C14-Crashkurs

Warum wir mit C14-Methode und Dendrochronologie nicht absolutdatieren können

von Christian Blöss und Hans-Ulrich Niemitz (aus Zeitensprünge 2/2003)

1. Einleitung

Mit diesem Artikel möchten wir die Kritik der Radiokarbonmethode wiederbeleben, denn noch immer werden chronologische Aussagen mit Radiokarbondaten begründet. Erneut arbeiten wir die Probleme sowohl der Radiokarbonmethode als auch der Dendrochronologie heraus und zeigen auf, wie gering der Spielraum für Datierungen mit Hilfe dieser beiden Methoden tatsächlich ist – ein Crash-Kursus in Sachen »C14-Crash«. Seitenangaben wie [177/164] verweisen auf die beiden Auflagen unseres Buches [¹1997/²2000].

Zuerst betrachten wir das Wesen und die Aufgabe der Dendrochronologie. Dass sie ihre Baumringfolgen in sicherer Weise nur mit Hilfe anderer Datierungsmethoden verlängern kann, ist eine ganz entscheidende Randbedingung ihrer Arbeit. Diese Hilfe hat sich die Dendrochronologie insbesondere von der Radiokarbonmethode (im folgenden als C14-Methode bezeichnet) geholt (Bild 1). Kommt die C14-Methode ihrerseits ohne weitere Hilfe zu naturwissenschaftlich begründeten Datierungen? Nein, auch die C14-Methode ist auf andere Datierungsmethoden angewiesen, um selbst datieren zu können. Diese Hilfe erhoffte sie sich ausgerechnet von der Dendrochronologie (Bild 2, für eine graphische Veranschaulichung dieser zirkulären Beziehung siehe [162/150]).

Wie wurde dieses Patt überwunden? Um der Dendrochronologie trotz eigener Unzulänglichkeit mit Vordatierungen in den Sattel helfen zu können, bediente sich die C14-Methode weitgehender geschichtlicher Annahmen, die physikalisch betrachtet von Beginn an sehr gewagt waren und schon nach kurzer Zeit als empirisch hinfällig hätten erkannt werden müssen.

Gleichwohl werden diese Annahmen bis heute aufrechterhalten. Das bedeutet, dass die C14-Methode und die Dendrochronologie nicht als naturwissenschaftliche Datierungsmethode angesprochen werden können. Sie bieten weder einzeln noch zusammen eine ausreichende Basis für Schlussfolgerungen, die die Absolutchronologie betreffen.

2. Die Dendrochronologie

2.1 Das Wesen und die Aufgabe der Dendrochronologie

Wissenschaftler wollen das Alter einer Holzprobe durch Mustervergleich bestimmen: Dazu synchronisieren sie das Baumringdickenmuster ihrer noch undatierten Holzprobe mit einem datierten Baumringdickenmuster nach bestimmten Vergleichskriterien. In diesem Vorgang – Synchronisation von Mustern nach bestimmten Vergleichskriterien – liegt das Wesen und die Aufgabe der Dendrochronologie begründet. Doch woher stammt das Datum des Referenzmusters?

Zu dem Datum des Referenzmuster gelangen die Dendrochronologen auf folgendem Weg: Sie versuchen, das Referenzmuster durch fortgesetzte Synchronisation vieler Baumringdickenfolgen bzw. Holzproben auszubauen. Dadurch wird der Zeitraum, der von dem Muster repräsentiert wird, immer weiter ausgedehnt: Er entspricht der Anzahl der im Gesamtmuster aufeinander folgenden Baumringe.

Stammen nun die jüngsten Baumringe aus einer gegenwärtig gewonnenen Holzprobe, dann bestimmt sich das Alter jedes Baumrings des Referenzmusters durch einfaches Abzählen. Dadurch ergibt sich auch das Alter einer jeden Holzprobe, die an diesem Referenzmuster synchronisiert werden konnte.

2.2 Das Problem der Dendrochronologie …

Die Dendrochronologie würde ein längeres Referenzmuster nur dann aus sich heraus gewinnen können, wenn die Synchronisation der Holzproben untereinander eindeutig ist, d.h. wenn sich die Baumringdickenfolgen »von selbst« an den altersmäßig richtigen Ort im Gesamtmuster einordnen würden.

Grundsätzlich lässt sich aber jede Holzprobe mit einem entsprechend langen Referenzmuster wiederkehrend, also an unterschiedlich alten Lagen, synchronisieren. Von all diesen Lagen kann höchstens eine die richtige Lage sein, alle anderen müssen als irreführende ›Zufallslagen‹ gewertet werden. So mussten immer wieder Synchronlagen, die bereits als gültig ausgegeben worden waren, revidiert und durch Auseinanderreißen und ›Neurastung‹ – meistens um etliche Jahrzehnte [75/75] – geheilt werden.

Es existiert also folgende Notlage: Eine Holzprobe muss auf wenige Jahrhunderte, wenn nicht sogar Jahrzehnte genau vordatiert werden, um sie verlässlich mit einem Referenzmuster synchronisieren zu können. Ohne diese Vordatierung könnte man ›Zufallslagen‹ von der richtigen Lage bzw. Datierung nicht unterscheiden.

Schaut man sich an, über welchen Zeitraum sich die Referenzmuster heute erstrecken – ca. 10.000 Jahre -, dann gibt es konservativ gerechnet jeweils einige Dutzend Zufallslagen pro Holzprobe, wobei natürlich zu berücksichti gen ist, dass eine stratigraphische Vergesellschaftung bzw. Korrelation die Anzahl potentieller Zufallslagen einschränkt.

