Calibreren van 14C-dateringen

(1)

ARCHAEOLOGIA BELGICA III -1987, 281-288

M. VAN STRYDONCK1

Calibreren van

14

C-dateringen

WAAROM CALIEREREN

Het feit dat het resultaat van een 14C-analyse gegeven wordt in jaren is eigenlijk een historische fout. In de be-ginperiode van de 14_{C-analyses dacht men dat er een} één-duidig verband bestond tussen het restgehalte aan 14c in organisch materiaal en de ouderdom hiervan. In eerste instantie was dit ook zo. Het radioactieve 14C-atoom in de atmosfeer wordt geproduceerd onder invloed van de cos-mische straling. Het oxideert onmiddellijk tot koolstofdi-oxide en komt in de natuurlijke koolstofcyclus terecht. Het wordt aldus ingebouwd in de organische moleculen van plant en dier. Na het afsterven van het organisme treedt er geen uitwisseling meer op met de omgeving. Dit heeft tot gevolg dat, door het radioactieve verval, het ge-halte aan 14_{C gaat dalen. Indien de snelheid van dit} radio-actieve verval en de initiële hoeveelheid aan 14C gekend

w

ó eoo

a:

..q-...

600 I u (f) 400 ::J

z

,_. L: 200 u ,_. 0::: 0

z

w ~

a:

u

is, kan men na meting van het restgehalte aan 14C de ouderdom berekenen.

Betere meetmethoden en het controleren van data tegen-over bestaande archeologische chronologieën toonden aan dat er een afwijking was, veroorzaakt door variaties in de atmosferische concentratie aan 14C in de loop der tij-den. Figuur 12 _{laat zien dat deze afwijking ongeveer} sinus-vormig is voor de laatste 7000 jaar. Uit recente gegevens blijkt echter dat deze sinusoïde zich niet verder zet in het verleden. Op deze curve is duidelijk te zien dat een 14C-datering van 5000BC een afwijking heeft van ongeveer

800 jaar met de werkelijke ouderdom. Bovenop deze algemene trend zijn er nog kleinere afwijkingen waar te 1 Koninklijk Instituut voor het Kunstpatrimonium, Jubelpark 1, 1040 Brussel

2 Klein, Lerman, Darnon & Ralph 1982.

60008C 55008C 50008C 45008C 40008C ]SOOBC 30008C 2SOOBC 20008C ISOOBC IOOOBC SOOBC AO-BC 110 500 110 1000 RO 1500 RO 2000

CRLENDRIC DATE (RD-BCl

(2)

M. VAN SfRYDONCK j Calibreren van 14C-dateringen cel BP 2050 1950 1850 1750 1650 1550 1450 1350 2200 2100 2000 ~ 1900 Cf) 0:: è w (.:) < z 1800 !il 1700 0:: < u 0

-

~ 1600 0:: 1500 1400 1300 100

STUIVER ANO PEARSON

0 100 200 300 400 500 60[

cel BC col AD

2 . Calibratiecurve voor de Romeinse periode.

nemen (fig. 2)3. Dat dit verschil tussen 14C-ouderdom en kalenderouderdom kan gemeten worden danken we aan de dendrochronologie4. Deze wetenschap bestudeert de jaarringen van bomen. Deze jaarringen zijn het gevolg van het discontinu groeien van de boom. In het begin van de zomer, in onze streken, of bij het begin van het regen-seizoen in droge gebieden, beginnen vanaf het cambium

(dit zijn cellen die zich bevinden tussen het hout en de schors) grote dunwandige cellen te groeien die naarmate het seizoen vordert donkerder en kleiner worden om bij

282

het begin van de herfst of bij het einde van het regen-seizoen op te houden met groeien. De ouderdom van een levende boom kan dus gemakkelijk gemeten worden door het tellen van zijn jaarringen. Nu is het zo dat gedurende gunstige zomers de boom harder zal groeien dan gedu-rende slechte zomers. Door het jaar na jaar veranderen van de klimatologische gesteldheid ontstaat er in de boom een uniek patroon van brede en smalle jaarringen. Rela-tief gezien komt dit patroon eveneens voor in alle bomen die in dezelfde klimatologische omstandigheden groeien. Het wordt aldus mogelijk zeer nauwkeurig een vrij lange tijdsreeks op te bouwen indien het nodige materiaal kan gevonden worden (fig. 3).

