist Radiokohlenstoff?

Vor etwa 75 Jahren sagte Williard F. Libby, Chemieprofessor an der Universität von Chicago, voraus, dass ein radioaktives Isotop des Kohlenstoffs, bekannt als Kohlenstoff-14, in der Natur vorkommen würde. Da Kohlenstoff für das Leben von grundlegender Bedeutung ist und zusammen mit Wasserstoff in allen organischen Verbindungen vorkommt, könnte der Nachweis eines solchen Isotops die Grundlage für eine Methode zur Bestimmung des Alters alter Materialien bilden. In Zusammenarbeit mit mehreren Mitarbeitern wies Libby das natürliche Vorkommen von Radiokohlenstoff nach, indem er dessen Radioaktivität in Methan aus der Kanalisation von Baltimore nachwies. Im Gegensatz dazu wies das aus Erdölprodukten hergestellte Methan keine messbare Radioaktivität auf.

Diese Entdeckung bedeutete, dass es drei natürlich vorkommende Isotope von Kohlenstoff gibt:

• Kohlenstoff-12 (c12), der 99% der Kohlenstoffatome enthält
• Kohlenstoff-13 (c13), der etwa 1% der Kohlenstoffatome enthält
• Kohlenstoff-14 (c14), der ein Kohlenstoffatom pro Billion enthält

Während Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 stabile Isotope sind, ist Kohlenstoff-14 instabil oder radioaktiv.

Was ist Radiokohlenstoffdatierung?

Kohlenstoff-14 entsteht in der oberen Atmosphäre, wenn kosmische Strahlen auf Stickstoffatome treffen. Die sich daraus ergebenden atomaren Wechselwirkungen sorgen für einen ständigen Vorrat an c14, der sich schnell in der Atmosphäre verteilt. Pflanzen nehmen c14 zusammen mit anderen Kohlenstoffisotopen während der Photosynthese in dem Verhältnis auf, in dem es in der Atmosphäre vorkommt; Tiere nehmen c14 auf, indem sie die Pflanzen (oder andere Tiere) fressen. Während der Lebenszeit eines Organismus bleibt die Menge an c14 in den Geweben im Gleichgewicht, da der Verlust (durch radioaktiven Zerfall) durch den Gewinn (durch Aufnahme über die Photosynthese oder den Verbrauch von organisch gebundenem Kohlenstoff) ausgeglichen wird. Wenn der Organismus jedoch stirbt, nimmt die Menge an c14 ab, so dass der c14-Gehalt im organischen Gewebe umso geringer ist, je länger der Tod zurückliegt. Dies ist die Uhr, die es ermöglicht, den c14-Gehalt in organischen archäologischen, geologischen und paläontologischen Proben in eine Zeitschätzung umzuwandeln.

Die Messung der Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls wird als Halbwertszeit bezeichnet, d. h. die Zeit, die vergeht, bis die Hälfte einer Probe zerfällt. Libby berechnete die Halbwertszeit von c14 mit 5568 ± 30 Jahren. Das bedeutet, dass die Hälfte des c14 bis zum Tod eines Organismus nach 5568 Jahren zerfallen ist und die Hälfte des Rests bis 11.136 Jahre nach dem Tod, usw. Die abnehmenden Werte durch den Zerfall bedeuten, dass die effektive Grenze für die Verwendung von c14 zur Zeitschätzung bei etwa 50.000 Jahren liegt. Nach dieser Zeit ist nur noch wenig oder gar kein c14 mehr vorhanden. Spätere Arbeiten haben gezeigt, dass die Halbwertszeit von Radiokohlenstoff tatsächlich 5730 ± 40 Jahre beträgt, was einem Unterschied von 3 % gegenüber der Libby-Halbwertszeit entspricht. Um Verwirrung zu vermeiden, verwenden jedoch alle Radiokohlenstofflaboratorien weiterhin die von Libby berechnete Halbwertszeit, die manchmal auf 5570 Jahre aufgerundet wird.

Was kann datiert werden?

