Radiokarbondatierung Schalenweichtiere, Korallen und CaCO₃

Schalenweichtiere werden sehr oft zur Radiokohlenstoff Datierung an Beschleuniger Massenspektrometrie (Accelerator Mass Spectrometry – AMS) Laboratorien eingesandt. Ein großer Anteil der Schalenweichtiere, die zur C-14 Datierung an AMS Labors geschickt werden, sind Mollusken-Schalen.

Schalenweichtiere können nur schwer einer Radiokohlenstoff Datierung unterzogen werden; es gibt sehr viele Faktoren, die zu Unsicherheiten bei den Ergebnissen führen können. Der amerikanische physikalische Chemiker Willard Libby, ein Pionier auf dem Gebiet der Radiokohlenstoff Datierungstechnologie, prognostizierte, dass Schalenweichtiere die am wenigsten geeigneten Materialien für eine Radiokohlenstoff Datierung seien.

Schalenweichtiere können in drei Kategorien eingeteilt werden: im Meer vorkommend, in Mündungsgebieten vorkommend und in Flüssen vorkommend. Die Analysten in den AMS Labors müssen die Art des zu untersuchenden Schalenweichtiers kennen, um mögliche Verunreinigungen festzustellen und um Methoden zu
deren Entfernung bestimmen zu können.

Schalenweichtiere nehmen zur Schalenbildung Kohlenstoff aus der Biosphäre auf. Gemäß wissenschaftlicher Studien nehmen Schalenweichtiere organischen Kohlenstoff aus Meeres- oder Landpflanzen und anorganischem Kohlenstoff aus dem Meerwasser Bikarbonat, atmosphärischem Kohlendioxid oder Süßwasserkarbonaten auf.

Schalen werden durch die Einlagerung von Kalziumkarbonat Kristallen in eine organische Matrix gebildet. Dieses Protein nennt man Conchiolin. Dieses Protein macht nur einige wenige Prozent der Schale aus, daher wird für das Radiokohlenstoff Datierungsverfahren eine Probe des anorganischen Anteils benötigt.

Obwohl anorganisch, ist das Karbonat noch datierbar, da bei seinem Aufbau C-14 aus der Biosphäre aufgenommen wurde. Das in einer Schale enthaltende Karbonat besteht üblicherweise aus dem Mineral Aragonit, obwohl manche Schalen eine Mischung aus Aragonit und Kalzit sind, während andere, wie Austernschalen, zumeist aus Kalzit bestehen.

Die Verwendung der Karbonatkomponente des Schalenweichtiers führt zu Problemen, da die Substanz löslich ist und ein isotopischer oder chemischer Austausch mit der Umgebung möglich ist. Wenn ein Schalenweichtier Kohlenstoff mit Bodensäuren, die es umgeben austauscht, dann wird das C-14 Verhältnis der Schale (und damit das Radiokohlenstoff Alter) verändert. Dieser Kohlenstoff-Austausch beeinflusst in der Regel nur das Äußere des Schalenweichtiers.

Rekristallisierung hingegen kann auch die inneren Schichten eines Schalenweichtiers beeinflussen. Dieses Phänomen und die Umwandlung von Aragonit in Kalzit verändert ebenfalls das C-14 Verhältnis. Rekristallisierung erfolgt in der Regel, wenn das Schalenweichtier Kohlenstoff mit modernem Kalzit austauscht.

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Für die Radiokohlenstoff Datierung von Schalen sind zwei Quellen- oder Reservoireffekte wichtig – der Meereseffekt und der Wasserhärteeffekt. Wegen dieser Effekte müssen Alterskorrekturen und Evaluierungen an Radiokohlenstoff Datierungsergebnissen von Schalen vorgenommen werden.

Der Meereseffekt ist die Folge aus der langsamen Vermischung von Oberflächenwasser und Tiefenwasser der Meere. Der schnelle Austausch von Kohlenstoff zwischen der Atmosphäre und der Biosphäre über das Kohlendioxid geschieht auf genau die gleiche Weise, wie zwischen der Atmosphäre und den Ozeanen.

