een juiste datering van een proces, artefact of gebeuren is belangrijk om het verleden te reconstrueren en te interpreteren. de koolstof 14-chronometrie is een van de meest gekende en exacte dateringsmethodes. soms geven haar resultaten een nieuwe draai aan bestaande historische veronderstellingen. zo zouden de vulkaanuitbarsting op thera en de daarmee verbonden teloorgang van de minoïsche beschaving op kreta honderdvijftig jaar vroeger hebben plaatsgevonden.
De nevel van de tijd
Zeer vele, zo niet de meeste discussies binnen het archeologische en historische onderzoek gaan over de tijd. De datering van een proces, artefact of gebeuren is cruciaal voor een reconstructie en interpretatie van het verleden. Belangrijk daarbij is het onderscheid tussen chronometrie en chronologie. Als tijdsafhankelijke fysische methodes worden gebruikt om de ouderdom van een artefact of een proces te meten, spreekt men van chronometrie. Vaak echter worden in een archeologische context artefacten aan een niet fysisch meetbare plaats in de tijd gekoppeld. Als een leeftijd al dan niet relatief aan de geschiedkundige of archeologische betekenis wordt gekoppeld, spreekt men van chronologie. Het onderscheid tussen beide wordt duidelijk in het voortdurende debat over de juiste interpretatie van koolstof 14- of 14C-dateringen.
De concentratie van koolstof veertien kan door bepaling van de massa van de koolstofatomen met een massaspectrometer worden bepaald
Vanuit een (bio)chemisch standpunt gedraagt alle koolstof zich gelijkaardig. Zo wordt koolstof veertien gemetaboliseerd op dezelfde manier als alle andere isotopen van koolstof. Koolstof veertien is echter zwaarder dan de courante vormen van koolstof (koolstof twaalf en dertien). Zijn concentratie kan door bepaling van de massa van de koolstofatomen met een massaspectrometer worden bepaald. Vooral voor levende organismen biedt dit goede perspectieven voor datering. Als een organisme sterft, stopt ook het proces van continue opname en afgifte van elementen in het metabolisme. Zo wordt geen nieuwe radioactieve koolstof meer opgenomen en de hoeveelheid koolstof veertien in de plant of in het dier zal afnemen volgens de wetten van het radioactieve verval. Als archeologen organische materialen opgraven, kunnen die dus worden gedateerd door middel van een fysische meting. Na 5.730 jaar zal de initiële hoeveelheid koolstof veertien in het materiaal immers telkens gehalveerd zijn (de zogenaamde halfleventijd).
De koolstofmethode is niet de enige methode om tijd absoluut te meten. Andere isotopische methodes rekenen op het radioactieve verval van een reeks elementen, elk met hun eigen halfwaardetijd. Radiogene methodes in het algemeen meten andere effecten van radioactieve straling, zoals kristalschade in mineralen of de stralingsenergie gevangen in een object onder de vorm van geëxciteerde elektronen. Bij siderale methodes worden historische gebeurtenissen gebruikt, die gekend zijn uit geschreven bronnen, of worden jaarlijks terugkerende fenomenen geteld. In de dendrochronologie worden jaarringen van bomen geteld, vertrekkend vanuit een gekend en goed gedateerd fenomeen zoals specifieke klimaatomstandigheden waarvoor de plant gevoelig is. Ook chemische en biologische processen die afhankelijk zijn van de tijd kunnen een exacte meting van tijd opleveren. Algemeen wordt in de chronometrie tijd gemeten door hem in gelijke deeltjes op te splitsen. Zo is een seconde gedefinieerd door 9192631770 oscillaties van een 133Cs–isotoop. Eén astronomisch jaar is gedefinieerd als één omwenteling van de aarde rond de zon.
