Kalibreringskurve C-14
Et utsnitt som viser detaljer i kalibreringskurven for perioden 11 400–11 900 år siden. Hvis en får en C-14-datering som gir 10 400 C-14-år, ser en at den virkelige alderen kan være fra 12 200 til 12 500 år. Dette kalles platå på C-14-kurven. Derimot vil en datering som gir 10 650 C-14-år gi en veldig presis alder på 12 700 år.
Kalibreringskurve C-14
Lisens: CC BY SA 3.0
Den gamle telleren i Trondheim som har betydd svært mye for norsk arkeologisk og geologisk forskning. Platene er jernplater med svært lav radioaktivitet. De beskytter tellerne for uønsket radioaktivitet fra omgivelsene.

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 cirka 50 000 år.

Faktaboks

Etymologi

Betegnelsen C-14 kommer av at det er en karbon isotop med 14 nukleoner. Kjemisk skrives det slik: 14C, så det ville være riktigere å kalle metoden for 14-C metoden, men C-14 er nå innarbeidet både på norsk og engelsk.

Også kjent som

radiokarbondatering, fordi den baserer seg på den radioaktive karbonisotopen 14C.

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

Halveringstid for C-14
Levende vesener har lik andel 14C i sitt karbon, som det er i atmosfæren. Når de dør, starter 14C-innholdet å avta med 14C isotopens halveringstid på 5730 år. Det betyr at innholdet av 14C halveres for hvert 5730 år. Hvis man måler mengden 14C i prøven, kan man da beregne alder på prøven.
Halveringstid for C-14
Av /Store norske leksikon.

Hovedprinsippet for metoden er følgende: Kosmisk stråling produserer kontinuerlig den radioaktive isotopen 14C i atmosfæren, så i atmosfæren er det alltid en (nesten) konstant mengde 14C. Denne 14C tas opp i planter og trær på samme måte som annen karbon. Siden 14C er radioaktiv, begynner den radioaktive nedbrytningen med det samme den dannes. Så lenge planten lever, tar den opp ny 14C fra lufta. 14C i planten er derfor i likevekt med 14C i atmosfæren.

Når planten dør, starter 14C-innholdet i planten å avta med 14C isotopens 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 i praksis at alle planter, dyr og mennesker har samme innhold av 14C som det er i atmosfæren – så lenge de er i live. Med en gang de dør, begynner innholdet å minke på grunn av den radioaktive nedbrytingen. Man sier at den geologiske klokken da begynner å gå, og dermed gjør det mulig å måle alderen på funnet.

C-14-år og kalenderår

Kalibreringskurve C-14
Den svarte, buklete, linjen viser forholdet mellom C-14-år og kalenderår, slik det er målt i årringer i trær. Linjen som er merket 1:1 viser hvordan forholdet ville være hvis C-14-år var det samme som kalenderår. Her er det vist to eksempler. En prøve som er datert til 6000 år vil få kalibrert alder på cirka 6700 år, mens en som er datert til 14 000 år egentlig er 17 000 år gammel.
Kalibreringskurve C-14
Lisens: CC BY SA 3.0

Willard F. Libby ble i 1960 tildelt Nobelprisen i kjemi 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. De mente derfor at alderen de fikk, var den samme som kalenderår. De testet metoden ved å datere årringer i gamle trær og kjente historiske funn og fikk tilnærmet riktige aldre – men for egyptiske funn fikk de yngre aldre enn det arkeologene hadde funnet ut – og arkeologene hadde rett.

I forklaringen av prinsippet for C-14-metoden ble det forutsatt at atmosfæren alltid har hatt samme innhold av 14C. En vet nå at 14C-innholdet i atmosfæren har variert betydelig. Dette er klarlagt ved flere tusen dateringer av årringer i trær. Så lenge plantene lever er 14C-innholdet i likevekt med atmosfæren. Men i trær er det slik at når veden dannes, kuttes forbindelsen til blader og saften, så veden er død sett med 14C-øyne.