2.3 … und das daraus erwachsende Dilemma

Die Dendrochronologie ist mit der Aufgabe, eine umfassende Baumringfolge allein durch Mustervergleich aufzubauen, also überfordert. Dieser Umstand spitzt sich immer wieder in demselben, allein aus sich heraus nicht überwindbaren Dilemma zu: Gehören Holzproben, die anscheinend am Ende der bereits bestehenden Baumringfolge synchronisieren und diese damit in die Vergangenheit bzw. in die Gegenwart ausbauen würden, wirklich hierher oder handelt es sich dabei nur um eine Zufallslage, weil die Holzprobe tatsächlich zu einer noch jüngeren oder einer noch älteren Lage gehört?

Selbst wenn alle anderen Lagen innerhalb des bestehenden Musters ausgeschlossen werden können, so blieben die älteren bzw. jüngeren Lagen stets unüberprüfbar. Es gibt also eine ständig schwelende Gefahr, sich beim Ausbau der Baumringfolge, dem so genannten ›Master‹, zu irren (Bild 3). Weil jeder einmal gemachte Fehler die Baumringfolge von nun an in die Irre führen würde, geht der Griff wo immer es geht zur rettenden Vordatierung.

2.4 Hat die Dendrochronologie den erforderlichen Preis für ihr Entkommen aus dem Dilemma entrichtet?

Um ihrem Dilemma zu entkommen, hat die Dendrochronologie die Holzproben für den Aufbau ihres Referenzmusters grundsätzlich vordatiert, und zwar in unterschiedlicher Weise für unterschiedliche Zeiträume:

Fall A: Der jüngere ›historische‹ Teil des Referenzmusters – ca. 500 v. Chr. bis heute nach konventioneller Datierung – beruht auf Daten aus der Geschichte der Neuzeit, des Mittelalters und des Altertums [Niemitz 1995].

Fall B: Der ältere ›vorhistorische‹ Teil des Referenzmusters – vom ältesten Datum bis ca. 500 v. Chr. – beruht auf C14-Datierungen.

Für den historischen Teil hat die Dendrochronologie also auf die herrschende Chronologie der Geschichte gesetzt (Fall A). Dafür hätte sie folgenden Preis zu zahlen: Weder darf sie als unabhängige Datenlieferantin für diese Chronologie auftreten, oder sich sogar als ›Kontrollinstanz‹ aufspielen, noch darf sie stillschweigend hinnehmen, als eine solche Datenlieferantin oder ›Kontrollinstanz‹ herangezogen zu werden.

Denselben Preis muss sie selbstverständlich auch für ihr Verhältnis zur C14-Methode bezahlen, von der sie C14-Daten für den vorhistorischen Teil bezogen hat. Insbesondere müsste sie im Auge behalten, wie sie umgekehrt von der C14-Methode als Datenlieferantin in Anspruch genommen wird, denn bekanntermaßen benutzt die C14-Methode primär Baumringchronologien, um C14-Messungen an einer historischen Probe in ein ›C14-Alter‹ umwandeln zu können.

Diese Aufmerksamkeit als Preis für die Überwindung ihres Dilemmas ist nicht aufgebracht worden, so dass sich ein Methodenwirrwarr herausbilden konnte. An der Schnittstelle zwischen C14-Methode und Dendrochronologie wird mit zweierlei Maß gemessen:

›C14-Alter‹, die der Vordatierung von Baumringproben dienen sollen, werden ohne Umrechnung als ›annähernd richtige‹ Absolutalter benutzt (Dendrochronologie als Nutznießerin von C14-Daten).

›C14-Alter‹, die allgemeinen Datierungen dienen sollen, werden über Baumringchronologien in ›exakte‹ Absolutalter umgerechnet (C14-Methode als Nutznießerin von Dendrodaten).

Die faktische Gleichsetzung von ›C14-Alter‹ und Absolutalter hat sehr wahrscheinlich zu einer falschen Länge des Postglazials geführt (bzw. diese Vorstellung unzulässig erhärtet), weil – wie wir zeigen werden – bereits kleine Änderungen in den Naturabläufen drastisch verjüngte bzw. vergreiste ›C14-Alter‹ ergeben. Dendrochronologen, die nicht wahrhaben wollten, dass sie ihrem Dilemma nicht ohne weiteres entkommen können, müssen nunmehr einen noch viel höheren Preis entrichten: Das Zugeständnis, dass ihre Baumringchronologien von A bis Z falsch aufgebaut sind.

3. Die C14-Methode

3.1 Das Wesen und die Aufgabe der C14-Methode

Wissenschaftler wollen das Alter einer organischen Probe aus der Kenntnis zweier ›Geschichten‹ bestimmen:

aus der Geschichte der C14-Konzentration¹ in der Probe und
aus der Geschichte der C14-Konzentration in der Atmosphäre.

Das Alter der organischen Probe wird durch denjenigen Zeitpunkt in der Vergangenheit bestimmt, an dem sich die Geschichte der C14-Konzentration der historischen Probe von der Geschichte der C14-Konzentration der Atmosphäre entkoppelt hat, also als die Probe mit ihrem Stoffwechsel aufhörte (Bild 4). Um beide Geschichten – und damit auch den für die Datierung entscheidenden gemeinsamen Schnittpunkt – rekonstruieren zu können, müssen alle Gesetze und Einflüsse, die diese Geschichten determinieren, bekannt sein.

Grundsätzlich sind sowohl für die Probe als auch für die Atmosphäre vier verschiedene derartige Einflüsse zu berücksichtigen:

1. Produktion von C14
2. Vernichtung von C14 (= ›radioaktiver Zerfall‹)
3. Zuwanderung über die Systemgrenze
4. Abwanderung über die Systemgrenze

Die Geschichte der C14-Konzentration in der Probe ließe sich genau dann mit Hilfe des ›Zerfallsgesetzes‹ zurückrechnen, wenn diese ausschließlich durch radioaktiven Zerfall (Einfluss 2) bestimmt ist, wenn also mögliche andere, und dann unkalkulierbare Einflüsse wie beispielsweise ›in situ‹-Produktion (Einfluss 1) oder Kontamination (Einfluss 3) ausgeschlossen werden können.