Jedes organische Material, das in ausreichender Menge verfügbar ist, kann für die Radiokohlenstoffdatierung vorbereitet werden. Moderne AMS-Methoden (Beschleuniger-Massenspektroskopie) benötigen winzige Mengen, etwa 50 mg. Die AMS-Technologie hat es uns ermöglicht, sehr kleine Proben (wie z. B. Samen) zu datieren, die früher nicht datierbar waren. Da dem Altersbereich der Methode praktische Grenzen gesetzt sind, müssen die meisten Proben jünger als 50.000 Jahre und älter als 100 Jahre sein. Die meisten Proben müssen chemisch vorbehandelt werden, um ihre Reinheit zu gewährleisten oder um bestimmte Bestandteile des Materials zu gewinnen. Ziel der Vorbehandlung ist es, sicherzustellen, dass der zu analysierende Kohlenstoff in der zur Datierung eingereichten Probe nativ ist. Durch die Vorbehandlung wird versucht, verunreinigenden Kohlenstoff aus der Probe zu entfernen, der ein ungenaues Datum ergeben könnte. Säuren können verwendet werden, um kontaminierende Karbonate zu entfernen. Basen können verwendet werden, um verunreinigende Huminsäuren zu entfernen.

Einige Arten von Proben erfordern eine umfangreichere Vorbehandlung als andere, und diese Methoden haben sich in den ersten 50 Jahren der Radiokohlenstoffdatierung weiterentwickelt. So war es beispielsweise früher üblich, ganze Knochen einfach zu verbrennen, aber die Ergebnisse wurden schließlich als unzuverlässig angesehen. Chemische Methoden zur Trennung der organischen (Kollagen) von den anorganischen (Apatit) Bestandteilen des Knochens boten die Möglichkeit, beide Komponenten zu datieren und die Ergebnisse zu vergleichen. Die Kollagenfraktion liefert in der Regel zuverlässigere Daten als die Apatitfraktion (siehe Datierung von Knochen).

Wie wird Radiokohlenstoff gemessen?

Neben verschiedenen Vorbehandlungen muss die Probe verbrannt und in eine für den Zähler geeignete Form gebracht werden. Um den c14-Gehalt zu messen, muss die Probe zerstört werden.

Die ersten Messungen von Radiokohlenstoff wurden in Geigerzählern mit Siebwand durchgeführt, wobei die Probe für die Messung in fester Form vorbereitet wurde. Es stellte sich bald heraus, dass diese so genannten „Festkohlenstoff“-Datierungen ein etwas jüngeres Alter ergaben als erwartet, und es gab viele andere technische Probleme im Zusammenhang mit der Probenvorbereitung und dem Betrieb der Zähler. Gasproportionalzähler ersetzten bald in allen Labors die Festkohlenstoffmethode, wobei die Proben in Gase wie Kohlendioxid, Schwefelkohlenstoff, Methan oder Acetylen umgewandelt werden. Viele Laboratorien verwenden heute Flüssigszintillationszähler, wobei die Proben in Benzol umgewandelt werden. Alle diese Zählertypen messen den C-14-Gehalt durch Überwachung der Zerfallsrate pro Zeiteinheit.

Eine neuere Innovation ist die direkte Zählung von C-14-Atomen mit Beschleuniger-Massenspektrometern (AMS). Die Probe wird in Graphit umgewandelt und in eine Ionenquelle eingebaut, aus der sie gesputtert und durch ein Magnetfeld beschleunigt wird. Das Feld lenkt Atome unterschiedlicher Masse unterschiedlich ab (schwerere Atome werden weniger abgelenkt). Targets, die auf verschiedene Atomgewichte abgestimmt sind, zählen die Anzahl der c12-, c13- und c14-Atome in einer Probe.

Was sind die Altersgrenzen der Radiokohlenstoffdatierung?

Viele als „modern“ bezeichnete Proben weisen Radioaktivitätswerte auf, die von modernen Standards wie Oxalsäure nicht zu unterscheiden sind. Aufgrund der Kontamination durch Bombentests sind einige Proben sogar noch radioaktiver als die modernen Standards. Für andere, sehr junge Proben können Höchstwerte festgelegt werden, z. B. 40.000 Jahre. Die sehr alten Proben haben eine so geringe Radioaktivität, dass sie sich nicht zuverlässig von der Hintergrundstrahlung unterscheiden lassen. Nur sehr wenige Labors sind in der Lage, Alter von mehr als 40.000 Jahren zu messen.