Welke methode in een archeologische context wordt gebruikt om een absolute datering te bekomen, varieert naargelang van de aard van het beschikbare materiaal en de limieten van de verschillende technieken op zich. Voor koolstof veertien en voor isotopische methodes in het algemeen hangt dit af van de halfleventijd van het radioactieve element, en dus van hoeveel er van het isotoop overblijft na een bepaalde tijd. De maximale ouderdom die exact te meten is, wordt dan bepaald door de analytische beperkingen van de massaspectrometer. Als het te meten overgebleven signaal immers dicht bij de ‘ruis’ van het toestel komt – dit is de achtergrondwaarde die geen betekenis heeft – wordt het onmogelijk om beide te onderscheiden en een betekenisvolle analyse uit te voeren. Het is immers zo dat als een staal zonder koolstof veertien erin gemeten zou worden, het toestel toch steeds tot een waarde zou komen. Zo is ook de minimumouderdom die een staal moet hebben om tot een betekenisvolle datering te komen, afhankelijk van analytische beperkingen. Wanneer nog niet voldoende radioactief materiaal vervallen is om nauwkeurig het onderscheid te kunnen meten met het normale gehalte in levende organismen, benadert men weer de ‘ruis’ van het toestel. Op die manier kan de fout op de meting zo groot worden dat men het te meten artefact een negatieve leeftijd geeft. De verhouding tussen de ruis op het toestel en het gemeten signaal van radioactief verval, naast het feit dat dit verval continu maar ook spontaan (in stapjes) is, zorgt ervoor dat men de verlopen tijd slechts kan meten binnen een bepaald statistisch interval. Typisch voor een 14C-datering is dat de tijd wordt gemeten binnen een waarschijnlijkheidsinterval dat enkele decennia vertegenwoordigt (de precisie van de datering). Gebeurtenissen die enkele jaren, decennia of eeuwen uit elkaar liggen, kunnen dus in leeftijd niet worden onderscheiden. Toch kan de datering nauwkeurig zijn. Nauwkeurigheid betekent in het geval van een 14C-datering dat de gemiddelde ouderdom van het artefact het echte tijdstip van het afsterven van het organisme sterk benadert.
Een bijkomend probleem voor een exacte meting van de hoeveelheid koolstof veertien en de relatie met de ouderdom die ze vertegenwoordigt, is de hoeveelheid koolstof veertien die in de atmosfeer wordt geproduceerd. Die vertoont immers variatie doorheen de tijd door een verschil in zonnestraling die de aarde bereikt. Als de hoeveelheid voor het organisme beschikbare koolstof veertien tijdens het leven verschillend was van de huidige situatie, beïnvloedt dit ook de relatieve hoeveelheid overgebleven koolstof die nu wordt gemeten en dus de berekening van de tijd sinds het afsterven. Dit aspect werd grotendeels opgelost door de koolstofmethode te kalibreren met data uit de dendrochronologie. Die siderale methode telt het aantal boomringen en dus de jaren sinds gekende gebeurtenissen, maar het hout kan tegelijkertijd ook met de isotopische methode worden gedateerd. Die methode heeft echter ook zijn beperkingen, waardoor bij 14C-dateringen dikwijls sprake is van een leeftijd in ‘radiocarboonjaren’ (een ouderdom niet gecorrigeerd door variaties in de productie van koolstof veertien in de atmosfeer) en ‘gekalibreerde jaren’ (een ouderdom die wel gecorrigeerd werd).
Daarnaast moet ook aandacht worden besteed aan wat met het staal zelf mis kan gaan. Bij isotopische methodes is contaminatie een groot probleem. Wanneer een archeologisch staal van 50.000 jaar oud, te dateren aan de hand van koolstof veertien, zou worden gemengd met 1 procent moderne koolstof, zou de gemeten schijnbare leeftijd naar 35.000 jaar oud worden gebracht. Dit is een significant verschil in een archeologische context. Vervuiling van een staal is niet alleen te wijten aan menselijke fouten (een verkeerde verpakking die organisch materiaal bevat, roken tijdens de staalname). Ook natuurlijke actoren zoals flora (groei van wortels), fauna (een dode mier in het staal) en bodemprocessen (humuszuur) kunnen een valse interpretatie veroorzaken. Fysische en chemische voorbehandeling is hier vaak noodzakelijk. Daarnaast hebben ook het massale verbranden van koolwaterstoffen na de industriële revolutie en nucleaire rampen en het testen van nucleaire wapens sinds de Tweede Wereldoorlog hun invloed gehad op de koolstofatoommassa in de atmosfeer.