Die Geschichte der C14-Konzentration in der Atmosphäre unterliegt dagegen grundsätzlich allen vier genannten Einflüssen: dem radioaktiven Zerfall von Kohlenstoff C14, seiner Produktion aus Stickstoff N14, der Zuwanderung aus und der Abwanderung der Kohlenstoffisotope C12 und C14 in angrenzende ›Kohlenstoffreservoire‹. Diese Reservoire werden ganz wesentlich durch die Ozeane gebildet, die Kohlendioxid CO₂ speichern. Sie weisen dabei grundsätzlich eine niedrigere C14-Konzentration als die Atmosphäre selbst auf, weil nur in ihr das C14 nachproduziert wird und andere Reservoire ohne Zufuhr an atmosphärischem C14 verarmen würden. Deshalb ist der Fall einer Zuwanderung von C14 in die Atmosphäre aus ihrer Umgebung grundsätzlich auszuschließen (extraterrestrische Zufuhr ausgeschlossen) und wir können die möglichen Ursachen für Anreicherung oder Verarmung in ihr auf die drei Einflüsse Zerfall, Produktion und Abwanderung eingrenzen.

Um also das Alter der Probe aus dem Schnittpunkt der Geschichten für die Probe und für die Atmosphäre bestimmen zu können, müssen die genannten Einflussfaktoren sowohl für die Probe als auch für die Atmosphäre über die gesamte Lagerungszeit der Probe lückenlos bekannt sein – eine gewaltige Bringschuld für die neue Datierungsmethode. Mit welchen Erkenntnissen und Annahmen zu diesen Einflussfaktoren startete man in die Ära der C14-Datierung, um sich dieser Bringschuld in zureichender Weise zu entledigen?

3.2 Mit welchen Erkenntnissen und Annahmen startete man in die Ära der C14-Datierung?

Für die Begründung der C14-Datierungsmethode verwies W.F. Libby auf bestimmte Verhältnisse, die in der Atmosphäre geherrscht haben müssten:

• Produktion und Zerfall von C14 in der Atmosphäre hätten sich die Waage gehalten.
• Zu- und Abwanderung von C14 bzw. C12 hätten keinen Effekt auf die C14-Konzentration der Atmosphäre gehabt.

Diese beiden Vermutungen leitete er aus seiner »Curve of Knowns« ab. Dafür trug er die gemessene C14-Konzentration verschiedener historischer Proben mit jeweils dem Datum ein, das ihnen die Historiker zuerkannt hatten. Gemeinsam schienen sie eine Kurve zu bilden, die gleichbedeutend mit einer zeitlich konstanten C14-Konzentration der Atmosphäre war (Bild 5 oben). Es wurde nicht erkannt, wie deutlich selbst in diesen selektiv vorgestellten Messwerten Anzeichen für starke Veränderungen enthalten waren (Bild 5 unten).

Libby leitete aus seiner idealisierten »Curve of Knowns« ein sehr einfaches Modell für die Geschichte der C14-Konzentration der Atmosphäre ab, mit der er sich seiner Bringschuld mit einem Schlag entledigt zu haben glaubte: In der Atmosphäre wird C14 mit konstanter Rate (nämlich aus Stickstoff N14 durch die kosmische Strahlung) erzeugt. Gleichzeitig zerfällt das in der Atmosphäre vorhandene C14 mit einer bestimmten Rate. Sofern die C14-Konzentration der Atmosphäre von Zu- oder Abwanderung unbeeinflusst bleibt, wird sich zwangsläufig früher oder später ein Zustand einstellen, in dem sich Produktion und Zerfall die Waage halten und ab dem die C14-Konzentration der Atmosphäre als konstant betrachtet werden darf – so wie es die »Curve of Knowns« für die ganze historische Zeit signalisierte.

Wenn man bedenkt, wie viele Einflüsse grundsätzlich zu berücksichtigen sind, dann hätten derart außergewöhnliche Randbedingungen als großartiges Geschenk betrachtet werden dürfen. Wenn jetzt auch noch für historische Proben vorausgesetzt werden durfte, dass sie während ihrer Lagerzeit grundsätzlich keinen unerwünschten Einflüssen ausgesetzt sind, dann konnte man auch die zweite der beiden Geschichten, der zeitliche Verlauf der C14-Konzentration in einer jeden Probe, als bekannt voraussetzen bzw. diese Geschichte über das radioaktive Zerfallsgesetz zurückrechnen.

Wenn das alles so stimmte, dann war jede organische Probe wirklich denkbar einfach und ohne weitere Voraussetzungen und Annahmen datierbar: Ihr Alter bestimmte sich aus dem Schnittpunkt der C14-Zerfallskurve für die Probe mit dem zeitlich konstanten Konzentrationsverlauf für die Atmosphäre (Bild 6), was sich genau so auch über das Zerfallsgesetz ausrechnen ließ. Voller Hoffnung machte man sich daran, der Vor- und Frühgeschichte der Menschheit ein neues, endgültiges chronologisches Gerüst zu verschaffen.

3.3 Die Wissenschaftler werden von der Realität eingeholt …

Alle anfangs gemachten Annahmen über die C14-Geschichte organischer Proben im allgemeinen und die C14-Geschichte der Atmosphäre im besonderen stellten sich rasch als falsch heraus. Seit mehr als 50 Jahren gehen die Anstrengungen und Bemühungen der Wissenschaftler dahin, zu zeigen, dass sie alle nur ein bisschen falsch sind und dass man die Methode deswegen aufrechterhalten dürfe. Wir zeigen, dass sie so falsch sind, dass man die C14-Methode als selbständige Hilfswissenschaft der Geschichte aufgeben muss.

