C-14-datering, også kalt radiokarbon-datering, er en dateringsmetode som benytter den radioaktive nedbrytningen av karbon-isotopen 14C. Med C-14 metoden kan en datere alle slags materialer som har karbon fra atmosfæren, som for eksempel pinner, blader, trekull, bein, marine skjell, grunnvann og kalkutfellinger. Dette er den viktigste dateringsmetoden for arkeologiske og geologiske funn som er yngre enn ca. 50 000 år. Det finnes flere tusen dateringer av norsk materiale.
Prinsippet for metoden
Hovedprinsippet for metoden er enkelt. Kosmisk stråling produserer kontinuerlig den radioaktive isotopen 14C i atmosfæren. Denne oppfører seg kjemisk på samme måte som andre karbon-isotoper. Det vil si at det dannes 14CO2 som tas opp i alle grønne planter på samme måte som for isotopen 12C som utgjør 98,9 % av karbonet i atmosfæren. Så lenge planten lever er 14C i likevekt med atmosfæren, men når planten dør starter den radioaktive nedbrytingen av 14C med en halveringstid på 5730 år, mens de stabile 12C og 13C isotopene ikke brytes ned. Det betyr at innholdet av 14C halveres for hvert 5730 år. En pinne som har halvparten av det opprinnelige innhold av 14C er altså 5730 år gammel og en som har ¼ av det opprinnelige innhold er 11 460 år.
Dyr spiser planter og de spiser hverandre. Det betyr at i praksis har alle levende vesener på landjorda det samme innhold av 14C som atmosfæren, men straks de dør begynner det å minke p.g.a. den radioaktive nedbrytingen.
Oversettelse eller kalibrering av C-14 år til kalenderår
Willard F. Libby fikk Nobelprisen i 1960 for å ha oppdaget metoden, først publisert i 1949. Han og andre fysikere antok da at 14C-innholdet i atmosfæren hadde vært konstant over tusener av år, og de mente derfor at den alderen de fikk var det samme som kalenderår. De testet metoden ved å datere årringer i gamle trær og kjente historiske funn og fikk tilnærmet riktige aldre, men for eksempel for egyptiske funn fikk de yngre aldre enn det arkeologene hadde funnet ut – og arkeologene hadde rett.
Vi vet nå 14C-innholdet i atmosfæren har variert betydelig. Dette er klarlagt ved flere tusen dateringer av årringer i tre. Ved hjelp av dendrokronologi har en nå en sammenhengende serie av årringer i trær som går så å si 14 000 år tilbake i tid. Til å begynne med daterte en gjerne ti og ti ringer. Fra 1990-tallet er det blitt mer og mer slik at laboratoriene daterer bare en eller to årringer. På denne måten får en alder i kalenderår ved å telle treringene og alder i C-14 år ved å datere, og en kan altså "oversette" C-14 år til kalenderår. På engelsk kalles dette calibrating, og det er nå også innarbeidet i norsk at vi sier kalibrere C-14 år til kalenderår. Eksempler på dette er vist i to figurer.
Fra 1990-tallet er det en internasjonal arbeidsgruppe som samler inn alle dateringer av årringer i trær, vurderer de, og setter de sammen til det som kalles et kalibreringsprogram; det siste er Calib20, som kom i 2020. Lenger bakover i tid enn det den dendrokronologiske kurven går, bruker de paralelle C-14 og Uran-serie dateringer av speleotemer og koraller.
Årsaken til variasjoner i 14C i atmosfæren – og derved lengden på C-14 år
Det er særlig to prosesser som gir variasjoner i nivået av 14C i atmosfæren, og derved forløpet av kalibreringskurven. Viktigst er styrken av jordens magnetfelt fordi magnetfeltet bremser den kosmiske strålingen. Den største forskjellen på C-14 år og kalenderår er mer enn 5000 år for ca. 41 000 år siden. Da var det en stor svekkelse av magnetfeltet med endringer i polposisjoner som kalles Lashamp-ekskursjonen. Det førte til at 14C innholdet i atmosfæren nesten ble doblet, og forskjellen mellom C-14 år og kalenderår ble derved nesten en halveringstid (5730 år).
Den andre viktige prosessen er utveksling av CO2 med havet. Havvannet inneholder mer enn 60 ganger så mye karbon som atmosfæren, så utvekslingen med havet er viktig. Denne varierer særlig med istider. Større utbredelse av sjøis forsinker utvekslingen. Dessuten er havsirkulasjonen tregere u nder istiden, så mye 14C oppholder seg lenge i dyphavet og der skjer da radioaktiv nedbryting.
Isotopisk fraksjonering
Karbon forekommer som tre isotoper, 12C som utgjør 98,9 % av C i atmosfæren, 13C som utgjør 1,1% og 14C som utgjør promiller. De to første er radioaktivt stabile. Som nevnt over oppfører de seg kjemisk likt, men p.g.a. vektforskjellen er det noen forskjeller i fysiske prosesser. F.eks. tar planter opp mer av den lette 12C enn av de to andre. Dette korrigeres det alltid for ved C-14 datering. Fraksjoneringsraten er dobbelt så høy for 13C som for 14C, og ved å måle innholdet av 13C, som er stabil, kan en korrigere for fraksjoneringen.