Warum haben Radiokohlenstoffdaten Plus- oder Minuszeichen?

Viele Aspekte der Radiokohlenstoffmessung sind mit Unsicherheiten behaftet. Jedes Labor muss die Hintergrundstrahlung berücksichtigen, die geografisch und zeitlich variiert. Die Variation der Hintergrundstrahlung wird durch routinemäßige Messungen von Standards wie Anthrazit (Kohle), Oxalsäure und bestimmten Materialien bekannten Alters überwacht. Die Standards bieten eine Grundlage für die Interpretation der Radioaktivität der unbekannten Probe, aber jede Messung ist mit einer gewissen Unsicherheit behaftet. Da die Zerfallszählung zufällige Ereignisse pro Zeiteinheit erfasst, ist die Unsicherheit ein inhärenter Aspekt der Methode.

Die meisten Laboratorien geben die Unsicherheit mit einer Standardabweichung (± 1 Sigma) an, was bedeutet, dass das tatsächliche Alter der Probe mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 67 % in den angegebenen Bereich fällt, z. B. ± 100 Jahre. Die meisten Laboratorien berücksichtigen bei der Festlegung der 1-Sigma-Grenzwerte nur die Zählstatistik, d. h. die Aktivität der Probe, der Standards und des Hintergrunds. Einige Laboratorien berücksichtigen jedoch auch andere Variablen wie die Unsicherheit bei der Messung der Halbwertszeit. Zwei Laboratorien, der Geological Survey of Canada und die University of Waterloo, wenden eine unkonventionelle Praxis an, indem sie 2-Sigma-Fehler angeben, was eine Wahrscheinlichkeit von etwa 95 % bedeutet, dass das tatsächliche Alter der Probe innerhalb des angegebenen Bereichs liegt. Einige Laboratorien legen einen Mindestwert für ihre Fehlerbedingungen fest.

Die meisten Laboratorien verwenden ein 2-Sigma-Kriterium, um Mindest- und Höchstalter festzulegen. Im Einklang mit seiner Praxis, 2-Sigma-Fehler für so genannte endliche Daten anzugeben, verwendet der Geological Survey of Canada ein 4-Sigma-Kriterium für nicht-endliche Daten.

Was bedeutet BP?

Die ersten Radiokohlenstoffdaten, über die berichtet wurde, hatten ihr Alter auf das nächste Jahr genau berechnet, ausgedrückt in Jahren vor der Gegenwart (BP). Es wurde bald deutlich, dass sich die Bedeutung von BP jedes Jahr ändern würde und dass man das Datum der Analyse kennen musste, um das Alter der Probe zu verstehen. Um Verwirrung zu vermeiden, wurde in einem internationalen Übereinkommen festgelegt, dass das Jahr 1950 n. Chr. als Bezugspunkt für den Begriff BP verwendet wird. Somit bedeutet BP Jahre vor 1950 n. Chr.

Es gibt immer noch Leute, die Radiokarbondaten in Bezug auf den Kalender ausdrücken, indem sie das Jahr 1950 vom angegebenen Alter abziehen. Diese Praxis ist falsch, denn es ist inzwischen bekannt, dass Radiokohlenstoffjahre nicht mit Kalenderjahren gleichzusetzen sind. Um ein Radiokarbondatum in Kalenderjahren auszudrücken, muss es normalisiert, nach Bedarf um Reservoir-Effekte korrigiert und kalibriert werden.

Welche Bedeutung hat die Assoziation?