Ved hjelp av dendrokronologi har forskerne funnet en sammenhengende serie av årringer i trær som går 14 000 år tilbake i tid. En får alder i kalenderår ved å telle årringene og alder i C-14-år ved å datere hver årring. Man kan altså på denne måten «oversette» C-14-år til kalenderår. På engelsk kalles dette calibrating, og det er nå også innarbeidet i norsk. Man kaller det å kalibrere C-14-år til kalenderår.

Bortsett fra de siste cirka 3000 år, blir alderen i kalenderår betydelig høyere enn i C-14-år. Det er heller ingen enkel forbindelse mellom C-14-år og kalenderår. Særlig gir såkalte platåer, som for eksempel ved 10 400 C-14-år problemer.

Siden 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, for eksempel IntCal20 som kom i 2020. Lenger bakover i tid enn det den dendrokronologiske kurven går, bruker de parallelle C-14- og uranseriedateringer av speleotemer (dryppstein) og koraller.

Årsaker til variasjoner i isotopnivået

Det er særlig to prosesser som gir variasjoner i nivået av 14C i atmosfæren, og dermed forløpet av kalibreringskurven.

Den viktigste er styrken i jordens magnetfelt, fordi magnetfeltet bremser den kosmiske strålingen. Den største forskjellen på C-14-år og kalenderår er mer enn 5000 år for 41 000 år siden. Da var det en stor svekkelse av magnetfeltet med endringer i polposisjoner (Laschamp-ekskursjonen). Det førte til at innholdet av 14C i atmosfæren nesten ble doblet, og forskjellen mellom C-14-år og kalenderår ble dermed nesten én halveringstid (5730 år).

Den andre viktige prosessen er utveksling av karbondioksid med havet. Havvannet inneholder mer enn 60 ganger så mye karbon som atmosfæren. Utvekslingen varierer særlig med istider. Stor utbredelse av sjøis forsinker utvekslingen. Dessuten er havsirkulasjonen tregere under istider, så mye 14C oppholder seg lenge i dyphavet, og der skjer da radioaktiv nedbryting.

Ved å datere hver eneste årring i trær er det også funnet store økninger av 14C i atmosfæren med en varighet på bare 1–3 år. Slike hendelser kalles gjerne Miyake-hendelser etter den japanske forskeren Fusa Miyake som først oppdaget dem. De mest kjente hendte i 774 og 993 evt., men det er også fire eldre som er kjent (660, 5259, 5410 og 7176 fvt.). Årsaken til Miyake-hendelser er mye omdiskutert. Sannsynligvis skyldes de energirike partikler produsert av solare bluss (på engelsk: flares). Miyake-hendelser kan for eksempel benyttes til presis datering av gjenstander.

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:

  • Laboratorienummeret for prøven
  • Alderen skal være beregnet med en halveringstid på 5568 år og oppgis i C-14-år
  • Alderen oppgis med 1950 etter vår tidsregning 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 isotopisk fraksjonering
  • Den skal ikke være korrigert for marin reservoaralder eller noe annet

Disse aldrene er da ikke det samme som virkelige år. Det er 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.

Deretter kan en kalibrere C-14-år til kalenderår som omtalt over. Det gjøres nesten alltid i rapporten fra laboratoriene. På norsk brukes da betegnelsen kalenderår, eller kalibrerte år – på engelsk calibrated, gjerne forkortet til cal.

Datering av marine organismer

Gammelnorsk sau
Gammelnorsk sau som beiter ved kysten kan spise tang. Dersom man skal datere dyr som spiser marin mat, må prøvene korrigeres for marin reservoaralder. Havet har lavere 14C-innhold i havet enn i atmosfæren, og når man daterer levende marine dyr og planter får de en tilsynelatende alder, som i Norge avviker med ca. 400 år fra reell alder.
Av /NIBIO.

CO2 utveksles hele tiden mellom atmosfæren og havet. Havet får dermed 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 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.

Dette gjør at det er lavere 14C-innhold i havet enn i atmosfæren, og når man daterer levende marine dyr og planter får de en tilsynelatende alder. Det er datert skjell som var samlet langs norskekysten før russiske prøvesprengninger av atombomber i atmosfæren i 1960-årene. Prøvesprengningene forstyrret 14C-innholdet. Disse skjellene 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 ikke dette noe stort problem for norske prøver, men usikkerheten i alder kan bli noen titalls år større enn for datering av landplanter.