Das Kohlendioxid Gleichgewicht zwischen der Atmosphäre und dem Oberflächenwasser wird relativ schnell erreicht. Das Oberflächenwasser tauscht Kohlendioxid mit Tiefenwasser in einer so langsamen Rate aus, dass der C-14 Gehalt des vom Oberflächenwasser eingebrachten Kohlendioxids und das vom Tiefenwasser abgegebene Kohlendioxid sich schon in unterschiedlichen Stadien des Radiokohlenstoff Zerfalls befinden können. Studien zeigen, dass die Verweildauer von C-14 in der Atmosphäre zwischen 6 und 10 Jahre beträgt, die Verweildauer von C-14 in den Ozeanen aber Tausende von Jahren andauern kann.

Der Auftrieb des Tiefenwassers, der den Radiokohlenstoff Gehalt des Oberflächenwassers verdünnt, ist ein weiteres Phänomen. In bestimmten Bereichen auf dem Globus, insbesondere in der äquatorialen Region, bewegt sich Tiefenwasser nach oben. Dieses Phänomen ist vom Breitengrad abhängig und tritt als Folge der Passatwinde auf. Küstenform, örtliches Klima, Wind und die Topographie des Meeresbodens tragen auch zum Auftrieb von Tiefenwasser bei. Die langsame Vermischung und der Auftrieb von Tiefenwasser bedeuten, dass das Oberflächenwasser der Meere ein apparentes Radiokohlenstoff Alter relativ zur Atmosphäre aufweist.

Süßwasser Schalen sind nicht vom Meeresreservoir Effekt betroffen, aber anfällig für den Wasserhärte Effekt – das Vorhandensein von Kalziumionen, die sich aus dem Verfall von unendlich altem Kalziumkarbonat ergeben. Die Präsenz von Kalziumionen geht mit dem Abbau von C-14 einher, obwohl der Umfang des Wasserhärte Effektes nicht unmittelbar mit der Menge der Kalziumionen in Zusammenhang steht. Dieser Effekt hat zur Folge, dass die Datierungen von Proben älter ausfallen, als diese tatsächlich sind. Aufgrund der Einlagerung von älterem CaCO3, dass sich in Süßwasserquellen von Substanzen wie Kalkstein oder Mergel bildet, durch die sich Seen oder Ströme bewegen. Dies wird manchmal dadurch geprüft, indem lebenden Schalentiere aus dem gleichen Gebiet datiert werden, um ermitteln zu können, ob diese moderne oder ältere Ergebnisse produzieren. Abhängig von verschiedenen Faktoren kann dieser Einfluss wenige Jahrzehnte oder mehrere hundert Jahre ausmachen.

Der Wasserhärte Effekt kann auch Meeresschalen beeinflussen, die in Bereichen abgelagert waren, in denen es einen Zufluss von karbonatreichem Süßwasser, wie in Flussmündungen, gibt. Bodenschalen, wie Schneckenhäuser, werden ebenfalls vom Wasserhärte Effekt betroffen sein, wenn sich der Organismus auf karbonatreichen Gebieten, wie kalkhaltigen Böden, ernährt hat. Die AMS Laboranalysten müssen die Reservoir Effekte, die eine zu untersuchende Schalenprobe beeinflussen könnten, kennen, damit sie die Alterskorrektur ermitteln können. AMS Labore quantifizieren die Meerwasser und Wasserhärte Effekte durch die Annahme, dass es keine Veränderung im Radiokohlenstoff Gehalt gegeben hat und durch die Datierung von Schalen mit einem bekannten Alter derselben Art und derselben Örtlichkeit, die vor den Nuklearwaffentests in den 1950er und 1960er Jahren gesammelt wurden.

Der DeltaR / DeltaRErr Wert wird nur für marine Karbonate verwendet.