De datering van een site is vaak geen chronometrisch feit, maar chronologisch bepaald op basis van archeologische hypothese
Chronometrie geeft dus een exact wetenschappelijke statistische benadering van ouderdom, in het geval van koolstofdatering de tijd die verstreken is sinds het afsterven van een organisme. Het is echter aan de archeoloog of geschiedkundige om hier een chronologie van menselijk gedrag bij op te stellen. Die relatie is maar zelden eenduidig. Stel dat een grote concentratie aan houtskool, bijvoorbeeld een kampvuur, wordt gevonden in een grot. Voor de grot liggen een groot aantal stenen artefacten en beenderen van dieren. Men kan vrij gemakkelijk een chronometrische tijd plakken op de ouderdom van de houtskool in de haard – een waarde die de tijd sinds het afsterven van het hout zal vertegenwoordigen. Daarmee heeft men echter nog niet de tijd van het construeren van de haard bepaald. Ook heeft men niet aangetoond dat de stenen artefacten en de beenderen van de dieren contemporain zijn. De archeoloog moet hier uitmaken of de ruimtelijke verdeling van de artefacten toelaat de datering van de haard en de artefacten aan elkaar te koppelen, bijvoorbeeld als ze in eenzelfde laag met een korte afzettingsgeschiedenis, zijn begraven. Tijd is absoluut een sleuteldimensie in de archeologie. Een breed gamma aan chronometrische methodes is beschikbaar en hebben een exacte meting (statistische schatting) van tijd mogelijk gemaakt. Vele moeilijkheden in oudheidkundige studies komen echter voort uit het kunnen koppelen van een enkele gebeurtenis in de tijd aan een associatie van artefacten en feiten binnen een ruimtelijk kader. De datering van een site is daarom vaak geen chronometrisch feit, maar chronologisch bepaald op basis van archeologische hypothese. Het gaat om een schatting binnen statistische grenzen van de ouderdom van een groep van archeologische materialen binnen een beperkt deel van een geografische locatie die binnen eenzelfde vork in de tijd kunnen worden geplaatst.
Een eerste echte astronomische kalender werd gebruikt bij de oude Egyptenaren. Die zonnekalender was gebaseerd op de cyclus van de ster Sirius. Het Egyptische burgerlijke jaar telde 365 dagen. Een schrikkeljaar, dat het verschil met de omwenteling van de aarde rond de zon in 365,25 dagen moest compenseren, bestond echter niet. Na vier jaar was er dus een verschil van één dag tussen de Egyptische burgerlijke kalender en de zonnekalender. Zo vonden seizoensgebonden gebeurtenissen, zoals de overstromingen van de Nijl, na enkele jaren of decennia plaats op een ander tijdstip in het Egyptische burgerlijke jaar. Na 1.460 jaar viel de burgerlijke kalender weer samen met de zonnecyclus. Door het observeren van de cyclus van de ster Sirius in het jaar 139 na Christus, werd de Romeinse (en dus christelijke) kalender aan de Egyptische gekoppeld. Bovendien werd ook in een Egyptische inscriptie die cyclus beschreven mét de vermelding van een exacte datum in het Egyptische burgerlijke jaar, waardoor uit de goed gekende lijst van Egyptische heersers een chronologie kon worden opgesteld vanaf de eerste Egyptische dynastie, met een nauwkeurigheid van zowat honderd jaar.