Radiokarbondaten können nur aus organischem Material gewonnen werden, und viele archäologische Stätten bieten wenig oder keine organische Erhaltung. Selbst wenn der organische Erhaltungszustand ausgezeichnet ist, sind die organischen Materialien selbst nicht immer das, was den Archäologen am meisten interessiert. Ihre Verbindung mit kulturellen Merkmalen wie Hausresten oder Feuerstellen kann jedoch dazu führen, dass sich organische Substanzen wie Holzkohle und Knochen für die Radiokohlenstoffdatierung eignen. Ein entscheidendes Problem besteht darin, dass das resultierende Datum nur die Zeit seit dem Tod einer Pflanze oder eines Tieres misst, und es liegt am Archäologen, Beweise dafür aufzuzeichnen, dass der Tod des Organismus in direktem Zusammenhang mit den menschlichen Aktivitäten steht, die durch die Artefakte und kulturellen Merkmale repräsentiert werden.

Viele Stätten in der kanadischen Arktis enthalten Holzkohle, die aus Treibholz gewonnen wurde, das von alten Menschen gesammelt und als Brennstoff verwendet wurde. Ein Radiokarbondatum für Treibholz kann mehrere Jahrhunderte älter sein als erwartet, da der Baum möglicherweise schon Hunderte von Jahren vor seiner Verwendung zum Anzünden eines Feuers gestorben ist. In bewaldeten Gebieten ist es nicht ungewöhnlich, verkohlte Baumwurzeln zu finden, die sich nach unten in archäologische Materialien erstrecken, die in tieferen Schichten einer Stätte vergraben sind. Holzkohle aus solchen Wurzeln kann das Ergebnis eines Waldbrandes sein, der Hunderte von Jahren nach dem Vergraben der archäologischen Materialien stattfand, und ein Radiokarbondatum auf solcher Holzkohle wird ein jüngeres Alter als erwartet ergeben.

Daten auf Knochen

Knochen sind nach Holzkohle das zweitwichtigste Material für Radiokarbondatierungen. Sie bieten einige Vorteile gegenüber Holzkohle. So ist es zum Beispiel oft einfacher, eine sichere Verbindung zwischen Knochen und Artefakten nachzuweisen, als eine eindeutige Verbindung zwischen Holzkohle und Artefakten zu beweisen. In der Tat versuchen viele Studien, den Todeszeitpunkt eines Tieres zu bestimmen, und es gibt keine Frage bezüglich der Assoziation, wenn die Probe aus den Knochen des Tieres besteht.

Knochen stellen jedoch einige besondere Herausforderungen dar, und die Methoden zur Vorbehandlung von Knochen-, Geweih-, Horn- und Stoßzahnproben haben sich in den letzten 50 Jahren grundlegend geändert. Ursprünglich beschränkten sich die meisten Labors darauf, ganze Knochen oder Knochenfragmente zu verbrennen, wobei sowohl der organische als auch der anorganische Kohlenstoff, der dem Knochen innewohnt, sowie etwaige kohlenstoffhaltige Verunreinigungen in der Probe zurückblieben. Tatsächlich glaubte man, offenbar in Analogie zu elementarer Holzkohle, dass sich Knochen für die Radiokohlenstoffdatierung eignen, „wenn sie stark verkohlt sind“ (Rainey und Ralph, 1959: 366). Datierungen auf Knochen, die mit solchen Methoden vorgenommen werden, sind höchst verdächtig. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sie zu jung sind, aber es ist nicht möglich, ihre Zuverlässigkeit vorherzusagen.

Die Entwicklung chemischer Methoden zur Isolierung von Kohlenstoff aus den organischen und anorganischen Bestandteilen des Knochens war ein großer Schritt nach vorn. Berger, Horney und Libby (1964) veröffentlichten eine Methode zur Extraktion des organischen Kohlenstoffs aus Knochen. Viele Labors übernahmen diese Methode, die eine Gelatine hervorbrachte, von der angenommen wird, dass sie hauptsächlich aus Kollagen besteht. Diese Methode wird in dieser Datenbank als „unlösliche Kollagenextraktion“ bezeichnet. Longin (1971) zeigte, dass Kollagen in einer löslichen Form extrahiert werden kann, die einen höheren Grad an Dekontamination der Probe ermöglicht. Viele Laboratorien übernahmen die Methode von Longin, die in dieser Datenbank als „lösliche Kollagenextraktion“ bezeichnet wird.