Abhängig vom Alter der marinen Karbonate, wird für alle marinen Karbonate automatisch eine Korrektur von -200 bis -500 Jahre (z.B. globale Meeresreservoir Korrektur) vorgenommen. Diese automatische Korrektur bedeutet, dass das Radiokohlenstoff Alter zeitlich verjüngt wird, da es aktuell 200-500 Jahre dauert, bis das in der Atmosphäre vorhandene Kohlendioxid von den Wasserschichten der Ozeane aufgenommen und verteilt (ausgeglichen) wird.

Eine DeltaR / DeltaRErr Korrektur wird für eine Probe angewendet, die schon mit der globalen Meeresreservoir Korrektur berichtigt wurde. Der Wert, der vom Kunden zur Verfügung gestellt wird, wird von diesem schon berichtigten Alter subtrahiert oder addiert. Hinweis: Ein negativer DeltaR Wert macht die Datierung älter (vorausgesetzt Süßwasser Verdünnung basierend auf dem globalen Meeresdurchschnitt).

Die örtliche Umgebung eines Kohlenstoff assimilierenden Organismus ist einer der Faktoren, der vor der Beschleuniger Massenspektrometrie Radiokohlenstoff Datierung einer Probe beachtet werden muss. Die AMS Labor Analysten müssen erfahren, welchen potentiellen Kontaminationsquellen Schalenproben ausgesetzt gewesen sein konnten.

Jede Kohlenstoff enthaltende Substanz, die durch den Kontakt den C-14 Gehalt einer Schalenprobe verändern kann, wird als Kontaminant betrachtet. Dies bedeutet, dass Kalziumkarbonat, humitisches Material und Bodenkohlendioxid mögliche Verunreiniger sind. Die stärksten Verunreiniger von Schalenproben für eine Radiokohlenstoff Datierung sind diejenigen, die durch einen Isotopenaustausch oder eine Rekristallisierung verursacht wurden.

AMS Labors nehmen vor der C-14 Datierung Vorbehandlungen vor, um alle möglichen Verunreiniger, die zu ungenauen Ergebnissen führen können, zu entfernen.

Säureätzung, Beschallung in Alkali oder keine Vorbehandlung.

Wenn ausreichend Material vorliegt, entfernt das Labor im Rahmen der Säureätzung normalerweise den äußeren Teil des Schalenweichtiers, um potentielle sekundäre Karbonate zu eliminieren. Bitte beachten Sie dies bei der Auswahl Ihrer Proben. Generell sichert eine größere Probenmenge die Qualität der Ergebnisse.

Die physikalische Vorbehandlung von Schalen vor der Kohlenstoffdatierung beinhaltet die Entfernung aller sichtbaren Verunreinigungen der Schalen, ohne Chemikalien zu verwenden oder die Größe der Probe zu reduzieren.

Die äußere Schicht der Schale wird mit einem Bohrer oder Karbor und Papier entfernt, um das Aragonit – das Analyt für die AMS Radiokohlenstoff Datierung – zu isolieren. Kalzit, das rekristallisiert ist und daher eine Verunreinigung ist, ist weiß und kalkartig und kann leicht durch Bohren entfernt werden.

Die AMS Labormitarbeiter zerkleinern in einem Mörser die Schalenproben mit einem Stößel, um die Oberfläche vor den weiteren Vorbehandlungen zu vergrößern.

Die von AMS Labors angewendete chemische Vorbehandlung besteht aus dem Waschen der Schalen mit Dünnsäure, allgemein Salzsäure (HCl), um einen Teil der äußeren Schale und die Kalzitkomponenten zu entfernen.

Wenn Sie sehr kleine Schalenweichtiere einsenden, können wir eventuell keine oder nur geringfügige Säurevorbehandlungen vornehmen. Falls Material der Probe anhaftet oder Aushöhlungen vorliegen, wird eine Beschallung durchgeführt.