Al dertig jaar heerst er een groot dispuut onder archeologen en natuurwetenschappers over wanneer de uitbarsting op Thera plaatsvond
Een veel bediscussieerd voorbeeld van een chronometrisch feit dat door archeologische hypothese in een chronologisch kader moet worden geplaatst, is de uitbarsting van het vulkanische eiland Thera. Tijdens de late bronstijd ontplofte het hedendaagse Santorini bij een gewelddadige eruptie, die puimsteen en as over het hele mediterrane gebied verspreidde. Een langdurig gevolg van die natuurramp was een klimaatverandering die de hele wereld decennia lang uit balans bracht. Meer directe consequenties waren dat hele gebieden onder puin werden begraven en dat er grootschalige tsunami’s in de oostelijke Middellandse Zee ontstonden. Zo bereikte een vermoedelijk twaalf meter hoge golf de zuidkust van Kreta. Die catastrofe wordt klassiek door oudheidkundigen en historici gezien als de oorzaak van het verval en het verdwijnen van de minoïsche beschaving op het eiland. Al dertig jaar heerst er echter een groot dispuut onder archeologen en natuurwetenschappers over wanneer de uitbarsting op Thera en de daaropvolgende natuurrampen plaatsvonden. Vorsers die uitgaan van het dateren van typische vormen van inscripties en van typologieën en stijlen van keramiek, plaatsen de gebeurtenis rond 1500 BC. Wetenschappers die de gebeurtenis trachten te dateren op basis van koolstofdateringen, plaatsen de eruptie echter zo’n honderd tot honderdvijftig jaar vroeger. S.W. Manning en zijn collega’s kwamen recent naar voren met een studie die de vroegste dateringen steunen op basis van nieuwe technieken met koolstof veertien. Ze dateerden de uitbarsting tussen 1660 en 1613 BC, binnen een 95 procent betrouwbaarheidsinterval. Die studie komt perfect overeen met een datering uitgevoerd door W.L. Friedrich. Daarbij kreeg een olijftak begraven in de vulkanische tuf op Thera, op basis van dendrochronologie een ouderdom tussen 1627 en 1600 BC, opnieuw binnen een betrouwbaarheidsinterval van 95 procent.
Als die dateringen juist zijn, heeft dit uiteraard ‘historische’ gevolgen voor de relatie tussen Egypte en de minoïsche beschaving op Kreta en in Griekenland. De discussie hier gaat over welke richting de culturele invloeden uitgingen. De vroege dateringen suggereren immers dat de klassieke correlatie tussen de minoïsche en Egyptische chronologie niet opgaat en zelfs verkeerd is. Vele archeologen veronderstellen immers dat de opgang en bloei van de minoïsche cultuur verband hield met een strategische alliantie met het Egyptische Nieuwe Koninkrijk op het hoogtepunt van zijn macht en invloed in die periode, in het bijzonder onder farao Ahmose. De oudere data voor de eruptie, en dus de op- en ondergang van de minoïsche beschaving, suggereren echter een alliantie met de Hyksos, een volk afkomstig uit de Levant dat de Nijldelta een eeuw vroeger overheerste. De Hyksos werden uiteindelijk door farao Ahmose uit Egypte verdreven. Een herziening van het tijdskader van de relatie tussen de minoïsche beschaving, het Egyptische Nieuwe Koninkrijk en de Hyksos zou die laatste beschaving veel belangrijker maken dan voordien. Vele tegenstanders houden vast aan de jongere dateringen en argumenteren dat 14C-dateringen niet onfeilbaar zijn. Bovendien zouden de oudere dateringen opgravingen en de chronologie en typologie van keramiek in Egypte en op Thera zelf tegenspreken. De Egyptische chronologie is immers over vele decennia door talrijke egyptologen opgesteld.
Tot de kwestie van een correcte datering voor de late bronstijd is opgelost en bevestigd, is het eigenlijk moeilijk om voor die periode een omvattende studie over het verleden en de relatie tussen volkeren op te stellen. Het is wel duidelijk dat de 14C-methode de best gekende en meest gebruikte exacte dateringsmethode is. De fysische en chemische complicaties van het systeem, die vaak voor verwarring en misinterpretatie hebben gezorgd, zijn intussen gekend en onder controle. De grote toepasbaarheid en de precisie van de techniek, gekoppeld aan een goede kalibratie, hebben van 14C-chronometrie een onvervangbaar instrument gemaakt, die de archeologische wetenschap nog steeds revolutionair maakt.
S. Holdaway, ‘Absolute Dating’, in: J. Balme (ed.), Archaeology in Practice (Oxford: Blackwell Publishing, 2005 117-158).
W.L. Friedrich, B. Kromer, M. Friedrich, J. Heinemeier, T. Pfeiffer en S. Talamo, ‘Santorini eruption radiocarbon dated to 1627-1600 BC’, in: Science, 2006, vol. 312, 548.
S.W. Manning, C.B. Ramsey, W. Kutschera, T. Higham, B. Kromer, P. Steier en E.M. Wild, ‘Chronology of the Aegean Late Bronze Age 1700-1400 BC’, in: Science, 2006, vol. 312, 565-569.
Patrick Degryse is als geoloog verbonden aan de KU Leuven.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License