C.V. Haynes (1968) stellte eine Methode zur Extraktion des anorganischen Kohlenstoffs aus Knochen vor. Diese Methode wurde als geeignet für den Einsatz in Gebieten angesehen, in denen Kollagen in Knochen selten oder schlecht erhalten ist. Spätere Forschungen ließen Zweifel an der Zuverlässigkeit dieser Methode aufkommen. Hassan und andere (1977; Hassan und Ortner, 1977) zeigten, dass der im Knochenapatit enthaltene anorganische Kohlenstoff sehr anfällig für Verunreinigungen durch jüngeren oder älteren Kohlenstoff in der Bestattungsumgebung ist. Es scheint nun, dass unlösliche Kollagenextraktionen, wenn überhaupt, in der Regel auf der jungen Seite liegen (Rutherford und Wittenberg, 1979), während Knochenapatit ein Alter ergeben kann, das entweder älter oder jünger als das tatsächliche Alter ist, und zwar oft mit einem beträchtlichen Abstand.

Die laufende Forschung hat die Methoden zur Extraktion von Kollagen weiter verfeinert, vor allem aus kleinen Proben, die für die AMS-Datierung bestimmt sind. So haben D.E. Nelson und seine Mitarbeiter mit Modifikationen der Longin-Methode experimentiert, einschließlich der Verwendung von Ultrafiltration zur Isolierung von Komponenten in „zwei Fraktionen mit nominalen Molekulargewichten >30 kD und <30 kD (Kilo-Dalton)“ (Morlan, et al. 1990: 77; Brown, et al. 1988; Nelson, et al. 1986). T.W. Stafford (1990; Stafford, et al. 1987) hat Aminosäuren aus Knochen extrahiert und deren Alter separat gemessen. Hedges und Van Klinken (1992) geben einen Überblick über andere neuere Fortschritte bei der Vorbehandlung von Knochen.

Warum müssen Radiokohlenstoffdaten kalibriert werden?

Eine der ursprünglichen Annahmen der Methode war, dass die Produktionsrate von Radiokohlenstoff konstant ist. Heute weiß man, dass diese Annahme falsch ist, was bedeutet, dass Radiokohlenstoffjahre nicht mit Kalenderjahren gleichzusetzen sind. Langfristige Schwankungen in der Produktionsrate scheinen Schwankungen in der Stärke des Erdmagnetfeldes zu entsprechen. Kurzfristige Schwankungen, „Wiggles“, sind als de Vries-Effekt (nach Hessel de Vries) bekannt und können mit Schwankungen der Sonnenfleckenaktivität zusammenhängen.

Internationale Zusammenarbeit zwischen vielen Labors hat zu immer feineren Kalibrierungskurven geführt. Minze Stuiver, einer der Schüler von de Vries, hat dabei eine führende Rolle gespielt. Der neueste Kalibrierungsdatensatz, bekannt als INTCAL98, verbindet die datierten Baumringe mit der Uran-Thorium-Datierung von Korallen und schließlich mit terrestrischen Varve-Chronologien, um eine Kalibrierung über den Zeitraum von 0-24.000 Jahren zu erreichen. CALIB 4.0 ist ein Computerprogramm, das auf INTCAL98 basiert.

Ob Radiokohlenstoffdaten kalibriert werden müssen, hängt vom jeweiligen Zweck ab. Einige Studien können vollständig in Form von Radiokohlenstoffjahren durchgeführt werden. Andere Studien, wie z.B. solche, die sich auf Veränderungsraten konzentrieren, können mehr oder weniger präzise Kalibrierungen erfordern.

Was sind Reservoir-Effekte?