So lernte man binnen weniger Jahre viele verschiedenartige Einflüsse auf die C14-Konzentration der Probe kennen, die teils zu deren Lebzeiten (›Isotopenfraktionierung‹, ›Reservoireffekte‹), teils während der Lagerzeit (›Kontamination‹) und teils während der Probenaufbereitung und -messung im Labor wirken. Die Auswirkung dieser verschiedenartigen Einflüsse kann die Größenordnung des eigentlich zu untersuchenden Effektes erreichen, nämlich die Änderung der C14-Konzentration durch radioaktiven Zerfall während der Lagerzeit. Vor Proben, für die solche Einflüsse nicht ausgeschlossen werden können, muss die C14-Methode ihre Waffen strecken, denn diese Einflüsse lassen sich nur bestimmen oder eingrenzen, wenn man das wahre Alter der Probe kennt. Hinsichtlich der Proben scheitert die C14-Methode also immer dort, wo sie das bereits kennen müsste, was zu bestimmen ihre eigentliche Aufgabe ist. Gleichwohl muss dieses Problem nicht unüberwindlich sein, denn unter der Vielzahl zur Verfügung stehender Proben könnte man sich auf die Auswertung ›guter‹ Proben beschränken, die also unter nachweisbar günstigen Umständen überdauert haben. Die Atmosphäre konnte man sich dagegen nicht aussuchen.

Das Modell eines stationären Gleichgewichts von Produktion und Zerfall für die Atmosphäre sollte sich nicht bewähren, denn 10 Jahre nach Einführung der C14-Methode wurde aus Messungen an Baumringen eines sehr alt gewordenen Baumes erkannt, dass sich die C14-Konzentration in der Atmosphäre über die Zeit geändert haben musste. Statt als allererstes die ohnehin äußerst rigide Annahme auf den Prüfstand zu stellen, dass Zu- und Abwanderung keinerlei Einfluss auf die C14-Konzentration hätten (siehe oben Annahme 2), erwog man lediglich Schwankungen der Produktionsrate für C14: Diese würden für ein Ungleichgewicht von Produktion und Zerfall sorgen und dadurch auch Schwankungen der C14-Konzentration in der Atmosphäre nach sich ziehen.

Die Produktionsrate für C14 hängt unter anderem von der Intensität der kosmischen Strahlung und von der Stärke des irdischen Magnetfeldes ab. Eine Änderung dieser Einflussgrößen konnte man sich nur als sehr begrenzt vorstellen. Folglich könnten die grundsätzlich stationären Verhältnisse auch nur mit kleinen Schwankungen überzogen werden. Aus diesem Grund hielt man an der Vorstellung fest, mit den ›C14-Jahren‹, die aus den Konzentrationswerten errechnet werden, das wahre Alter bereits annähernd zu kennen.

Hätte man die gemessenen Schwankungen quantitativ ausgewertet, wäre man in tiefe Zweifel an den Grundlagen der C14-Methode gestürzt worden, denn der ursprünglich als Nebeneffekt abgetane Einfluss auf die C14-Konzentration der Atmosphäre übertraf den eigentlichen Effekt, den radioaktiven  Zerfall, um ein Vielfaches. Doch in der Ära der C14-Datierung geschah von Seiten der dazu berufenen Wissenschaftler nichts.

3.4 … und lassen sich von ihr überrollen …

Für die historische organische Probe darf zunächst erwartet werden, dass mit ihrem Tod (= Stoffwechselende) der stoffliche Austausch mit der Umgebung dauerhaft zum Erliegen kommt und dass sich deswegen die C14-Konzentration innerhalb der Probe als geschlossenem System nur noch durch radioaktiven Zerfall verringert.

Die Atmosphäre dagegen muss immer als offenes System betrachtet werden. Tatsächlich wandert ja auch der Großteil des in der Atmosphäre produzierten C14 in die Ozeane ab. Diese gewaltigen Austauschvorgänge brauchen sich nur geringfügig zu ändern, um sich ganz drastisch auf die C14-Konzentration der Atmosphäre auszuwirken. Für ein offenes System wie der irdischen Atmosphäre ist immer mit Änderungen der Austauschvorgänge statt mit gleichbleibenden Verhältnissen an seinen Grenzen zu rechnen. Gleichwohl haben die Wissenschaftler für die C14-Methode unbeirrt in Anspruch genommen, dass die C14-Konzentration der Atmosphäre keinen Einflüssen unterliegt, die über die Systemgrenzen wirken.

Diese Stationaritätsannahme hätte nur aufrechterhalten werden dürfen, wenn der Nachweis gelungen wäre, dass Zu- und Abwanderung über die Systemgrenzen einen deutlich geringeren Beitrag zur Veränderung der C14-Konzentration in der Atmosphäre leisten als die quasi-stationären Erscheinungen Produktion und Zerfall. Zu welchen Ergebnissen für das Ausmaß der Zu- und Abwanderungsraten wäre man gekommen, hätte man sich dieser entscheidenden Frage gestellt?

3.5 … anstatt sie zu akzeptieren

Soweit man in Anspruch nahm, die Geschichte der atmosphärischen C14-Konzentration – vor allem durch Baumringfolgen – rekonstruiert zu haben, sah man sich mit folgendem Befund konfrontiert:

• In dieser Geschichte kommen immer wieder Abschnitte vor, in denen die C14-Konzentration der Atmosphäre viel größer war als ihre Abnahme durch radioaktiven Zerfall stark überkompensiert wurde (Bild 7, Fälle A und C, ›Anreicherung‹)
• In dieser Geschichte kommen immer wieder auch Abschnitte vor, in denen die C14-Konzentration der Atmosphäre deutlich stärker abgenommen hatte, als durch radioaktiven Zerfall allein möglich gewesen wäre (Bild 7, Fall B, ›Verarmung‹).