De calibratie bestaat er nu in het restgehalte aan 14_{C te} meten in dit gedateerde materiaal en de conventionele ra-diokoolstofouderdom te vergelijken met de dendro-ouderdom. Er werden reeds verscheidene pogingen on-dernomen om dateringen te calibreren. Dit leidde achter-eenvolgens tot de Suess-curveS, de MASCA-curve6, de Klein-curve7, enz. Geen enkele van deze curven is in wezen foutief. De reden om steeds maar nieuwe curven te produceren ligt voornamelijk in het als maar beter wor-den van de meetapparatuur, wat uiteraard leidt tot meer nauwkeurige curven.

De nieuwste generatie calibratiecurven werd gebundeld in een speciaal calibratienummer van Radiocarbon8. De bicleeanale curven van Stuiver en Pearson werden op het laatste Radiocarboncongres algemeen aanvaard (fig. 4)9. Het computerprogramma dat in het Koninklijk Instituut voor het Kunstpatrimonium gebruikt wordt en dat ont-wikkeld werd door de Universiteit van Washington10, is op deze curven gebaseerd.

3 Stuiver & Pearson 1986. 4 Lambert et al. 1979. 5 Suess 1969.

6 Ralph, Michael & Han 1973. 7 Cf. noot 2.

8 Stuiver & Kra 1986.

9 Pearson & Stuiver 1986; cf. noot 3. 10 Stuiver & Reimer 1986.

3 Schets van het opstellen van een

(3)

283

Stuiver & Pearson Pearson & Stuiver Stuiver & Becker Pearson et al Vogel et al De Jong et al Linick et al Kromeretal Becker & Kromer Stuiver et al Stuiver et al

M. VAN SfRYDONCK

f

Calibreren van 14C-dateringen

• Recommended by 12th International Radiocarbon Conference, 1985 Cal BP

- - - ·

•

MARINE

4 Cwven opgenomen in het

"calibra-L 11:foo 1o,ooo gooo 8ooo 1ooo 6~o 5ooo 4~0 3ooo 2o

1oo 1o1oo ~

10,000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 (0) 1000 2000

tion issue" van Radiocarbon.

HET CALIBRATIEPROGRAMMA

In deze paragraaf zullen wij enkel de mogelijkheden bespreken die het de gebruiker van dateringen biedt, niet de technische nog wiskundige achtergronden van de curves en het programma.

1 Keuze van de curve

De gebruiker heeft de keuze tussen - bicleeanale curvell

- decanale curve 12

- mariene curve 13

Het verschil tussen de eerste en de tweede is dat in het ene geval elk punt op de curve gemeten werd met 20 jaar-ringen en op de andere met 10 jaarjaar-ringen. De eerste

11 cf. nota 3 en 8.

12 Stuiver & Becker 1986.

13 Stuiver, Pearson & Braziunas 1986.

Cal BC Cal AD

wordt aangeraden, vooreerst omdat de verschillen miniem zijn, maar vooral omdat de vraag open blijft of het zinvol is calibraties uit te voeren met een decanale curve, terwijl de fout op de datering zelf meestal 50 jaar of meer be-draagt. Tevens is het zo dat de overgrote meerderheid van de gedateerde materialen een levensduur hebben van meer dan 20 jaar.

De mariene curve is speciaal ontworpen voor materiaal dat zijn koolstof niet uit de atmosfeer betrekt maar uit het zeewater.

2 Werking van het programma

2.1 Mogelijke calibratie opties.

Het programma laat toe de gegevens op twee manieren te verwerken. Beide methodes bieden de mogelijkheid het resultaat uit te printen bij middel van een figuur of in cijfermateriaal.