Beispiele für Kohlenstoffreservoirs finden sich in der Atmosphäre, der Lithosphäre (der Erdkruste), den Ozeanen und der Biosphäre (lebende Organismen). Landpflanzen und die von ihnen unterstützten Nahrungsketten beziehen den größten Teil ihres Kohlenstoffs aus der Atmosphäre, während marine Nahrungsketten ihren Kohlenstoff hauptsächlich aus den Ozeanen beziehen. Etwa 7,5 kg C-14 werden jedes Jahr in der oberen Atmosphäre produziert, und die Vermischung mit dem Kohlenstoff in den Ozeanen ist weniger vollständig als die Vermischung mit dem atmosphärischen Kohlenstoff. Durch die Aufwärtsströmung des Tiefenwassers gelangt auch alter, nicht-radioaktiver Kohlenstoff in die Oberflächengewässer. Daher sind Meeresorganismen relativ arm an C-14, und moderne Meerespflanzen und -tiere können ein scheinbares Alter von Hunderten von Jahren aufweisen. Diese Diskrepanz wird als Reservoir-Effekt bezeichnet.

Früher ging man davon aus, dass der Reservoir-Effekt in allen Ozeanen etwa 400 Jahre beträgt, aber heute weiß man, dass die Größe des Effekts geografisch und zeitlich variiert. Jede regionale Studie, die Radiokohlenstoffdaten von Meeresorganismen verwendet, muss den entsprechenden Korrekturfaktor für die jeweilige Region festlegen.

Was ist der Süss-Effekt?

Hans Süss war der erste, der darauf hinwies, dass die Verbrennung fossiler Brennstoffe einen tiefgreifenden Einfluss auf die Kohlenstoffspeicher hat. Diese aus der Erdkruste gewonnenen Brennstoffe sind so alt, dass sie überhaupt kein C-14 enthalten. Einige dieser Materialien werden sogar als Standards verwendet, um den Laboratorien die Überwachung der Hintergrundstrahlung zu ermöglichen. Wenn die Brennstoffe verbrannt werden, wird ihr Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid und bestimmten anderen Verbindungen in die Atmosphäre freigesetzt. Die jährliche Freisetzung dieses „toten“ Kohlenstoffs beläuft sich auf etwa 5.000.000.000.000.000 kg im Vergleich zu den 7,5 kg C-14, die jährlich durch die kosmische Strahlung in der oberen Atmosphäre erzeugt werden.

Was ist Isotopenfraktionierung?

Während der Photosynthese diskriminieren die Pflanzen die schwereren Isotope des Kohlenstoffs und nehmen proportional weniger C-13 und C-14 auf, als in ihrem Kohlenstoffreservoir verfügbar ist. Das Ergebnis ist eine Isotopenfraktionierung, die an die Konsumenten der Pflanzen (die Pflanzenfresser) und an deren Konsumenten (die Fleischfresser) weitergegeben wird. Tatsächlich kommt es zu einer zusätzlichen Fraktionierung, wenn Pflanzenfresser die Pflanzen fressen und wenn Fleischfresser die Pflanzenfresser fressen. Man geht davon aus, dass alle Organismen C-14 etwa doppelt so stark wie C-13 diskriminieren, und das Verhältnis zwischen den stabilen C-12- und C-13-Atomen kann zur Korrektur der anfänglichen Verarmung an C-14 verwendet werden. Radiokohlenstoffdaten können um die Isotopenfraktionierung korrigiert werden, eine Korrektur, die Normalisierung genannt wird. Das Ausmaß der Isotopenfraktionierung hängt von dem von der Pflanze genutzten Photosyntheseweg ab. Die meisten Blütenpflanzen, Bäume, Sträucher und Gräser der gemäßigten Zonen sind als C3-Pflanzen bekannt, da sie mithilfe des Calvin-Benson-Photosynthesezyklus ein Molekül mit drei Kohlenstoffatomen erzeugen. Gräser, die an trockene Regionen angepasst sind, wie z. B. Büffelgras (Bouteloua) und Mais (Zea), werden als C4-Pflanzen bezeichnet, da sie mithilfe des Hatch-Slack-Zyklus ein Molekül mit vier Kohlenstoffatomen bilden. C3-Pflanzen diskriminieren die schwereren Kohlenstoffisotope stärker als C4-Pflanzen.

Wie werden Radiokohlenstoffdaten normalisiert?