Dieser Befund hätte die Alarmglocken schrillen lassen müssen: Insbesondere die starke Abnahme (Fall B) kann nicht mehr durch radioaktiven Zerfall allein, sondern nur noch durch massive Abwanderung von C14 in angrenzende Reservoire (Ozeane) erklärt werden (bzw. massive Wanderung von C12 in die umgekehrte Richtung). Diese Evidenz hätte die bisherige Erklärung, der Effekt sei allein auf eine Verminderung der Produktion von C14 zurückzuführen, als Trugschluss offenbaren müssen.

1978 wurde erneut exemplarisch eine 250 Jahresringe umfassende Probe von einem einzelnen Baum C14-datiert, um mit seinerzeit modernster Messtechnik endlich einmal das wahre Ausmaß der Abweichungen der C14-Konzentration in der Atmosphäre von dem konstanten Idealmaß zu erfassen. Diese Ergebnisse hätten C14- und Dendro-Wissenschaftler endgültig wachrütteln müssen: Die C14-Konzentration in der Atmosphäre änderte sich durch Zu- und durch Abwanderung bis zu 40 mal stärker als durch den radioaktiven Zerfall [328-332/360-364].

Angesichts solcher Verhältnisse hätte es sich von selbst verboten, weiterhin mit der Annahme quasi-stationärer C14-Verhältnisse in der Atmosphäre zu arbeiten. Doch leider hätte es auch bedeutet, der habhaft geglaubten Geschichte der C14-Konzentration der Atmosphäre endgültig verlustig zu gehen, die einem durch die Annahme stationärer Verhältnisse bisher wie von selbst zugewachsen war. Das mag der Grund gewesen sein, weshalb die Wissenschaftler vor solchen Überlegungen quantitativer Art zurückschreckten.

3.6 C14-Konzentration der Atmosphäre – eine weiterhin unbekannte Geschichte

Dieser Befund instationärer C14-Verhältnisse hat dramatische Konsequenzen für die Methode der C14-Datierung – speziell natürlich auch für die Vordatierung von Baumproben. Unter diesen Umständen darf die C14-Konzentration einer Probe nicht mehr direkt – dem bisherigen Missbrauch entsprechend – in ein ›annähernd richtiges‹ Absolutdatum umgerechnet werden. Denn die Grenze für die zu erwartende ›Ungenauigkeit‹ liegt keineswegs bei den 10 %, die die neuesten Kalibrierkurven² ausweisen. Diese Grenze kann, wie wir gleich sehen werden, ohne weiteres um einen Faktor 10 größer sein. Dann haben wir es nicht mehr mit ›Ungenauigkeiten‹ zu tun, sondern bereits mit einen grundlegenden Irrtum. Um die dramatischen Konsequenzen für die C14-Datierung zu erfassen, müssen wir die möglichen Szenarien für die Geschichte der C14-Konzentration der Atmosphäre als offenem System erfassen und verstehen.

Es gibt grundsätzlich nur zwei Szenarien, die dabei zu berücksichtigen sind: Entweder die in Frage kommenden drei Ursachen für die Änderung der C14-Konzentration wirken so zusammen, dass die Atmosphäre an C14 verarmt, oder sie wirken so zusammen, dass die Atmosphäre sich mit C14 anreichert:

• ›C14-Verarmung‹: Die C14-Konzentration der Atmosphäre sinkt permanent, wenn die Abnahme durch Zerfall und Wanderung dauerhaft größer ist als die Zunahme durch C14-Produktion.
• ›C14-Anreicherung‹: Die C14-Konzentration der Atmosphäre steigt permanent, wenn die Zunahme durch C14-Produktion dauerhaft größer ist als die Abnahme durch Zerfall und Wanderung.

Auf die Frage, ob und in welchem zeitlichen Abstand sich diese beiden Phasen eventuell abwechseln, gehen wir in Kapitel 3.8 ein. Die Zunahme durch C14-Produktion und die Abnahme durch Zerfall und Wanderung sind im Prinzip nur dann gleich, wenn eines der beiden Szenarien in das andere übergeht. Ein solcher Übergangsmoment hat mit der Annahme dauerhafter stationärer Verhältnissen natürlich nichts zu tun.

In Bild 8 sind die beiden Szenarien in jeweils drei unterschiedlich starken Ausprägungen einschließlich des Übergangszustandes schematisch dargestellt. Das C14-Alter einer Probe wird demnach essentiell davon bestimmt, welches der beiden Szenarien für die C14-Konzentration in der Atmosphäre in welchem Ausmaß tatsächlich vorgeherrscht hat:

• Konsequenzen für die konventionelle Datierung bei ›C14-Verarmung‹: Je mehr die Abnahme überwogen hat (Kurven 4, 5 und 6 in Bild 8), desto geringer wird das errechnete ›C14-Alter‹ und täuscht dadurch ein zu niedriges Alter vor.
• Konsequenzen für die konventionelle Datierung bei ›C14-Anreicherung‹: Je mehr die Zunahme überwogen hat (Kurven 1, 2 und 3 in Bild 8), desto ›greisenhafter‹ wird das errechnete ›C14-Alter‹ und täuscht dadurch ein zu hohes Alter vor.

Je nach Szenario liegt das ›C14-Alter‹ der Probe in diesem schematischen Beispiel um einen Faktor von ungefähr 2 zu hoch bzw. zu niedrig. Das bedeutet, dass die ›C14-Uhr‹ doppelt so schnell bzw. halb so schnell läuft wie unsere Alltagsuhr. Wer wollte es wagen, angesichts einer solchen Bandbreite das so genannte ›C14-Alter‹ weiterhin als Quasi-Absolutalter anzusprechen?

Wir zeigen jetzt, dass – nach dem Schema »kleine Ursache, große Wirkung« – bereits eine kleine Änderung in den Randbedingungen die Geschwindigkeit der ›C14-Uhr‹ so stark verändert, dass unsere C14-bestimmte Chronologie revolutioniert würde.