Calibration curve: ATM20.14C

·+ti---

-t-f'---+-1-i---IRPA 811 QL-4 IRPA 806

---~H-t---•

---.... ·L-o--o---f---t--

QL-9

I -

1(1)

&

2(J) a age range

Ca ibrate age(s): o

I

Multiple cal ages: 0

950 850 750 650 550 450 350 250 150

cal BC

5 Voorstelling van gecalibreerde resultaten.

50

(4)

M. VAN SfRYDONCK j Calibreren van 14C-dateringen

a

b 0. 8 0. 8 0. 7 0. 6 0. 5 0.

4

0.

3

0 •) ·'-. /

_

_,..' : I : I ···:··· ... ( .•.•.•... ; . .f ... : ... \.,, : I : \ :I : \ ... :... . .. . . .... ; ... · .. · i .... " · .... ; I · " .. . ·I.. .. ~ .. .. .. .... ~ · .... " · " . :1 . i ... ~···i··/~ ... ,~,: : I

... :.1 .... .

...

.

... :/ .... ,,,.,,, ... i ...

!···\·· ... o ... .

i

T

J '

I

.\I

. ',,' .... ·;

· ... ' .. '''.

~··

..

' ,,

.

) ·j· ..

.

'

' ...

~

',, ... ,

,

... ;

.

.. ' ... '

...

( ... \ ..

·~

... '' ' .. '.

. "' I . . ~ , 0.1 · ...

p\

...

/

... : ...

r...

·"t-\ .... .. I ._ : \ o ~--~~~~~--~--~----~--~----~·--'~ -250 -~~00 -150 -100 -50 0 50 100 150 cal AD

6 Ca/i bratie met het Groninger p!Vgramma.

Bij de eerste manier (aangeduid met "metbod A") be-rekent het programma het snijpunt van de 14C-ouderdom met de curve (zie fig. 2). De standaardafwijking (sigma) wordt gegeven door volgende formule :

sigmacalibratie =

V (

sigmameting)2 + ( sigmacuiVe)2 Deze methode laat toe meerdere stalen op één grafiek te plaatsen. Het snijpunt met de calibratiecurve wordt weer-gegeven door een o, de dunne en de dikke vertikale lijn geven respektievelijk de 1 en 2 sigma grenzen (d.w.z. 68,3 of 95,4 % kans dat het resultaat binnen de grenzen valt).

Figuur 5 toont zulk een calibratie. Deze had tot doel 2

IRP A dateringen te vergelijken met 2 OL dateringen.

De tweede manier ("method B") projecteert de conven-tionele datering (welke "normaal verdeeld" verondersteld wordt) op de calibratiecurve en geeft ons dus een proba-biliteitscurve. Wat er juist gebeurt, is het best te zien op een calibratie uitgevoerd door een gelijkaardig

program-ma ontwikkeld in Groningen (fig. 6) 14. Dit programma

geeft een overzichtelijke afdruk van het resultaat maar is, voorlopig, beperkter in zijn mogelijkheden (verwerking van meerdere stalen, het uitprinten van de gegevens, geen marine curve, enz.).

Figuur 7 geeft de probabiliteitscurve voor een staal van 2350±60BP. De kans dat een bepaalde ouderdom

voor-komt is gelijk aan het oppervlak onder de curve. Wat

houdt dit nu in?

Wensen we een nauwkeurigbied van 1 standaardafwijking ( 68,3% kans dat de datering korrekt is), dan zien we dat er:

9 % kans bestaat dat de ouderdom valt binnen het

ge-bied 750-726 calBC;

91 % kans bestaat dat de ouderdom valt binnen het ge-bied 524-378 calBC.

14 Van Der Plicht, Mook & Hasper 1987.

15 Harkness 1983. ::~100 2050 B 2000 p 1850 1900 1850 ,•'' 284

...