Die Normalisierung ist eine Korrektur der Isotopenfraktionierung. Sie basiert auf dem Verhältnis zwischen C-12 und C-13, genannt δ13C, das in Teilen pro Millimeter (Teile pro Tausend) in Bezug auf einen Standard, bekannt als Pee Dee Belemnite (PDB), ausgedrückt wird. Belemnit ist ein kalkhaltiges Fossil aus der Kreidezeit, das in Pee Dee, South Carolina, gefunden wurde. Die meisten organischen Materialien enthalten weniger C-13 als PDB, was zu negativen Werten für δ13C führt. Zum Beispiel haben die meisten C3-Pflanzen ein C-13-Verhältnis von etwa -25 Teilen pro Millimeter, während das C-13-Verhältnis bei C4-Pflanzen im Bereich von -10 bis -12,5 Teilen pro Millimeter liegt. Pflanzenfresser sind weniger selektiv gegenüber den schwereren Isotopen, und ihr Knochenkollagen ist im Verhältnis zu ihrer Nahrung um 5 Teile pro Millimeter angereichert. Eine weitere Veränderung tritt bei Fleischfressern auf, deren Knochenkollagen um zusätzlich 1 Teil pro Millimeter angereichert ist. Meerespflanzen ähneln den C3-Pflanzen, aber sie beziehen ihren Kohlenstoff aus gelösten ozeanischen Bikarbonaten, die sich in ihren Isotopenverhältnissen von der Atmosphäre unterscheiden, und dieser Unterschied wird in der marinen Nahrungskette weitergegeben.

Radiokohlenstoffdaten können auf einen beliebigen Wert normiert werden, und der international vereinbarte Wert ist -25 Teile pro Millimeter auf der Grundlage eines international anerkannten Eichenstandards. Jedes Teil pro Millimeter Differenz zu -25 entspricht 16 Jahren. Knochenkollagen von Meeressäugetieren beispielsweise hat in der Regel ein C-13-Verhältnis von -15 Teilen pro Millimeter. Diese Abweichung von 10 Teilen pro Millimeter vom Eichenstandard bedeutet, dass das Alter des Meeressäugerknochens normalisiert werden kann, indem 160 Jahre zu seinem gemessenen Alter addiert werden.

Was ist, wenn das C-13-Verhältnis unbekannt ist?

Wenn δ13C für eine bestimmte Probe nicht gemessen wurde, kann es auf der Grundlage von Tausenden solcher Messungen, die bereits berichtet wurden, geschätzt werden. Die Schätzung ist jedoch mit einem zusätzlichen Unsicherheitsfaktor behaftet, der sich in einem Fehlerterm in den Korrekturformeln niederschlägt. Die Korrekturen für die Isotopenfraktionierung in häufig datierten Materialien sind im Folgenden zusammengefasst:

Material	δ13C	PPM
Torf, Humus	-27	35 ± 95
Kohle, Holz	-25	0
Fett von Meeressäugern	-23	20 ± 35
terrestrisches Kollagen	-20	80 ± 20
Bisonkollagen	-20	80 ± 20
menschliches Kollagen	-19	100 ± 20
marines Kollagen	-15	160 ± 20
Mais	-10	245 ± 20
Knochenapatit	-10	245 ± 35
Frischwassermuscheln	-8	275 ± 50
Meeresmuscheln	0	410 ± 70

Es ist wichtig zu beachten, dass die Formeln für Bisonkollagen und menschliches Kollagen nur minimale Korrekturen ergeben. Beim Bison kann man ohne δ13C-Messung nicht wissen, wie hoch der Anteil der C4-Pflanzen in der Ernährung des Tieres war. Der geschätzte Wert von -20 Promille liefert nur dann eine angemessene Korrektur, wenn das Tier niemals C4-Pflanzen verzehrt hat. Ebenso ergibt der geschätzte Wert für menschliches Kollagen, -19 Teile pro Millimeter, eine angemessene Korrektur für Menschen, die keine Meeresressourcen, keine C4-Pflanzen fressenden Bisons und keinen Mais zu sich genommen haben. Eine Zunahme einer dieser Nahrungsquellen würde das C-13-Verhältnis über -19 anreichern und die Alterskorrektur um 16 Jahre für jedes Teil pro Millimeter Veränderung des Verhältnisses zu klein machen.