3.7 Die Geschwindigkeit der C14-Uhr ist nicht an unsere Alltags-Uhr gekoppelt

Welche quantitativen Verhältnisse liegen vor, wenn die C14-Uhr beispielsweise nur doppelt so schnell liefe wie bisher angenommen? Eine schneller laufende C14-Uhr bedeutet, dass sich Zunahme und Abnahme nicht die Waage halten, sondern die Zunahme dauerhaft um ein gewisses Maß überwiegt. Um die C14-Uhr über beispielsweise 1.000 Kalenderjahre um den Faktor 2 schneller laufen zu lassen als unsere Alltags-Uhr, müsste sich die Atmosphäre in diesem Zeitraum um 12 % mit C14 anreichern – Jahrhundert für Jahrhundert also um gut 1 %.

Einen solchen Anreicherungseffekt könnte man nur entdecken, wenn aus diesem Zeitraum entsprechend sicher datierte historische Proben zur Verfügung stehen. Mit den Baumringchronologien kann ein solcher Effekt nicht mehr entdeckt werden, weil die Holzproben mit C14 vordatiert wurden in dem Glauben, dass C14- und Alltags-Uhr annähernd gleich schnell laufen. Das bedeutet aber auch, dass die Baumringchronologien ganz erheblich zu lang oder zu kurz sein können. Mit anderen Worten, über die Länge der geschichtlichen und vorgeschichtlichen Zeit können sie uns nichts aussagen. Im Anhang beleuchten wir diejenige Vorgehensweise bei der Erstellung von Baumringchronologien, durch die sich dieser Fehler einschleichen musste.

Die Rekonstruktion der Geschichte der C14-Konzentration in der Atmosphäre im allgemeinen und der Nachweis jenes Anreicherungseffektes im besonderen ist problematisch genug. Dasselbe für die Ozeane vorzunehmen sogar unmöglich: So entspricht der Anreicherung der Atmosphäre um 12 % über die besagten 1000 Kalenderjahre die ›Verarmung‹ der Ozeane um ca. 2 ‰ (i.W.: zwei Promille) seines Bestandes an C14 [380, 348].

3.8 Mögliche Tendenzen für die C14-Konzentration der Atmosphäre im Holozän

Auch aus konventioneller Sicht hätte insbesondere die C14-Geschichte des Spätglazials daraufhin geprüft werden müssen, ob sie als eine Phase der C14-Verarmung oder als eine Phase der C14-Anreicherung der Atmosphäre interpretiert werden muss. Als eine Möglichkeit beschreiben wir die Abfolge einer ›C14-Verarmung‹ im Spätglazial und einer ›C14-Anreicherung‹ im Postglazial bzw. Holozän:

• ›C14-Verarmung‹ im Spätglazial: Massives Abschmelzen ›fossilen‹ und damit C14-freien Gletscherwassers hätte dazu führen können, dass die Atmosphäre an C14 verarmt, weil ihr C14 vermehrt in die geschmolzenen C14-armen Wässer diffundieren müsste. Das entspräche dem Szenario 1 für das Spätglazial – die ›C14-Verarmung‹. Bei den damit einhergehenden  Änderungen in den Ozeanströmungen wäre zu prüfen, ob verstärkt ›fossiles‹ Tiefenwasser an die Oberfläche kommen würde, die diesen Effekt noch verstärken würden.
• ›C14-Anreicherung‹ im Postglazial bzw. Holozän: In dem darauf folgenden Holozän hätte es zu einer entsprechenden Erholung des C14-Haushalts der Atmosphäre kommen müssen, weil die Rate der C14-Abwanderung in die Ozeane langsam wieder auf ein früheres Maß gesunken und die C14-Konzentration der Atmosphäre damit wieder gestiegen wäre. Das entspräche dem Szenario 2 für das Holozän – die ›C14-Anreicherung‹.

Nicht einmal ansatzweise ist etwas derartiges in der C14-Kalibrierkurve zu erkennen, die ja die Geschichte der C14-Konzentration der Atmosphäre – wenn auch in verschlüsselter Form – widerspiegelt: Die Kurve geht mit einer Tendenz, die quasi-stationäre Verhältnisse bedeutet, ›stur‹ durch diese Phase des Umbruchs hindurch. Diskussionen darüber ersticken im Keim, weil das chronologische Gerüst des Holozäns als zu gut bestätigt gilt [382, 347].

In einem früheren Artikel für ›Zeitensprünge‹ [1998/4] haben wir ein alternatives Szenario entworfen, wie der Ungleichgewichtszustand, dessen Rückbildung sich für das Holozän abzeichnet, auch durch den Einschlag eines Himmelskörpers in einen der Ozeane hervorgerufen worden sein könnte. Denn auch dadurch werden die Ozeanströmungen gestört, so dass an die Oberfläche geratenes ›fossiles‹ Tiefenwasser über längere Zeit das C14 in erhöhtem Maße absorbiert, so dass die Atmosphäre zeitweise an C14 verarmen muss, um sich danach wieder einem früheren Zustand anzunähern.

4. Zusammenfassung

Es ist möglich, dass ein C14-Ungleichgewicht in der Atmosphäre den bisher geglaubten Radiokarbonkalender um einen ganz erheblichen Faktor staucht oder streckt. Dabei geht es nicht um 10 %, wie bisher ›rekonstruiert‹, sondern um eine Größenordnung mehr. Mit dieser Möglichkeit bewegen wir uns in dem Rahmen, den die kritische Chronologie auf unterschiedlichen Ebenen als realistisch für das Holozän erkannt hat. Es geht mindestens um eine Halbierung wenn nicht sogar um eine Drittelung oder Viertelung des bisher für richtig erachteten zeitlichen Rahmens von 10.000 Jahren.