1800 L---J..~~---_._ _ _.___.._______._ _ __._~__J -250 -·200 -150 -100 -50 0 50 100 150 cal AD

Wensen we een nauwkeurigheid van 2 standaardafwijkin-gen (95,4 % kans dat de datering korrekt is, dan zien we dat er:

17 % kans bestaat dat de ouderdom valt binnen het ge-bied 764-675 calBC;

ge-bied 665-621 calBC;

76 % kans bestaat dat de ouderdom valt binnen het ge-bied 604-356 calBC;

ge-bied 295-247 cal BC.

Het is duidelijk dat zulk een benadering niet steeds zinvol is. Het is echter wel belangrijk te wijzen op het feit dat de grenzen van 1 en 2 standaardafwijkingen bij de methode

B meestal groter zijn dan bij de methode A. Tevens is het

duidelijk dat het geven van het snijpunt ( o) met de curve niet veel zin heeft. De probabiliteit wordt gegeven door het oppervlak onder de curve. Een punt op de absis heeft dus als probabiliteit 0. Daarom wordt steeds aangeraden een gecalibreerde datering te vermelden als een tijdsspan

en niet als een tijdsmoment, bv.: 1000-1200 calBC i.p.v.

1100 ± 100 calBC. De vermelding "cal" duidt aan dat het hier gaat om een resultaat verkregen uit een calibratie-curve en niet uit een historisch gegeven.

2.2 Mariene curve

Sommige levende wezens betrekken hun koolstof uit de zeeën. De zee is echter een ander koolstofreservoir dan de atmosfeer. Tussen beide bestaat er een complex uit-wisselingsmechanisme. Dit heeft echter tot gevolg dat de atmosferische curve niet kan gebruikt worden om marien materiaal te dateren. De grote verschillen zijn:

1) de mariene curve is meer afgeplat dan de atmosferi-sche

2) het mariene reservoir heeft een schijnbare ouderdom t.o.v. de atmosfeer.

Figuur 815 _{geeft de schijnbare ouderdom aan van modern}

(5)

285 M. VAN SfRYDONCK / Calibreren van 14C-dateringen

Normalized probability P (see text) IRPA TEST

1 14C Age

=

2350 ± 60 Calibration curve: p 1 p 0 ATM20 .14C pl @ 68.3% pl @ 95.4%

--~~--~>+-~--~·---A---J-

H 1-l

--~·--tt-·~---~·

1l

-850 775 700 625 550 475 400 325 250 175 cal 8C

Normalized probability P (see text)

l @ 100%

~(!)

&

2(J) a age r o Metho s A and 8 alibrated age(s): 0 ultiple cal ages: 0

IRPA TEST 14C Age

=

2350

±

60 Calibration curve: ATM20.14C pl @ 68.3% pl @ 95.4%

--~~--~>+-~--~·---A---J-H

1-l

--1·--tt-~~---·

---··---850 775 700 625 550 475 400 325 250 175 cal 8C pl @ 100% ~(!)

&

2(J) a age o Metho s A and alibrated age(s): ultiple cal ages:

range 8

0 0

7 Probabiliteitsverdeling van een gecalibreerde ouderdom.

Het programma gaat ervan uit dat de gemiddelde schijnbare ouderdom van de menglaag der wereldzeeën 400 jaar bedraagt. Aan de hand van figuur 916 kan dan rekening gehouden worden met de lokale verschillen.

16 cf. noot 10.

Deze lokale verschillen kunnen ook proefondervindelijk gemeten worden door het dateren van schelpen met een gekende ouderdom. Het programma laat tevens toe materialen van gemengde samenstelling te calibreren (% marine carbon). Figuur 10 geeft de calibratie van een datering op schelpen afkomstig van de Belgische kust.

(6)

M. VAN SfRYDONCK / Calibreren van 14C-dateringen 435!. 25

~Y"

r~

11 355!.40 (SRR-1822) 325!.40 ~ (SRR-710) •

495!25~

(SRR-356 . / • 450!50./ _/) (SRR-1826) / V 410.!40 / (SRR-1821) ~ 405!. 50 ____-: (SRR-:1825) ~-475!.25 (SRR -354) •--.. .. ..__350!50 385 .! 45 / (SRR-1823) (SRR-1824)

8 Schijnbare ouderdom van marien materiaal aan de kusten

van Groot-Britannië.

