De tijd geteld; Japans sediment levert data tot 43.000 v.Chr.

Ouderdomsbepaling via de koolstof-14 methode behoeft ijking. Voor het eerst levert een Japans binnenmeer een dekking die ijking via boomringen in de tijd ver achter zich laat.

EEN OPSTAPELING van seizoensgebonden sedimentlaagjes in een Japans meer heeft het mogelijk gemaakt de ouderdomsbepaling via de koolstof-14-methode te ijken aan een absolute jaarvolgorde. Dit berichten een Japanse en een Nederlandse onderzoeker deze week in Science. Opmerkelijk is dat één locatie het hele tijdvak van 45.000 jaar waarvoor de koolstof-14 methode geldig is, voor zijn rekening neemt.

Ouderdomsbepaling via koolstof-14 is gebaseerd op radioactief verval. Organismen nemen via de opname van CO uit de atmosfeer koolstof op. Dit bestaat voor het overgrote deel uit het stabiele koolstof-12. Daarnaast is in de atmosfeer door kosmische invloed ook een geringe hoeveelheid van het instabiele koolstof-14 aanwezig. In 5730 jaar vervalt dit voor de helft tot stikstof. In levend organisme zijn aanmaak en afbraak van koolstof-14 in evenwicht. Na afsterving valt de aanmaak weg en het percentage koolstof-14 daalt met de jaren. Door in fossielen de verhouding te bepalen van de nog aanwezige koolstof-14 in relatie tot het stabiele koolstof-12 kan de leeftijd worden achterhaald.

Maar er schuilt een adder onder het gras: de hoeveelheid koolstof-14 in de atmosfeer is niet stabiel maar vertoont tijdsfluctuaties. Die hangen samen met wisselende zonne-activiteit, veranderend aardmagnetisme en verschuivende balansen tussen oceanen, atmosfeer en biosfeer. Daarom is het nodig de koolstof-14-methode te ijken aan een absolute dateringsmethode. Een ideale kandidaat is dendrochronologie op basis van jaarringen van bomen. Door bomen te verzamelen met deels overlappende tijdsintervallen kunnen 'zwevende' series jaarringen, uitgaande van één hedendaagse boom, alsnog aaneen worden geregen tot een ononderbroken reeks van absolute jaren die teruggaat tot ongeveer 10.000 v.Chr.

IJking verder terug in de tijd levert problemen op. Boringen in Europese gletsjermeren, waar smeltwater ieder voorjaar een nieuwe laag steentjes en gruis aanlevert, gaan niet verder terug dan 12.000 v.Chr. Dus was het zoeken naar andere meren. Als in een meer ieder voorjaar vers organisch materiaal bezinkt, zal bij het nemen van een boormonster opnieuw een gelaagd patroon zichtbaar zijn. Door van boven af naar beneden de laagjes te nummeren, is de leeftijd van een fossiel - dat uit een van die laagjes afkomstig is - vastgelegd. Een koolstof-14-bepaling van dat fossiel geeft je de gewenste ijking.

ZONDER WEERGA

Cruciaal bij deze methode is het beschikbaar zijn van een meer waarbij dit afzetten van sedimentlaagjes over een zeer lange periode ongestoord heeft kunnen plaatsvinden. Het Suigetsu-meer in Japan blijkt een treffer zonder weerga. Dit binnenmeer heeft een omtrek van 10 kilometer en is 34 meter diep. Tussen 1991 en 1994 namen de Japanners er diverse monsters, waarvan de langste boorkern een ononderbroken lengte bezat van 75 meter. Kiezelalgengroei in het voorjaar zorgde na bezinking voor laagjes wit sediment op de bodem. Gedurende het Holoceen hadden ze een onderlinge afstand van 1,2 mm, de ijstijd daaraan voorafgaand was dat getal 0,61 mm. De onderkant van het Suigetsu-boormonster heeft naar schatting een ouderdom van 100.000 jaar.

Het dateren van 250 macrofossielen, aangetroffen op verschillende hoogtes in het Japanse monster, was een kwestie van laagjes tellen. Doordat de oudere laagjes soms slecht onderscheidbaar zijn, wordt de onnauwkeurigheid 'naar beneden toe' groter. Bij fossielen van 40.000 jaar oud kan het verschil met de werkelijke tijd oplopen tot 2.000 jaar. De angst dat hele lagen sediment in het meer zouden ontbreken, bijvoorbeeld omdat een storm ze heeft weggespoeld, kon worden geneutraliseerd doordat in de reeks laagjes ook sporen van as zijn aangetroffen die verwijzen naar bekende vulkaanuitbarstingen die via andere methoden zijn te dateren.

De koolstof-14-bepalingen aan de Japanse fossielen (bladeren, twijgjes, insectenvleugels) zijn verricht door de Groningse fysicus dr. J. van der Plicht en zijn Japanse collega dr. H. Kitagawa. De laatste bracht in 1996 een jaar als post-doc aan het Groningse Centrum voor Isotopenonderzoek door. Dat laboratorium beschikt in de AMS-opstelling (accelerator mass spectrometry) over zeer gevoelige apparatuur. Door de koolstof-14-data van het Japanse meer te matchen met het staartje van de ijkcurves van jaarringen (gelegen op 10.000 v.Chr.), viel de periode 6880 v.Chr. tot 35.980 v.Chr. absoluut te dateren. Nog oudere laagjes waren niet langer apart zichtbaar en om hun leeftijden alsnog te reconstrueren is uitgegaan van een constant tempo van sedimentering in die periode.

Via de Japans-Nederlandse gegevens, die afgelopen zomer op een congres in Groningen wereldkundig zijn gemaakt, is het verloop van de hoeveelheid koolstof-14 in de atmosfeer sinds het einde van de laatste ijstijd goed te volgen. Bovenop een gestage afname van 350 ppm (parts per million) in 18.000 v.Chr. tot 50 ppm in 6.000 v.Chr. - veroorzaakt door een sterker wordend aardmagnetisme - zijn forse schommelingen zichtbaar over perioden van millennia. Bij 29.000 v.Chr. is een forse piek in het koolstof-14-gehalte zichtbaar, mogelijk veroorzaakt door een supernova-explosie.

Vóór 30.000 v.Chr. stemmen de Japanse ijkuitkomsten matig overeen met de beschikbare paleo-magnetische gegevens: de koolstof-14-dateringen zouden 5.000 jaar te jong zijn. Ontbreken van sediment in het oudere gedeelte van het boormonster uit het Suigetsumeer achten de onderzoekers mogelijk, maar de fout kan ook elders liggen. Nieuwe boringen in het Suigetsumeer zijn daarom welkom.