C-14-datering, også kalt radiokarbon-datering, er en dateringsmetode som bruker den radioaktive nedbrytningen av karbon-isotopen 14C til å bestemme alderen på et funn. Dette er den viktigste dateringsmetoden for arkeologiske, geologiske, botaniske og zoologiske funn som er yngre enn ca. 50 000 år.
Med C-14 metoden kan man datere alle slags materialer som har karbon fra atmosfæren. For eksempel pinner, blader, trekull, bein, marine skjell, grunnvann og kalkutfellinger. Det finnes flere tusen dateringer av materiale som er funnet i Norge.
Prinsippet for metoden
Hovedprinsippet for metoden er enkelt. Kosmisk stråling produserer kontinuerlig den radioaktive isotopen 14C i atmosfæren, så i atmosfæren er det alltid en (nesten) konstant mengde 14C. Denne tas opp i planter og trær på samme måte som annen karbon. 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. Det betyr at innholdet av 14C halveres for hvert 5730 år. Hvis en i laboratoriet måler at en pinne har halvparten så mye 14C som det er i atmosfæren, er denne pinnen altså 5730 år gammel og en pinne som har ¼ av atmosfærens innhold er 11 460 år gammel.
Dyr spiser planter og dyr spiser hverandre. Det betyr at i praksis har alle planter, dyr og mennesker samme innhold av 14C som det er i atmosfæren – så lenge de lever. Men, straks de dør begynner innholdet å minke på grunn av den radioaktive nedbrytingen. Vi sier at den geologiske klokken nå begynner å gå og måle alderen på funnet.
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.
Da vi ovenfor forklarte prinsippet for metoden så forutsatte vi at atmosfæren alltid har hatt samme innhold av 14C. Vi vet nå at 14C-innholdet i atmosfæren har variert betydelig. Dette er klarlagt ved flere tusen dateringer av årringer i tre. Ved hjelp av dendrokronologi har forskerne nå en sammenhengende serie av årringer i trær som går 14 000 år tilbake i tid. Nå får en alder i kalenderår ved å telle årringene og alder i C-14 år ved å datere hver årring, og en kan altså på denne måten «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 forholdet mellom C-14 år og kalenderår er vist i to figurer.
Fra 1990-tallet er det en internasjonal arbeidsgruppe som samler inn alle dateringer av årringer i trær og setter de sammen til det som kalles et kalibreringsprogram; det siste er IntCal20, 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.
Programmer for kalibrering finnes på OxCal og på Calib.
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 under istiden, så mye 14C oppholder seg lenge i dyphavet og der skjer da radioaktiv nedbryting.
Rapportering av C-14 prøver
Det er nå 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 beregnes en halveringstid på 5568 år.
- Alderen oppgis med 1950 e.Kr. som 0-år. For eksempel når det oppgis at alderen er 8000 år før nåtid (engelsk before present = BP) betyr det det før 1950.
- Den skal være korrigert for fraksjonering.
- Den skal ikke være korrigert for marin reservoaralder eller noe annet.
Disse dateringene er da ikke det samme som virkelige år. Det er blitt vanlig blant forskere å kalle dem for C-14 år. I forskning er det viktig å bruke betegnelsen 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 under. På norsk brukes da betegnelsen kalenderår, eller kalibrerte år, på engelsk calibrated, gjerne forkortet til cal.
Datering av marine organismer
CO2 utveksles hele tiden mellom atmosfæren og havet og havet får derved kontinuerlig tilført den radioaktive 14C, men i havvannet skjer også radioaktiv nedbrytning av 14C. Siden havet har mer enn 60 ganger så mye CO2 som atmosfæren, er ikke utvekslingen rask nok til at havet får like høyt innhold av 14C som atmosfæren. I tillegg er det en mye havvann som forblir på dypt vann i flere hundre år, og den radioaktive nedbrytingen av 14C gjør at dette "gamle" vannet får en høy C-14 alder.
De omtalte forhold gjør at det er lavere 14C innhold i havet enn i atmosfæren og når en daterer levende marine dyr og planter så får de en tilsynelatende alder. 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.
I noen tilfeller oppstår det et problem ved datering av menneskebein. Har de spist bare fisk og annen sjømat så skal det korrigeres for marin reservoaralder, i Norge altså ca. 400 år. Men oftest har sjømat bare utgjort en del av kosten, og da skal det bare korrigeres for denne andelen som det er vanskelig å bestemme.
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 på grunn av vektforskjellen er det noen forskjeller i fysiske prosesser. For eksempel 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.
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 lav 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 nøye 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.
Etter hvert overtok Forskningsrådet laboratoriet og de finansierte da hele driften. I tillegg til at laboratoriet tok betalte oppdrag kunne norske studenter og forskere søke om å få utført dateringer gratis, eller for en mindre avgift. Dette hadde en stor betydning for norsk forskning og det ble et tilsvarende tap da ordningen falt bort da NTNU overtok laboratoriet i xxxx.
C-14 laboratoriet er idag en del av Nasjonallaboratoriene for datering ved Vitenskapsmuséet ved NTNU. Laboratoriet utførte over 20 000 dateringer ved måling av radioaktiviteten (proposjonaltellere), praktisk talt alle av norske prøver. Disse prøvene fikk betegnelsen T-, og den første var som nevnt T-37 av Osebergskipet og den siste var T-20177.
Etter et par års igangsetting og prøving startet laboratoriet med akselerator-datering i 2008 og drev et år paralellt med de to systemene. Men 29. nov. 2009 ble det gamle laboratoriet stengt ned, og nå dateres alle prøver med akselerator. Disse prøvene får betegnelsen TRa- og det er i 2022 utført over 9000 dateringer, igjen helt vesentlig av norske prøver. Paralelt med dette er nok noen tusen norske prøver datert som betalte oppdrag ved utenlandske laboratorier.