Datering av marine organismer
CO2 utveksles hele tiden mellom atmosfæren og havet og havet får derved kontinuerlig tilført 14C. Men havet har mer enn 60 ganger så mye CO2 som atmosfæren, så prosessen er ikke rask nok til at havet får samme 14C innhold som atmosfæren. Dertil kommer at en del havvann oppholder seg på dypet i flere hundre år og da skjer jo den radioaktive nedbrytingen av 14C.
Det er datert skjell som var samlet langs norskekysten før atombombeprøvene og de ga tilsynelatende aldre på 410 år. Dette kalles marin reservoaralder. Denne varierer både geografisk og over tid. På steder i Antarktis der gammelt havvann kommer opp til overflaten er det funnet marine reservoaraldre på 1200 år.
Når en kalibrerer C-14 år til kalenderår blir det også korrigert for marine reservoaraldre. For de siste 12 000 år er dette ikke noe stort problem for norske prøver, men usikkerheten i alder kan bli noen titalls år større enn for datering av landplanter.
Standardisert beregning og rapportering av C-14 prøver
Noen år etter at metoden ble kjent begynte det å bli forskjeller i hvordan alderen ble beregnet og rapportert. Libby hadde funnet at halveringstiden var 5568 år, men snart etter ble det oppdaget at 5730 år et bedre anslag. Skulle en beregne alderen fra det året prøven ble datert, 1950 eller Kristi fødsel som var et vanlig 0-år blant historikere og arkeologer. Enda mer forvirring ble det da noen begynte å bruke aldre som var korrigert til kalenderår.
Nå er det internasjonal enighet om at alle C-14 dateringer, og det er flere tusen i året, skal rapporteres slik:
- Laboriatorie-nummeret for prøven.
- Alderen skal være beregnet etter Libbys halveringstid, 5568 år.
- Alderen oppgis med 1950 e.Kr. som 0-år. Så når det oppgis at alderen er 8000 år før nåtid (engelsk before present = BP) så er det før 1950.
- Den skal være korrigert for fraksjonering.
- Den skal ikke være korrigert for marin reservoaralder eller noe annet.
Denne alderen er jo ikke virkelige år, men det er blitt vanlig å kalle dette for C-14 år, og det er viktig å bruke betegnlsen C-14 år for å unngå forveksling med kalenderår. Fordelen er at her rapporteres presist alt som er målt i laboratoriet. Disse fakta skal alltid være med i faglige artikler.
Deretter kan en kalibrere C-14 år til kalenderår som omtalt over. På norsk brukes da betegnelsen kalenderår, eller kalibrerte år, på engelsk calibrated, gjerne forkortet til cal.
Måling i laboratoriet
Fra oppdagelsen av metoden i 1940-årene og fram til omkring 1980 målte en innholdet av 14C ved å måle den radioaktive strålingen. En gammel prøve har selvfølgelig mye lavere innhold av 14C enn lufta, og det er mange andre strålekilder omkring oss. For å måle så laf stråling som det var fra prøvene så fant en jern med lav eller ingen radioaktivitet og bygde et kammer som ble beskyttet av flere tonn med slikt jern. Prøven ble brent i et lite rør slik at det ble produsert CO2. Denne gassen måtte så gjennom en omstendelig renseprosess før den endte i et lite rør som ble satt inn i "jernkammeret" hvor radioaktiviteten (beta-stråling) ble målt. Jo eldre prøven var, jo lavere var strålingen, og for prøver som var 40 000 – 55 000 år gamle så var strålingen like lav som bakgrunnen. Denne maksimale alder var litt forskjellig mellom laboratoriene.
Nå, i 2023, gjøres praktisk talt all C-14 datering med akselerator. Den store forskjellen er at med akselerator teller en hvor mange 14C atomer det er i prøven. Det gir større presisjon enn måling av den radioaktive strålingen. Den største fordelen med dette er at en kan datere svært små prøver, helt ned til et par milligram. En behøver derfor ikke ødelegge viktige funn. Også for akselerator er det en omstendig preparering av prøvene fram til en lager ren grafitt som settes inn i akseleratoren.
C-14 laboratorium i Norge
Oppdagelsen til Libby skapte interesse for C-14-datering over hele verden. I Europa ble det startet flere steder, først ute var København, mens Trondheim, sammen med et par andre, kan regnes som nr. 3.
Ved Fysisk institutt, NTH, i Trondheim startet de å bygge opp et C-14 laboratorium i 1952, men som alle de andre laboratoriene møtte de store problemer med å finne egnete materialer for å kunne måle så lave aktiviteter. Deres første dateringsliste ble publisert i 1959, og prøven med lavest nummer er T-37, en prøve av Osebergskipet som ga 1190 ± 60 år.
Etterhvert overtok Forskningsrådet laboratoriet og de finansierte hele driften fram til xxxx