1 I I I I I I I I I

•

I I I

•

I I

•

I I I I I 0 t--1 I I I I I I I I I B

_I

-A

_I

•

286 70~ 140±20 fiP 60±30

tJ

I 60' 40' 20° n. "" 140±45 0~2 ~ 20' w - 5 ±35 45±30 40' 'V !l't;,_65±25 60' 885±45

9 Delta R factor voor marien materiaal afkomstig van

ver-schillende plaatsen op aarde.

2.3. Opties welke niet in verband staan met de calibratie. - reeksgemiddelde: indien men een reeks dateringen heeft die in feite allen hetzelfde historisch gebeuren

wil-len dateren, dan kan het programma het gewogen gemid-delde en de standaardafwijking van deze reeks calibreren i.p.v. de afzonderlijke dateringen.

- "error multiplier": de conventionele 14C-datering geeft enkel de standaardafwijking op het telresultaat. Er wordt geen rekening gehouden met eventuele systematische fou-ten tijdens het verwerken van de stalen. Mocht nu blijken dat de telfout een onderschatting is van de werkelijke fout, dan kan het laboratorium een coëfficiënt invoeren waarmee de standaardafwijking op de telling steeds ver-menigvuldigd wordt. IRPA TEST 14C Age

=

3260 ± 60 Delta R

=

-5.0 ± 40 Calibration curve: pl @ 6 MARINE.14C % marine carbon

₌

100 I I I I pl @ 95.4% I I I I I I I I I I pl @ 100%

I

~(})

&

2<J>

o age range

o Metho s A and B

I

alibrated age(s): o ultiple cal ages:. 0 1550 1475 1400 1325 1250 1175 1100 1025 950 875

cal BC

(7)

287 M. VAN SfRYDONCK

f

Calibreren van 14C-dateringen

Normalized probability P (see text) 1

...

~

••

I I I I

-

pl @ 68.3%

I

I I I I I 1

-~

... i

-

pl @ 95.4% I I I 1 - 1 I I I I

-

- 1 I 1 -

-B 0 ~-H-1--

_I

_{I I}

0 A

•Ht-1-

_I

I~

1400 1475 1550 1625 1700 1775 1850 1925 2000 cal AD

1

•...•...

I I I . . . . I

---1

1 - - - 1 1 -IRPA AGESPAN 0 14C Age

=

224 ± 35

Cal i bration curve: ATM20 .14C

pl @ 100%

~(f)

&

2(j) o age range

o Metho s A and B

alibrated age(s): 0

ultiple cal ages: 0

IRPA AGESPAN 100

14C Age

=

224 ± 35

Calibration curve: ATM20.14C

sample age span

=

100

pl @ 68.3%

0 B

""'"'""';~!--:-

'""

ll

I

lil

I - - pl@ 95.4%

---;" ...

";u.-~(

I>

& 2( : ) @ 0

1

: : : range

of Methods A and B

A---II++H---1

1-1-

Calibrated age(s): o

ultiple cal ages: 0

1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 cal AD

11 Effekt van het inbrengen van een "age span" bij het calibreren van een datering.

- tijdsduur: indien van bepaalde materialen geweten is dat

de absorptie van atmosferisch C0₂veel langer geduurd

heeft dan de 20 jaar der boomringen waarmee de punten

in de curve zijn gemeten, dan kan men een "age span"

· definiëren. Het resultaat hiervan is een afvlakken van de calibratiecurve, wat een verbreding van de gecalibreerde tijdsperiode met zich meebrengt (figuur 11). Deze

me-thode kan o.a. gebruikt worden voor het dateren van

(8)