Dass sich dies in den Baumringchronologien nicht widerspiegelt, hat einen so einfachen wie auch ärgerlichen Grund: Welche Annahmen auch immer über die Geschichte der C14-Konzentration getroffen werden, genau diese Geschichte wird von denjenigen Baumringchronologien rekapituliert, die unter Rückgriff auf entsprechende C14-Vordatierungen erstellt worden sind. Man erkennt also:

Jede der beiden Datierungsmethoden hat einen auch sich selbst nicht  behebbaren Defekt: Chronologische Aussagen werden nur durch chronologische Hilfestellung von außen möglich.

Die gegenseitige chronologische Hilfestellung stellt einen Zirkelschluss dar, der sämtlich dendro- und radiochronologischen Aussagen entwertet.

Was die Chronologie des Holozäns angeht, wären damit alle Historiker wieder an die ›Zeichenbretter‹ zurückverwiesen – dort, wo sich die ›Chronologiekritiker‹ seit Jahrzehnten um eine saubere Chronologie des Holozäns bemühen.

Anhang I: Wie sich die Dendrochronologie unbesehen ins Abseits synchronisiert hat

In »C14-Crash« haben wir Messergebnisse an einem neuseeländischen Kauri-Baum als eines von mehreren Beispielen für eine mögliche C14-Anreicherung der Atmosphäre angeführt. C14-Anreicherung bedeutet, dass konventionell C14-datierte Proben tatsächlich viel jünger sind. Hier zeigen wir an einem Beispiel C14-datierter Baumproben, wie – entgegen jeder Evidenz – unbeirrt an unzutreffenden Vorstellungen festgehalten wird und wie dadurch systematische Fehler in eine Baumringchronologie eingehen müssen [Kaiser 1993].

Das Bild 9 zeigt im rechten Diagramm C14-Daten einer ca. 375 Kalenderjahre umfassenden Baumringchronologie, die aus 6 archäologisch zusammengehörigen Föhren erstellt wurde. Im linken Diagramm sind C14-Daten einer weiteren Baumringchronologie eingetragen, die aus 4 archäologisch zusammengehörigen Föhren erstellt wurde und ca. 670 Kalenderjahre umfasst. Die Jahresmarken für den Wert 11.300 C14-Jahre sind in beiden Diagrammen als horizontale Linien hervorgehoben und durch eine Hilfslinie miteinander verbunden worden. Dadurch unterstellen wir im folgenden, dass gleiche C14-Aktivität auch gleiches Absolutalter bedeutet, was auch als ›Simultanitätsprinzip‹ bezeichnet wird. Es stellt eine starke Annahme dar, denn es schließt insbesondere Kontaminationen und lokale Unterschiede in der C14-Aktivität der Atmosphäre aus.

In die Graphik wurden nicht die gemessenen C14-Konzentrationswerte eingetragen, sondern das jeweilige so genannte ›C14-Jahr‹, dasjenige ›Alter‹ also, welches sich unter Annahme stationärer Verhältnisse aus der C14-Konzentration errechnet. Diese ›Altersangaben‹ verwirren mehr, als dass sie nützen, denn es ist evident, dass die C14-Konzentration nicht konstant gewesen ist: Für die rechte Baumringchronologie kann beispielsweise abgelesen werden, dass auf messtechnisch erfasste 250 Kalenderjahre der Baumringchronologie eben nicht 250 ›C14-Jahre‹ kommen, sondern rund 50% mehr. Das ergibt sich insbesondere, wenn man die Ausgleichsgerade zu Rate zieht, die von uns nach Augenschein zugefügt wurde. Für die linke Chronologie kann eine ganz ähnliche Betrachtung angestellt werden, wobei hier deutlich weniger Messwerte vorliegen und deshalb die Lage der Ausgleichsgeraden weniger evident ist.

Wegen der radiometrischen Überlappung der beiden Baumringchronologien – es gibt einen Bereich, in dem bei beiden Chronologien jeweils die gleiche C14-Konzentration gemessen wird – können die beiden Ausgleichsgeraden übereinander gelegt werden (Bild 10). Dadurch kommt es zu einer Überlappung in den Baumringen von knapp 200 Kalenderjahren. Nun wäre es methodisch angemessen zu prüfen, ob die beiden Chronologien in dieser Konstellation in einer bestimmten Verzahnung auch nach dendrochronologischen Vergleichskriterien synchron laufen.

Der Autor der Veröffentlichung, der wir diese beiden Chronologien entnommen haben, hat sich von der Stationaritätsannahme nicht lösen können und deshalb die Graphiken mit 45°-Geraden versehen. Damit ging er von der Annahme »Ein C14-Jahr gleich ein Kalenderjahr« aus. Doch in beiden Bildern ist es sehr unwahrscheinlich, dass ausgerechnet die 45°-Gerade die Tendenz der Messwerte richtig wieder gibt. Es besteht also eine erhöhte Gefahr, dass die beiden Chronologien falsch verzahnt werden, wenn man die entsprechende radiometrische Synchronisierung vornimmt (Bild 11). Und so wird sich zwangsläufig das einschleichen, was man am meisten verhindern möchte: eine trügerische ›Zufallslage‹, die dann die ganze Baumringchronologie verdirbt.

Jede dendrochronologische Verzahnung, die die tatsächlichen Trends ignoriert und stattdessen an der radiometrischen Synchronisierung mittels der 45°-Steigung festhält, wird diese trügerischen Zufallslagen erzeugen. Daran kann auch das Argument nichts ändern, unabhängig voneinander erstellte Baumringchronologien würden an bestimmten Stellen nach dendrochronologischen Gesichtspunkten signifikant korrelieren und diese somit nach immanenten Kriterien bestätigen. Solange beide Chronologien auf derselben C14-Konstruktionsvorschrift basieren, werden solche Korrelationen zwangsläufig auftreten, ohne in irgendeiner Weise beweisen zu können, dass die Chronologien stimmen. Alle längeren Baumringchronologien beruhen auf herkömmlichen C14-Vordatierungen, die die Hinweise auf instationäre Trends in den C14-Daten ignoriert haben.