Ofte oppstår problemer ved datering av menneskebein. Har individet spist bare fisk og annen sjømat, skal det korrigeres for marin reservoaralder (i Norge cirka 400 år). Som oftest har sjømat bare utgjort en del av kosten, og da skal det bare korrigeres for denne andelen, noe som er vanskelig å bestemme. Dette samme forholdet gjelder også dyr, for eksempel skal fugl som bare spiser fisk korrigeres som marine organismer. Polarrev (fjellrev), som spiser både sjømat og reinsdyr, skal korrigeres med andel, som også er vanskelig å bestemme.

Isotopisk fraksjonering

Karbon forekommer som tre isotoper: 12C som utgjør 98,9 prosent av karbon i atmosfæren, 13C som utgjør 1,1 prosent, og 14C som utgjør promiller. De to første er radioaktivt stabile.

Som nevnt over, oppfører de tre isotopene 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. Denne prosessen kalles fraksjonering, og betyr at 12C blir anriket i forhold til 13C og 14C i planter. Ved utvekslingen mellom atmosfære og hav er det motsatt, der anrikes 14C.

Det korrigeres alltid for fraksjonering ved C-14-datering, så det er noe brukere ikke behøver å tenke på. 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

Akseleratoren i Trondheim. Det er et svært instrument til å datere prøver på bare et par milligram.

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 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, 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 karbondioksid. Denne gassen måtte så gjennom en omstendelig renseprosess før den endte i et lite rør som ble satt inn i «jernkammeret» hvor radioaktiviteten (betastrålingen) ble målt. Jo eldre prøven var, jo lavere var strålingen, og for prøver som var 40 000–55 000 år gamle, var strålingen like lav som bakgrunnen. Denne maksimale alder varierte litt mellom de ulike laboratoriene.

Nå 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 omfattende preparering av prøvene fram til en lager ren grafitt som settes inn i akseleratoren.

Usikkerheter og feil

C-14-metoden gir aldri helt presis alder og det finnes prosesser som kan gi feil alder. En kan dele usikkerhetene i to grupper. Den første er hvor presist akseleratoren kan telle antall 14C-isotoper i prøven. Den andre gruppen er forurensninger med mer.

Tellepresisjon

Her er en C-14-datering som ga 5090 ± 60 C-14-år plottet på vertikalskalaen. Den sannsynlige alder er normalfordelt, og et standardavvik er vist med grønt og to med gult. Den svingete linjen er kalibreringskurven, altså årringer med kjent alder som er C-14-datert. Den horisontale aksen viser den kalibrerte alderen. Her er sannsynligheten ikke normalfordelt, 68,3 prosent sannsynlig alder omfatter to adskilte perioder.

Ved datering måler en bare 14C i en liten prøve, som kanskje ikke er representativ for hele gjenstanden. Dette kan sammenlignes med meningsmålinger. Byråene spør gjerne 1000 mennesker og beregner ut fra svarene hvor mange stortingsrepresentanter hvert parti vil få, men de presiserer at det er store usikkerheter.

Ved C-14-dateringer antar en at feilene er tilfeldige (se målefeil) og sannsynligheten for riktig alder blir derfor vist med en normalfordelings-kurve (Gauss-kurve). Da kan usikkerheten uttrykkes med det som kalles standardavvik (gjerne betegnet med σ, se måleusikkerhet). Praktisk talt alle C-14-laboratorier oppgir usikkerheten som ± 1 σ, for eksempel 5090 ± 60 C-14-år. Standardavvik betyr at det er 68,3 prosent sannsynlighet for at alderen ligger i det gitte intervallet, altså mellom 5030 og 5150 C-14-år. Hvis en øker usikkerheten til 2 σ, i dette eksemplet altså 120 år (4970–5210 C-14-år), øker sannsynligheten til 95,4 prosent, og ved 3 σ er den 99,7 prosent.