M. VAN SfRYDONCK j Calibreren van 14C-dateringen BESLUIT

Het calibratieprogramma laat ons toe op een handige en snelle manier dateringen te calibreren. Door het groot aantal mogelijkheden die het biedt verhoogt het echter de kans tot verkeerd gebruik of zelfs misbruik. De gebruiker van 14_{C-dateringen moet zich terdege bewust zijn van wat} een datering eigenlijk is en hoe de resultaten moeten ge-ïnterpreteerd worden. Het Koninklijk Instituut voor het Kunstpatrimonium wil daarbij helpen en is bereid alle dateringen te (her)calibreren en ze van uitleg te voorzien. Bij publicatie moet steeds vermeld worden welke calibra-tiecurve er gebruikt werd. Dit laatste laat iedere gebrui-ker toe een controle te hebben over de manier waarop gecalibreerd werd.

BIBLIOGRAFIE

HARKNESS D.D. 1983: The extent of natural 14C deficiency in the coastal environment of the United Kingdom; In: HACKENS T., MüüK W.G., WATERBOLK H.T. (eds.), Radiocarbon and Archaeology, PACT 8, 351-364.

KLEIN J., LERMAN J.C., DAMON P.E. & RALPH E.K. 1982: Calibration of Radiocarbon dates, Radiocarbon 24, m. 2, 103-150.

LAMBERT G.N., ÜRCEL C., ECKSIIEN D., POLGE H.,

EGGER H. & FLETCHER J. 1979: La Dendrochronologie à travers les laboratoires Européens, Dossiers de l'archéologie n° 39, 56-65.

288 PEARSON G.W. & STUIVER M. 1986: High-Precision Cali-bration of the Radiocarbon Time Scale, 500 - 2500BC, Radio-carbon 28, m. 2b, 805-838.

RALPH E.K., MICHAEL H.N. & HAN M.C. 1973: Radiocar-bon dates and reality, MASCA Newsletter, 9, m 1, 1-20. STUIVER M. & BECKER -B. 1986: High-Precision Decadal Calibration of the Radiocarbon Time Scale, AD1950 - 2500BC,

Radiocarbon 28, m. 2b, 863-910.

STUIVER M. & KRA R. (ed.) 1986: Calibration Issue, Radio-carbon 28, m. 2b, 805-1030.

STUIVER M. & PEARSON G.W. 1986: High-Precision Cali-bration of the Radiocarbon Time Scale, AD1950 - 500BC, Ra-diocarbon 28, m. 2b, 805-838.

STUIVER M. & REIMER P.J. 1986: A Computer Program for Radiocarbon Age Calibration, Radiocarbon 28, m. 2b, 1022-1030.

STUIVER M., PEARSON G.W., BRAZIUNAS T.F. 1986:

Radiocarbon Age Calibration of Marine Samples back to 9000 Cal Yr BP, Radiocarbon 28, nr. 2b, 980-1021.

SUESS H.E. 1969: Bristlecone-pine calibration of the radiocar-bon time-scale 5200B.C. to the present. In: LU. OLSSON (ed.),

Nobel Symposium 12, 303-312.

VAN DER PLICHT J., MOOK W.G., HASPER H. 1987: An automatic calibration program for radiocarbon dating, Second Intern. Symp. on Archaeology and 14

c

(in druk).

IMPRIMERIE GROENINGHE DRUKKERIJ KORTRIJK 056 22 40 77

(9)

Bérismenil (26) Brugge (3) Burst (7) Dikkelvenne ( 6) Ename (5) Étalle (28) Herk-de-Stad (12) Hoeibeek (17) Hour (23) Huy (20) ISSN 0772 7488 Kontich (8) Koksijde (1) Kuringen (16) Leuze-en-Hainaut (19) Marsolie (24) Matagne-la-Petite (22) Meeuwen (14) Messancy (29) Oostmalle (10) Orp (11) Oudenaarde ( 4) Rekem (15) Roksem (2) Tongeren (18) Tournay (27) Vodelée (21) Wéris (25) Wijnegem (9) Zonhoven (13)