Wir weisen daraufhin, dass dermaßen verzerrende Anpassungen der Kurven – nämlich an sich viel steilerer Kurven an die 45°-Steigung – automatisch zu den vielbeschworenen ›wiggles‹ führen, die Phasen der C14-Verarmung der Atmosphäre [104, 102] vortäuschen oder auch künstliche ›C14-Plateaus‹ erzeugen, wie sie vornehmlich im spätglazialen Teil der Baumringchronologien gesehen werden.

Anhang II: Zur Problematik der Verwendung von ›Kalibrierkurven‹

In diesem Artikel haben wir versucht, C14-Daten stets im Rahmen einer ›Geschichte‹ der C14-Konzentration darzustellen, um die physikalischen Ursachen interpretieren zu können, die diese Geschichte prägen. Dieser Zugang ist erschwert oder sogar versperrt, wenn C14-Daten als konventionelle ›Kalibrierkurve‹ aufbereitet werden.

Die aktuell gemessenen C14-Daten einer historischen Probe dürfen als Endpunkte einer Exponentialkurve betrachtet werden, die durch den radioaktiven Zerfall in der Probe entsteht, wenn sie keinerlei Stoffwechsel mehr erfährt. Für die C14-Geschichte der Atmosphäre, die aus solchen C14-Daten konstruiert wird, gibt es keine entsprechenden Vorgaben. Sie muss vollständig rekonstruiert werden. Wir haben gezeigt, dass die Geschichte der atmosphärischen C14-Konzentration nicht nur von Produktion und Zerfall des C14 geprägt ist, sondern vor allem von Diffusionen. Wenn diese Diffusion über historische Zeit in eine Richtung überwogen haben sollte, dann ist die Geschwindigkeit der ›C14-Uhr‹ von der unserer Alltags-Uhr entkoppelt: Die Angabe von C14-Jahren anstatt der ursprünglichen C14-Konzentration wird entsprechend missverständlich.

Um eine Geschichte der C14-Konzentration aufzustellen, stehen keine Messergebnisse zur Verfügung, die in der Vergangenheit gewonnen worden sind. Die C14-Geschichte insbesondere der Atmosphäre muss deshalb grundsätzlich aus heutigen Messungen an historischen Proben bekannten Alters rekonstruiert werden. Aus jeder ›Restaktivität‹ kann dann diejenige C14-Konzentration zurückgerechnet werden, die zum Zeitpunkt des Stoffwechselendes dieser Probe in der Atmosphäre geherrscht hatte. Mit ausreichend vielen solcher datierten Proben kann dann der zeitliche Verlauf der C14-Konzentration in der Atmosphäre rekonstruiert werden (Bild 4). Die entsprechende Graphik erlaubt dann auch die Betrachtung physikalischer Ursachen, die den zeitlichen Verlauf bestimmen; sie erlaubt es aber nicht, die C14-Messung an einer historischen Probe unmittelbar in ein Absolutdatum zu überführen. Dazu müsste man auch die Probengeschichte, die Zerfallskurve also, in die Graphik legen, um aus dem Schnittpunkt der beiden Geschichten das Alter der Probe zu bestimmen. Diese Vorgehensweise ist sehr unpraktisch. Deshalb müssen die C14-Daten der Atmosphäre anders aufbereitet werden, um eine praktikable ›Kalibrierkurve‹ zu erhalten.

Am einfachsten ist es, die ursprünglich gemessenen C14-Konzentrationen der historischen Proben über ihr jeweils bekanntes Alter aufzutragen, so wie es anfangs auch Libby mit seiner ›Curve of Knowns‹ (Bild 5) praktiziert hatte. Jeder Messwert an einer aktuellen Probe kann dann direkt in ein Absolutdatum überführt werden (Bild 12 oben). C14-Labore veröffentlichen in der Regel aber keine Konzentrationswerte, sondern ›C14-Jahre‹. Deshalb beruhen konventionelle Kalibrierkurven auch nicht auf der C14-Konzentration, sondern auf ›C14-Jahren‹ (Bild 12 unten). Der zusätzliche Aufwand, die miteinander zu vergleichenden Messwerte noch einmal in ›C14-Jahre‹ umzurechnen, ist nur gerechtfertigt, wenn diese dem tatsächlichen Alter jeweils annähernd entsprechen würden, die C14-Verhältnisse der Atmosphäre mithin ausreichend stationär gewesen sind. Doch genau das steht schwer in Zweifel. Deshalb tragen Kalibrierkurven, die auf ›C14-Jahren‹ basieren, leider dazu bei, das Missverständnis über die Funktionsweise der ›C14-Uhr‹ aufrechtzuerhalten.

Literatur

Blöss, Christian / Niemitz, Hans-Ulrich (1998): »’Postglaziale’ Gletschervorstöße. Kritik der Altersbestimmungsmethoden für das Quartär III«; in ZS 10 (4) 568-585

– (²2000): C14-Crash. Das Ende der Illusion, mit Radiokarbonmethode und Dendrochronologie datieren zu können; Berlin (¹1997, Gräfelfing)

Kaiser, Klaus, Felix (1993): Beiträge zur Klimageschichte vom späten Hochglazial bis ins frühe Holozän, rekonstruiert mit Jahrringen und Molluskenschalen aus verschiedenen Vereisungsgebieten; Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft; Birmensdorf

Niemitz, Hans-Urich (1995): »Die ‘magic dates’ und ‘secret procedures’ der Dendrochronologie«; in ZS 7 (3) 291-314

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1 Hier und im Folgenden umschreiben wir das an sich relevante Verhältnis von C14- und C12-Konzentration der Einfachheit halber mit ›C14-Konzentration‹.

2 Download unter http://depts.washington.edu/qil/