Sannsynlighetsfordelingen blir oftest mer komplisert når C-14-aldre kalibreres til kalenderår fordi kalibreringsskalaen varierer som omtalt over. Hvis vi kalibrerer eksemplet over, 5090 ± 60 C-14-år, får vi at det er 68,3 prosent sannsynlighet (altså ± 1 σ intervallet) for at alderen er i intervallet 5749–5829 eller 5849–5910 kalenderår, mens det er mindre sannsynlig at alderen er mellom disse to intervallene.

Andre feil

En prøve kan være forurenset med yngre eller eldre karbon. Dette var et større problem da en målte radioaktiviteten, fordi en da måtte ha mye større prøver enn med akselerator. Et eksempel er at i områder med kalk i berggrunnen vil oppløst karbon drenere til innsjøer. Dette karbonet har ingen 14C. Hvis en daterer planter eller dyr som har sitt karbon fra vannet vil det derfor gi for høy alder, noen ganger så mye som 1000 år.

Forurensning med ungt karbon er et stort problem med prøver eldre enn cirka 30 000 år, fordi det naturlige 14C-innhold i slike prøver er så lavt. Det kan være ørsmå alger som har vokst på prøven etter at den ble innsamlet. I kalkprøver, for eksempel skjell, kan ungt karbon erstatte gammelt karbon i kalken. Ofte betraktes så gamle aldre, og særlig aldre over 40 000 C-14-år, som minimumsaldre.

Et generelt problem er om prøven en daterer er representativ for det en ønsker å datere. Hvis en vil datere en geologisk avsetning og daterer en pinne fra laget får en riktig alder på pinnen. Men pinnen kan ha kommet fra en mye eldre avsetning og blitt avsatt på nytt i det laget en ønsker å datere.

C-14-laboratorier i Norge

Osebergskipet
Siden Osebergskipet er laget av tre, kan det dateres med C-14-datering. En prøve av Osebergskipet var den første som ble datert ved laboratoriet i Trondheim (1959). Den ga 1190 ± 60 C-14-år, som tilsvarer 703–950 etter vår tidsregning, med en median på 840 evt. I dag er skipet datert til 820 evt. med dendrokronologi.
Av .

Oppdagelsen av metoden skapte interesse for C-14-datering over hele verden. I Europa ble det startet flere laboratorier. Først ute var København, mens Trondheim, sammen med et par andre, kan regnes som nummer tre.

Fysisk Institutt ved NTH i Trondheim startet byggingen av et C-14-laboratorium i 1952. Men, som alle andre laboratorier, hadde de problemer med å finne egnede materialer for å kunne måle så lave aktiviteter. Deres første dateringsliste ble publisert i 1959. Prøven med lavest nummer er T-37, en prøve av Osebergskipet som ga 1190 ± 60 C-14-år.

Etter hvert overtok Norges forskningsråd laboratoriet i Trondheim, og finansierte hele driften. Laboratoriet tok betalte oppdrag. I tillegg kunne norske studenter og forskere søke om å få utført dateringer gratis, eller for en mindre avgift. Dette hadde stor betydning for norsk forskning, og mange ser på det som et tap at ordningen falt bort noen år etter at NTNU overtok laboratoriet rundt år 2003.

C-14-laboratoriet er i dag en del av Nasjonallaboratoriene for datering ved Vitenskapsmuseet ved NTNU. Laboratoriet utførte over 20 000 dateringer ved måling av radioaktiviteten (proporsjonaltellere) i perioden 1959–2008. Praktisk talt alle dateringene var av norske prøver. Disse prøvene fikk betegnelsen T-, og den første var som nevnt T-37 av Osebergskipet og den siste var T-20177.

I 2008 begynte laboratoriet med akseleratordatering. I ett år drev de med de to systemene parallelt, men 29. november 2009 ble det gamle laboratoriet stengt. Nå dateres alle prøver med akselerator. Disse prøvene får betegnelsen TRa-.

I 2022 ble det utført over 9000 dateringer. Dette er fortsatt mest norske prøver, men norske forskere har også sendt noen tusen prøver til utenlandske laboratorier for datering.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg