Willard Libby (1971) - Radiocarbon Dating and Calibration with Tree Rings and Lake Sediments

Mrs Libby is a physicist. That explains my presence. I want to speak about the most recent developments in radiocarbon dating, emphasising our hopes for the future perfection of this method of determining the lapse of time in archaeological and historical sites. The method of radiocarbon dating derives from the production of radiocarbon in the atmosphere by cosmic rays. As Professor Hofstadter showed you, these high energy particles viciously disintegrate the atmosphere producing neutrons which are nearly quantitatively converted to radiocarbon by the nitrogen of the atmosphere. So on the average we have produced about two carbon-14 atoms per second for each square centimetre over the earth’s surface. And as time passes, this accumulates and the radiocarbon so produced burns in the air to form carbondioxide, radioactive carbondioxide. Which of course is mixed with the carbondioxide of the normal type and therefore finds its way into the life cycle, since all living matter is derived either directly or indirectly from atmospheric carbondioxide. That is the plants grow by the process of photosynthesis from the atmosphere. So we have built into our substance, and all living things have built into their substance a natural clock, set to be triggered at the moment of death. For throughout the lifetime we constitute a small but I hope very significant part of a giant system which is continually mixed by the processes of synthesis, photosynthesis and decay after death, but mainly by the winds and ocean currents. So that we have a fixed concentration of radiocarbon. With the decaying atoms being replaced by the radiocarbon contained in the food. So at the instance of death, when the supply of replacement, that is the eating of food stops, the supply of radiocarbon proceeds to decrease according to the law of radioactive decay with a half period of 5,730 years. So we do radiocarbon dating by taking long dead organic matter which once was part of a living system, such as hair from a body, such as charcoal from an ancient camp fire, such as material in woven fabrics, anything which was once part of a living system can be used to determine the lapse of time since death, that is called the radiocarbon age. Now, the principle, simple as it is, rests on several basic assumptions. The first of these is that all living matter has always had the same concentration of radiocarbon. For we do assume, when we take a piece of linen, say from a first dynasty tomb in Egypt, and find that it has about 60% of the radiocarbon that modern tissue, modern living matter has, we calculate its age to be say 4,800 years. We calculate it on the assumption that when that flax was grown, when that linen was young, it would have had the same concentration of radiocarbon that modern living matter has. In other words, a basic assumption is that life has always had the same concentration of radiocarbon. That rests on two further assumptions, namely that the cosmic ray intensity has not changed and that the volume of carbon in mixing equilibrium with the atmospheric CO2 has not changed. Of course the concentration is determined by the total amount of radiocarbon and the amount of carbon with which it is mixed. The concentration which living matter has corresponds to about 15 disintegrations per minute, per gram of carbon in the lifecycle. Or more importantly in the sea salts because in total amount the carbon contained dissolved in the ocean, in non living form is about 95 or 96% of the total diluting reservoir. So we must first say, ask the question, have the oceans changed in volume? Since the ocean is the main part of the diluting reservoir and assuming that the compositions of the ocean has not changed in the lifetime of radiocarbon or in a few lifetimes of radiocarbon, our first question is whether the volume of the ocean has changed. Now, we know that it hasn’t, and even if it had changed we would probably not appreciably affect the carbon in the reservoir but merely concentrate the salts to some degree. However, since the ocean is close to being saturated with respect to calcium carbonate formation, we must study whether the volume of the ocean has changed. Now, we have a way of doing this, if I may have the first slide, I’ll show you the evidence. Dr. Dansgaard from Copenhagen has carefully studied ice cores from Greenland, going back as far as an estimated 87,000 years. And he has measured the O18 concentration of these samples of ice. Now, to a first approximation, as ice is formed, the water which of course came by evaporating from the ocean, is depleted in the heavy oxygen isotope. So beginning over here at the present, at this concentration we have a constant O18 concentration back to about 10,000 or 12,000 years. Then we have a drop off which corresponds to the formation of the last ice sheets. And this drop off gives us a measure of the extent to which the volume of the ocean has changed. We see incidentally that the ice lasted approximately 15,000 years and there was a considerable period before it went back to the present normal state. So from this we know that the volume of the ocean has been constant over the last 40,000, 50,000 years to about 1% or 1½%. So our basic assumption that the reservoir has been constant is probably sound. However the proof of the matter lies in the testing of the accuracy of the dates. About 10 years after we began systematically measuring radiocarbon dates, we began to observe that the dates about 3,000 years before the present were looking a little young. And when we got back to the first dynasty’s of Egypt, it seemed that either the Egyptian historians were wrong or radiocarbon was giving an erroneously young date. The difference being some several centuries. That is we were finding for the first dynasty of Egypt about 4,300 years, whereas the historians expected something more like 4,800 years. We read a lot of Egyptian history then and when you do go into the evidence the historians have used, it does not inspire you with great confidence. So we were not at all certain that we had evidence of cosmic ray variation in this discrepancy. So we turned to the use of another method of checking and that is the tree ring technique. It is a remarkable fact that the wood in a large tree is dead, chemically dead, and is unable to interact with the sap, even though it’s continuously in contact with it, after it’s once ceased to be part of the living system of the tree. The other several rings may have some contact with the life bearing sap, but as far as we can tell from the radiocarbon datings of the inner parts of large trees, they are dead within a few years of being themselves part of the outer ring. Thus when we take a large redwood tree, among the first tests we ever used for calibrating the radiocarbon dating technique, was a very large redwood tree which had nearly 3,000 rings in it. And we took borings through the tree and using about 10 years, no, the first measurements were made on about 100 year slice, because our error of counting and measuring the radiocarbon was at least 100 years. We found an agreement between the radiocarbon age and the number of tree rings. Now, this has never ceased to amaze me, as a chemist, but it gave us great confidence in another assumption we had to make in developing the radiocarbon dating method, namely that we could do our laundry well, we could clean up. We could wash and purify, say charcoal that had been lying in the ground for 10,000 years, and we could remove the contaminating humic acids and other carbonaceous dirt that might have accumulated. But returning to the tree ring, this early result had left us with the impression that if worse came to worse we could use tree ring samples themselves for checking the radiocarbon dating method. So mainly due to the efforts of Dr. Paul Damon of the University of Arizona, early measurements were made on trees which had been dated by the tree ring method. And these dates, even though they stopped at something like 3,000 or 4,000 years themselves, did show a tendency for the older dates to be a few centuries too young. May I have the next slide, please? I’m afraid this is not visible, maybe you can see a little of it. On the one side here is the radiocarbon date and on the other side is the tree ring date and if they were in perfect agreement, the data would fall right on this horizontal line. Back here at about 1,000 BC, they begin to move up. Next slide, please. These data due largely to the work of Professor Hans Suess at La Jolla, show the results from the most ancient living tree, the bristlecone pine tree. These wonderful trees grow in only one place on earth, namely the south western United States. They live to be about 4,000 or 5,000 years old. They’re a scraggly stunted looking little tree with great ability to survive. These materials are invaluable for our problem of testing the method of radiocarbon dating. For by using various pieces of wood, which are found lying on the forest bed, it has been possible to constitute a dendrochronological scale which goes back to something like 8,000 years. This remarkable piece of work was done by Wes Ferguson of the Douglas tree ring laboratory at the university of Arizona and Dr. Suess measured the radiocarbon content. Now you will see, beginning at the present time and going backward in time, we have some small wiggles and deviations which Dr. Suess believes are beyond experimental air, and I believe it’s true also, for we have used these wiggles, as we call them, of Dr. Suess’s, for checking some very accurately known materials, namely some of the English manor houses and French chateau and we do find that the historical records agree far better with the radiocarbon date after the radiocarbon dates have been corrected with the Suess wiggles. These wiggles continue throughout the whole record but at about 2,000 years ago there’s a general drift towards radiocarbon dates being younger, the radiocarbon dates are given above and the tree ring dates below. Next slide, please. This deviation continues, the deviation amounting, say at 5,000 years ago, by the way this is the 4,800 year point and if we use this correction to our 4,300 year date for radiocarbon, we get the answer, the classical Egyptian historians had given us the whole while. In other words, they are right. They’ve been, I must say, pleased to learn that. But these wiggles are superimposed on a massive general trend which apparently continues back to at least 6,000 years. Now, we have some additional methods of checking. In the radiocarbon content of lake sediments. The next slide, please. We have here the data of Dr. Minze Stuiver of the University of Washington who studied a sedimentary lake, the sediment in a lake which he’s measured in terms of ash content, pollen grains, total organic matter and then the radiocarbon ages. Now, the radiocarbon ages are given here and what he calls the true ages, in terms of the thickness of sediment, as derived from the younger layers, would be here. And as you see, the radiocarbon ages are too young again. But the interesting part about this is that Minze Stuiver would say and does say that at about 10,000 or 11,000 years ago we’re back on the beam. And therefore apparently there was a period of time beginning at about 3,000 years ago and backward in time, or I should say the other way around, beginning about 10,000 years ago and up until about 3,000 years ago, the cosmic rays were extra intense. There was an augmentation of their intensity as compared to what it is today and what it was at the time of the last ice sheet some 12,000 years ago. That’s all for the slide, please. We have some 30,000 radiocarbon dates and in most cases the archaeologists and historians and the geologists are not so extremely concerned about the dates being translatable into accurate calendar dates. But in enough cases, namely the historians, there is a deep interest and concern in the accuracy that we feel it is a very important task that we have to press the calibration curve. There’s another aspect to it, too, and that is that the cause or the variation of the cosmic ray intensity has considerable scientific interest. What is it that made the cosmic rays become, what was it that made the cosmic rays become more intense, beginning about 10,000 years ago. What made them go back to their present lower level. The fluctuations I’m talking about here amount to a few percent. It was by a few percent that the cosmic rays increased, beginning about 10,000 years ago. Though I must say that the question of whether they were at the present level prior to that time is still not definitely answered. In addition to the curves and data I showed on the slides, there is work in Sweden with the lake sediments up there, the beautiful work of the Baron De Geer on the so called Swedish varves, that we are able to correlate the varve dates with the radiocarbon dates, though the varves themselves contain too little carbon for a dating. We occasionally find material embedded in the lake sediments and we’re able to date those. And doctor Tauber of Copenhagen has done considerable work on the varve dating, correlating it with radiocarbon and he, as well as Dr. Stuiver, finds that the radiocarbon is back on the present curve at about 10,000 years ago. So we have some confidence saying in the deduction something made the cosmic rays increase in intensity beginning about 10,000 years ago. And that something ceased to exist about 3,000 years ago, plus or minus perhaps 1,000 years. When we send an instrument such as the one Professor Hofstadter spoke to us about, up in a rocket, we see a 4-fold increase in the cosmic ray intensity. Now, half of that is due to just geometry because when you’re on the surface of the earth, you have only 2 pi steradians from which you can receive cosmic rays. When you get away from the earth, you have 4 pi in this factor of 2. But the other factor of 2 is due to the earth’s magnetic field, cosmic rays are charged, and as Professor Hofstadter said, you can bend charged particles and that’s the way they determine the energy in the Stanford laboratory. But the bending of the incoming cosmic rays causes about half of them to escape the earth and just go back out again. So we have a factor of 2 that is, if we turned off the earth’s magnetic field right now, the cosmic ray bombardment intensity and therefore the radiocarbon production rate would double. So about 15 years ago Dr. Elsasser and collaborators suggested that we should look carefully for deviations in the radiocarbon curve of just the sort that we have seen, has actually been found. He didn’t predict which way it would be but he gave a formula for it and suggested that if the earth’s magnetic field had varied we would see it in the discrepancy between the radiocarbon ages and the historical ages. Well, we found such a discrepancy. In the directions we would have said, if the Elsasser theory is correct, the earth’s magnetic field was weakened beginning about 10,000 years ago and then it recovered about 3,000 years ago and we can even say how much, a few percent. Now, we know from magnetic records that the earth’s field has changed in direction in historical times. The navigational charts show this, the earth’s pole wanders. Now, however, such a wandering in direction will not in any way effect the radiocarbon age, because we know that even though the cosmic rays vary strongly with intensity over the earth’s surface, the mixing is so rapid that a tree grown on the equator has exactly, well, within our experimental area, namely a percent or so, the same radiocarbon concentration as a tree say in the Yukon. Well, we made this measurement many times, going all over the earth and all living matter has the same concentration to within a percent. So the mixing is very rapid. So it isn’t enough to turn the north pole and south pole on to the equator, what you’ve got to do is change the total strength, the strength of the total magnetic field. If you do that and you weaken that, then the cosmic rays will come in and your radiocarbon ages will get too young. By the way, at the present time we are about twice the primeval level, due to the atomic explosions in the atmosphere. Archaeologists who dig us up are going to be very surprised at the radiocarbon age we show. But assuming such perturbations were not possible in past times, there were no hydrogen bombs 10,000 years ago, it must have been the earth’s field, magnetic field weakened. Now, of course we do not know much about the origin of the earth’s field and so perhaps anything is reasonable. Or it’s interesting that from the study of history we can say that the earth’s field weakened in these ancient times. And so we see a bringing together of the disciplines here in an interesting way. Now, we’ll look at Suess’s wiggles, the general trend we’ll call Elsasser, the wiggles we’ll call Suess. Now, the general trend we can easily imagine is due to a gradual weakening and then a recovery of the earth’s field. But the wiggles presumably are due to something else. Suess suggests and I agree, though I don’t think either of us would say it’s proven, that the wiggles are due to the sun. The sun continually gives off a plasma vapour which proceeds to flow outward from it. This plasma wind, called the solar wind, has in it totally ionised matter and in the clumps of plasma which fly outward are entrained, rather substantial magnetic fields. And these magnetic fields will scatter cosmic rays. Now, the main part of the cosmic rays are coming from outside the solar system. So as the solar wind blows outward from the sun, it’s continually pushing back and scattering back the incoming cosmic rays. And we think the wiggles are due to variation in the intensity of the solar wind in past times. Suess goes so far, and I think it's interesting speculation, to say that correlates with the weather, when the solar wind is strong, the sun is hot or cold - I forget which, I think it’s hot – and when the solar wind is weak, the opposite is true and he’s gone back looking at the historical weather records and finds a fairly convincing correlation between his wiggles and the mean temperatures. This is probably too speculative to pursue much further but in any case it offers an opportunity for future research. Much more can be done to establish the history of the weather, there’s a Professor Lamb at Oxford who is the world’s great authority on the history of the weather and I’ve talked with him at some length about it and he thinks much more can be done. And if the Suess theory is correct we’ll be able to get a figure for the variation of the solar constant in past time or may be able to get from a study of the radiocarbon correction curve. However the establishment of accurate historical records will reside entirely on our being able to correct the radiocarbon curve. Most places on earth there are no written records beyond 2,000 years ago. The only written records in the world are the Egyptians and 1 or 2 other Asia minor societies, there are no written records in any of the Americas beyond the Mayan. And in middle Europe and throughout all of the world, except for the middle east, there are no written records of any substance. All we have in terms of past history relies on our doing something about these corrections. Now, radiocarbon mixes rapidly, therefore, if we can carry the Ferguson-Suess work back in this one forest in the white mountains of the southern Sierra Nevada, we’ve got the whole thing. We have the whole thing if we can just carry them back in that one place, namely the Schulman forest grove in the southern Sierra Nevada. Now, let me tell you about this. This little laboratory in the university of Arizona, the only place in the world, this bristlecone pine work is done. The bristlecone pine doesn’t live any place else. The requirements are that it lives at an altitude of something over 3,000 metres and then it will live fine and it may live as long as 5,000 years. We found one tree down there that was 4,200 years old when unfortunately a graduate student sawed it down. He was supposed to bring home a core, you know, they take a core to go through and then they bring that back and count the rings and saving the tree. But for one or another reason he misunderstood and he sawed this tree down and brought back a slab, a whole section. I have part of that on my desk, 4,200 years old when that tree was cut down. But, more importantly, lying on the ground in this forest are trees which died 5,000 years ago, which themselves were 4,000 years old when they died. So the technique is to take these ancient pieces of what looks like driftwood lying on the forest floor, take it to our radiocarbon dating lab, we make a date of it and that gives them the guideline as to where to start matching. Then they look at the fine structure of the tree rings. And they match the fine structure that is one year will be thicker, the next year will be thinner, it will vary widely from year to year, that's attractive feature of this marvellous tree, is that it has a great deal of variation from year to year in the thickness of the rings. And so, from this single bed, a single forest stand of trees, they build up a structure for the variation from year to year by overlapping the rings, they can extend the chronology back beyond the time of the oldest living tree now, which is about 5,000 years. And in this way, Ferguson and Suess have pushed the bristlecone pine back to 8,000 years. We hope that we can push it back to 9,200 years, because Mrs. Ferguson about 2 years ago, when they were up there, said there’s a pretty piece, let’s take it back and we radiocarbon dated that at 9,200 years in its oldest part. Now, we have to find another log which will be 8,000 years old on the inner part and 9,000 years old and so we can go back to 10,000 years hopefully in this way. But all of quantitative human history depends on keeping the fact that the bristlecone pine is the most valuable historical research object in the world, secret. We must keep it secret, we must not let people come and use it for firewood or take it home and put it on their mantles. We have decided however that the best way to keep it secret is to act as though it was unimportant. So there is a new road into the Schulman forest, but we have an unusually attentive set of forest rangers around there. and we have not put a fence and a padlock on it. We had thought to have a big project where we go to gather all of the pieces of drift wood or fallen wood, and put them in the warehouse, we’ve even decided against that because it’s a pretty large job and seemed thoroughly beyond our budget. I guess you know that radiocarbon dating is not an extremely richly financed field of research, nothing like the field of space physics and high energy physics. Well, I wanted to tell you this, if any of you can think of any other ways of calibrating radiocarbon dates beyond 10,000 years or even back to 10,000 years, we would certainly appreciate knowing about them. Thank you very much.

Mrs Libby ist Physikerin. Das erklärt, warum ich hier bin. Ich möchte über die neuesten Entwicklungen in der Datierung mit Hilfe der Radiokarbonmethode sprechen und dabei die Hoffnung zu Ausdruck bringen, dass diese Methode der Altersbestimmung an archäologischen und historischen Fundstätten in Zukunft perfektioniert werden kann. Die Methode der Radiokarbondatierung basiert darauf, dass durch die kosmische Strahlung in der Atmosphäre radioaktiver Kohlenstoff entsteht. Wie Ihnen Professor Hofstädter gezeigt hat, führen diese Hochenergieteilchen zur Zersetzung der Atmosphäre. Sie erzeugen Neutronen, die durch den Stickstoff der Atmosphäre fast im Verhältnis von 1:1 in radioaktiven Kohlenstoff umgewandelt werden. Durchschnittlich werden pro Sekunde und Quadratzentimeter der Erdoberfläche etwa zwei Kohlenstoff-14-Atome erzeugt, und im Laufe der Zeit kommt es zu einer Akkumulation. Der auf diese Weise erzeugte radioaktive Kohlenstoff verbrennt in der Luft zu Kohlendioxid, radioaktivem Kohlendioxid, das sich natürlich mit dem normalen Kohlendioxid vermischt und auf diese Weise in den Kreislauf des Lebens gelangt, da alle lebende Materie entweder direkt oder indirekt vom Kohlendioxid der Atmosphäre abstammt, d.h. vom Pflanzenwachstum durch die Photosynthese, die das Kohlendioxid der Atmosphäre verwendet. Auf diese Weise ist in unsere Substanz, in die Substanz aller Lebewesen, eine natürliche Uhr eingebaut, die zum Zeitpunkt des Todes zu laufen beginnt. Denn während unseres Lebens bilden wir einen sehr kleinen – doch wie ich hoffe – sehr bedeutsamen Teil eines riesigen Systems, das ständig durch die Prozesse der Photosynthese gemischt wird, durch die Photosynthese und den Zerfall nach dem Tod, doch hauptsächlich durch die Winde und die Meeresströmungen, sodass wir eine konstante Konzentration von radioaktivem Kohlenstoff haben, wobei die zerfallenden Atome durch den radioaktiven Kohlenstoff ersetzt werden, der in der Nahrung enthalten ist. Ab dem Augenblick des Todes, wenn die Lieferung des Nachschubs, den die Nahrungsaufnahme darstellt, aufhört, nimmt die Konzentration von radioaktivem Kohlenstoff nach dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls mit einer Halbwertzeit von 5.730 Jahren ab. Die Radiokarbondatierung erfolgt also dadurch, dass wir seit langem tote, organische Materie untersuchen, die einmal Teil eines lebenden Systems war: etwa die Haare einer Leiche, die Holzkohle einer uralten Feuerstelle, das Material in einem gewebten Stoff – alles, was ehemals Teil eines lebenden Systems war, kann dazu verwendet werden, die seit dem Tod des Organismus verstrichene Zeit zu bestimmen, die man als das mit der C14-Methode berechnete Alter bezeichnet. Nun, im Prinzip ist dies sehr einfach, da es auf mehreren Grundannahmen basiert. Die erste von ihnen besteht darin, dass alle lebende Materie immer dieselbe Konzentration von radioaktivem Kohlenstoff gehabt hat. Denn wir gehen davon aus, wenn wir ein Stück Leinen untersuchen – sagen wir aus einem Grab der ersten ägyptischem Dynastie – und feststellen, dass es 60 Prozent des radioaktiven Kohlenstoffs enthält, der sich in gegenwärtig lebender Materie findet, dass sich sein Alter auf sagen wir 4.800 Jahre berechnen lässt. Wir berechnen das Alter unter der Voraussetzung, dass das Flachs, als es gewachsen ist, als das Linnen frisch gewebt war, dieselbe Konzentration von radioaktivem Kohlenstoff enthielt, der sich in lebender Materie der Gegenwart findet. Mit anderen Worten: Es ist eine grundsätzliche Annahme, dass lebende Materie stets die gleiche Konzentration von radioaktivem Kohlenstoff enthält. Diese Annahme beruht selbst auf zwei weiteren Annahmen, d.h.: dass die Intensität der kosmischen Strahlung sich nicht geändert hat und dass sich der Anteil des Kohlenstoffs im Mischungsgleichgewicht mit dem CO2 der Atmosphäre nicht geändert hat. Die Konzentration hängt natürlich vom Gesamtumfang des radioaktiven Kohlenstoffs und der Menge des Kohlenstoffs ab, mit dem er vermischt ist. Die C14-Konzentration lebender Materie entspricht einem Zerfall von 15 Atomen pro Minute und Gramm des Kohlenstoffs im Lebenszyklus. Oder noch wichtiger: in den Salzen der Meere, denn die Gesamtmenge des in den Meeren in gelöster Form enthaltenen Kohlenstoffs, in nicht lebender Form, entspricht etwa 95 % oder 96 % des zur Lösung vorhandenen Gesamtreservoirs. Wir müssen also sagen, die Frage stellen: Hat sich das Volumen der Meere geändert? Da das Meer der Hauptteil des Lösungsreservoirs ist und wir davon ausgehen, dass sich die Zusammensetzung des Meeres in der Lebenszeit des radioaktiven Kohlenstoffs oder in ein paar Lebenszeiten von radioaktivem Kohlenstoff nicht geändert hat, lautet unsere erste Frage, ob sich das Volumen der Meere geändert. Nun, wir wissen, dass es sich nicht geändert hat, und selbst wenn es sich geändert hätte, würde dies wahrscheinlich keine nennenswerte Auswirkung auf den Kohlenstoff in diesem Reservoir haben, sondern lediglich bis zu einem gewissen Grad auf die Konzentration der Salze. Da die Ozeane jedoch bezüglich der Kalziumkarbonatbildung fast gesättigt sind, müssen wir untersuchen, ob sich das Volumen der Ozeane geändert hat. Nun, wir verfügen über eine Methode, dies zu untersuchen. Wenn ich bitte das erste Dia haben könnte, zeige ich Ihnen die Belege hierfür. Dr. Dansgaard aus Kopenhagen hat Eiskerne aus Grönland genauestens untersucht, wobei er bis zu etwa 87.000 Jahre in die Vergangenheit zurückgegangen ist. Er hat die O18-Konzentration dieser Eisproben analysiert. In einer ersten Näherung lässt sich feststellen, dass das Eis, da es aus von den Meeren verdunstetem Wasser entstand, sehr wenig Isotope mit schwerem Sauerstoff enthält. Wenn wir also hier in der Gegenwart anfangen, mit dieser Konzentration, haben wir bis in die Zeit vor 10.000 oder 12.000 Jahren eine konstante O18-Konzentration. Dann kommt es zu einem Absinken der Konzentration, dem zeitlich die Entstehung der letzten Eisschilde korrespondiert. Und dieses Absinken gibt uns ein Maß dafür, in welchem Umfang sich das Volumen der Meere geändert hat. Nebenbei bemerkt, können wir erkennen, dass die Eiszeit etwa 15.000 Jahre dauerte und dass es ziemlich lange dauerte, bevor der Wert wieder zur gegenwärtigen, normalen Höhe zurückkehrte. Aufgrund dieser Analysen wissen wir, dass das Volumen der Meere über die letzten 40.000 oder 50.000 Jahre nur um 1 % oder 1,5 % schwankte. Unsere Grundannahme, dass der Umfang des Reservoirs konstant gewesen ist, trifft wahrscheinlich zu. Der Beweis der Angelegenheit besteht jedoch im Testen der Genauigkeit der Daten. Etwa 10 Jahre nach dem Beginn systematischer Altersmessungen mit der Radiokarbondatierung begannen wir festzustellen, dass Daten von vor etwa 3.000 Jahren ein wenig zu jung aussahen. Und als wir zur ersten Dynastie Ägyptens zurückkehrten, schien es, als ob sich entweder die ägyptischen Historiker geirrt hatten, oder die Radiokarbonmethode fälschlicherweise ein zu junges Datum lieferte. Der Unterschied betrug mehrere Jahrhunderte, d. h. für die erste ägyptische Dynastie fanden wir ein Alter von etwa 4.300 Jahren, während die Historiker eher ein Alter von 4.800 Jahren erwarteten. Wir lasen dann sehr viel ägyptische Geschichte, und wenn man sich die Belege anschaut, auf die sich die Historiker gestützt hatten, so sind sie nicht sonderlich vertrauenserweckend. Wir waren uns daher alles andere als sicher, dass diese Diskrepanz eine Variation in der kosmischen Strahlung bewies. Also wendeten wir uns einer alternativen Methode der Überprüfung zu, und zwar der Dendrochronologie. Es ist eine bemerkenswerte Tatsache, dass das Holz in einem großen Baum tot ist, chemisch tot. Es kann, sobald es nicht mehr Teil des lebenden Systems des Baumes ist, mit dem Saft des Baumes nicht mehr in Wechselwirkung treten, obwohl es ständig mit ihm in Kontakt ist. Die anderen Ringe mögen zwar mit dem lebendigen Saft des Baumes einen gewissen Kontakt haben, doch so viel wir nach den Radiokarbondatierungen des Inneren großer Bäume sagen können, sind sie innerhalb einiger Jahre, in denen sie Teil des äußeren Baumrings gewesen sind, tot. Wenn wir beispielsweise einen sehr großen Mammutbaum nehmen – ein Mammutbaum war der erste Baum, den wir zur Kalibrierung der Technik der Radiokarbondatierung verwendeten. Es war ein sehr großer Baum, in dessen Innerem sich fast 3.000 Jahresringe befanden. Wir entnahmen dem Baum Bohrkerne und verwendeten etwa 10 Jahre, nein, die ersten Messungen nahmen wir an einem etwa 100 Jahre alten Stück vor, denn unser Fehler bei der Zählung und Messung des radioaktiven Kohlenstoffs betrug mindestens 100 Jahre. Wir stellten eine Übereinstimmung zwischen dem nach der C14-Methode und dem anhand der Jahresringe bestimmten Alter fest. Diese Tatsache hat nie aufgehört mich als Chemiker zu faszinieren, doch sie gab uns ein großes Vertrauen in eine andere Voraussetzung, die wir bei der Entwicklung der Radiokarbondatierung machen mussten, nämlich dass wir gut waschen konnten, dass wir unsere Proben waschen konnten. Wir konnten zum Beispiel Holzkohle, die 10.000 Jahre lang im Boden gelegen hatte, waschen und reinigen, und wir konnten die sie verunreinigenden Humussäuren und anderen kohlenstoffhaltigen Schmutz, der sich angesammelt haben konnten, entfernen. Doch um auf die Dendrochronologie zurückzukommen: Dieses frühe Ergebnis hinterließ bei uns den Eindruck, dass wir schlimmstenfalls Proben von Jahresringen verwenden konnten, um die Methode der Radiokarbondatierung zu überprüfen. Hauptsächlich aufgrund von Bemühungen von Dr. Paul Damon von der Universität von Arizona wurden frühe Messungen an Bäumen vorgenommen, deren Alter mit Hilfe der Dendrochronologie bestimmt worden war. Und diese Daten – obwohl sie nur bis zu einem Alter von 3.000 oder 4.000 Jahren zurückreichten – zeigten die Tendenz, dass die älteren Daten um ein paar Jahrhunderte zu jung angegeben wurden. Könnte ich bitte das nächste Dia haben? Ich fürchte, dies ist nicht sichtbar. Vielleicht können Sie ein wenig davon erkennen. Auf der einen Seite befindet sich das mit der Radiokarbonmethode bestimmte Alter und auf der anderen das dendrochronologische Alter, und wenn sie völlig übereinstimmten, würden die Daten genau auf dieser waagerechten Linie liegen. Hier hinten, in der Zeit um etwa 1000 vor Christus, beginnen die Daten anzusteigen. Das nächste Dia bitte. Diese Daten, die größtenteils auf die Arbeit von Professor Hans Suess in La Jolla zurückgehen, zeigen die Ergebnisse für den ältesten lebenden Baum, die Borstenkiefer. Diese wunderbaren Bäume wachsen nur in einer einzigen Region der Welt, im Südwesten der Vereinigten Staaten. Sie werden 4.000 oder 5.000 Jahre alt. Es sind kleine, raue und verkümmert aussehende Bäume mit einer großen Fähigkeit zu überleben. Diese Materialien sind für unser Problem, die Methode der Radiokarbondatierung zu testen, von unschätzbarer Bedeutung. Denn anhand von verschiedenen Holzstücken, die man auf dem Waldboden gefunden hat, war es möglich, eine dendrochronologische Skala zu erstellen, die etwa 8.000 Jahre zurückreicht. Diese bemerkenswerte Arbeit wurde von Wes Ferguson vom Douglas-Baumringlabor an der Universität von Arizona geleistet, und Dr. Suess bestimmte den Anteil an radioaktivem Kohlenstoff. Sie sehen, dass wir hier – beginnend in der Gegenwart und in die Vergangenheit zurückgehend – einige kleine Abweichungen haben, von denen Dr. Suess annimmt, dass es sich dabei um mehr als experimentelle Abweichungen handelt, und auch ich bin dieser Meinung. Denn wir haben diese Dr. Suess-„Schlängel“, wie wir sie nennen, dazu verwendet einige Materialien zu überprüfen, deren Alter wir genau kennen, nämlich Materialien aus englischen Herrenhäusern und französischen Schlössern, und wir stellten fest, dass die historischen Aufzeichnungen wesentlich genauer mit dem durch die Radiokarbonmethode ermittelten Daten übereinstimmen, wenn diese Daten anhand der „Suess-Schlängel“ korrigiert wurden. Diese Abweichungen setzen sich durch sämtliche Daten der Vergangenheit fort, doch vor etwa 2.000 Jahren zeigt sich generell die Tendenz, dass die mit der Radiokarbonmethode ermittelten Daten ein zu geringes Alter anzeigen. Die Radiokarbondaten sind oben und die dendrochronologischen Daten darunter angegeben. Das nächste Dia bitte. Diese Abweichung setzt sich fort. Sie beläuft sich, sagen wir vor 5.000 Jahren (dies ist, nebenbei bemerkt, der Punkt des Jahres 4.800) und wenn wir diese Korrektur auf das mit der Radiokarbonmethode errechnete Alter von 4.300 Jahren anwenden, erhalten wir die Antwort, die uns die Historiker des klassischen Ägypten schon immer gegeben haben. Mit anderen Worten: Sie haben Recht. Sie haben sich, das muss ich sagen, gefreut, das zu erfahren. Doch diese „Schlängel“ überlagern eine massive allgemeine Tendenz, die sich scheinbar mindestens bis in die Zeit von vor 6.000 Jahren fortsetzt. Nun, es gibt noch weitere Methoden der Überprüfung: die Untersuchung des radioaktiven Kohlenstoffanteils in den Sedimenten von Seen. Das nächste Dia bitte. Wir haben hier die Daten von Dr. Minze Stuiver von der Universität Washington, der die Sedimentablagerungen am Boden eines Sees untersucht hat. Er untersuchte das Sediment auf seine Anteile von Asche, Pollenkörnern sowie der Gesamtmenge der organischen Materie und bestimmte dann deren Alter mit der Radiokarbonmethode. Nun, die mit der Radiokarbonmethode ermittelten Altersangaben werden hier angezeigt, und was er als die wahren Altersangaben bezeichnet, die auf der Dicke der Sedimentschichten beruhen und aus jüngeren Schichten abgeleitet sind, wird hier wiedergegeben. Wie Sie sehen, geben die C14-Daten wieder ein zu geringes Alter an. Das Interessante hieran ist, dass Minze Stuiver sagen würde, und auch sagt, dass diese Abweichung vor 10.000 oder 11.000 Jahren aufhört. Daher gab es scheinbar einen Zeitraum, der vor etwa 3.000 Jahren begann und in die Vergangenheit reicht, oder ich sollte es anders herum sagen: der vor 10.000 Jahren begann und bis in die Zeit vor 3.000 Jahren reichte, in der die kosmische Strahlung besonders intensiv war. Ihre Intensität war im Vergleich zu ihrem heutigen Wert und demjenigen zur Zeit des letzten Eisschildes vor etwa 12.000 Jahren stärker. Mehr habe ich zu diesem Dia nicht zu sagen. Mit der Radiokarbonmethode wurden etwa 30.000 Datierungen vorgenommen. In den meisten Fällen sind die Archäologen und Historiker und die Geologen nicht sonderlich darum besorgt, ob sich die Datierungen in exakte Kalenderdaten übersetzen lassen. Doch in genügend vielen Fällen, namentlich unter Historikern, besteht ein starkes Interesse an dieser Frage und ein Verlangen nach Genauigkeit, sodass wir es für eine sehr wichtige Aufgabe halten, zu versuchen, die Kalibrierungskurve zu verbessern. Es gibt auch noch einen weiteren Aspekt: Die Frage nach der Ursache der Intensitätsschwankung der kosmischen Strahlung ist von beträchtlichem wissenschaftlichem Interesse. Was ist dasjenige, was war dasjenige, was die kosmische Strahlung vor etwa 10.000 Jahren stärker werden ließ? Was führte dazu, dass sie zu ihrer gegenwärtigen, geringeren Intensität zurückkehrte? Die Schwankungen, von denen hier die Rede ist, betrugen nur wenige Prozent. Vor etwa 10.000 Jahren stieg die Intensität der kosmischen Strahlung um wenige Prozent an; obwohl ich zugeben muss, dass die Frage, ob sie vor dieser Zeit die Intensität von heute hatte, immer noch nicht abschließend beantwortet ist. Zusätzlich zu den Kurven und Daten, die ich Ihnen auf den Dias gezeigt habe, gibt es Arbeiten in Schweden, die die Sedimente in dortigen Seen analysiert haben, die wunderschönen Arbeiten von Baron De Geer über die sogenannten schwedischen Warven, sodass wir die anhand der Warven ermittelten Daten mit den C14-Daten korrelieren können, obwohl die Warven selbst für eine Datierung zu wenig Kohlenstoff enthalten. Gelegentlich finden wir Material, das in die Sedimente am Boden der Seen eingebettet ist und das wir dann mit der Radiokarbonmethode datieren können. Dr. Tauber aus Kopenhagen hat über die Warve-Datierung intensiv gearbeitet. Er hat sie zur C14-Datierung in Beziehung gesetzt, und er fand, gemeinsam mit Dr. Stuiver, heraus, dass die C14-Datierung mit der gegenwärtigen Kurve vor etwa 10.000 wieder zur Deckung kommt. Wir haben also einiges Zutrauen zu dem von uns gezogenen Schluss, dass vor 10.000 Jahren etwas zur Zunahme der kosmischen Strahlung geführt hat und dass diese Ursache vor etwa 3.000 Jahren nicht mehr fortbestand, wobei diese Zahl nach unten oder oben um 1.000 Jahre schwanken kann. Wenn wir ein Messinstrument von der Art, wie es uns von Professor Hofstädter vorgestellt wurde, in einer Rakete ins All schicken, beobachten wir eine vierfache Zunahme der Intensität der kosmischen Strahlung. Nun, die Hälfte dieser Zunahme ist einfach eine Sache der Geometrie, denn wenn man sich auf der Erdoberfläche befindet, kann man nur aus 2pi Raumwinkeln kosmische Strahlen empfangen. Wenn man die Erde verlässt, hat man 4pi und dies entspricht einem Faktor von 2. Doch der andere Faktor 2 geht auf das Magnetfeld der Erde zurück. Kosmische Strahlen sind geladen, und wie Professor Hofstädter ausführte, kann man geladene Partikel beugen, und das entspricht der Methode, mit der man im Stanford-Labor ihre Energie misst. Aber die Beugung der eintreffenden kosmischen Strahlung führt dazu, dass etwa die Hälfte an der Erde vorbei in den Kosmos zurückstrahlt. Wir haben also einen Faktor von 2: Würden wir das Magnetfeld der Erde jetzt ausschalten, würde sich die Intensität des Strahlenbombardements Vor etwa 15 Jahren schlugen Dr. Elsässer und seine Mitarbeiter daher vor, dass wir in der Radiokarbonkurve sorgfältig nach Abweichungen der Art suchen sollten, die wir beobachtet haben, die tatsächlich gefunden wurden. Er sagte nicht vorher, in welcher Richtung sie liegen würden, doch er gab eine Formel dafür an und sprach die Vermutung aus, dass wir dies – wenn die Stärke des Magnetfeldes der Erde Schwankungen unterlag – an der Diskrepanz zwischen dem historischen und dem mit der Radiokarbonmethode ermittelten Alter erkennen könnten. Nun, wir haben eine solche Diskrepanz festgestellt. In den Richtungen, die wir erwartet hatten, wenn die Theorie von Dr. Elsässer richtig war, war das Magnetfeld der Erde vor etwa 10.000 Jahren schwächer geworden und hatte vor etwa 3.000 seine vorherige Stärke wiedererlangt. Wir können sogar sagen, in welcher Größenordnung: von wenigen Prozent. Wir wissen aus geomagnetischen Daten, dass das Magnetfeld der Erde im Laufe ihrer Geschichte seine Richtung geändert hat. Die Navigationskarten zeigen, dass die Pole der Erde wandern. Nun wirkt sich jedoch eine solche Wanderung der Richtung des Magnetfeldes auf das anhand der Radiokarbonmethode ermittelte Alter nicht aus, denn wir wissen, dass – obwohl die Intensität der kosmischen Strahlung auf der Erdoberfläche stark variiert – die Mischung des radioaktiven Kohlenstoffs so schnell erfolgt, dass ein am Äquator gewachsener Baum genau die gleiche Konzentration an radioaktivem Kohlenstoff enthält wie ein in Yukon gewachsener Baum. Wir haben diese Messung überall auf der Erde wiederholt durchgeführt: Alle lebende Materie hat die gleiche Konzentration von radioaktivem Kohlenstoff (plus/minus 1 Prozent). Die Vermischung erfolgt demnach sehr schnell. Es reicht also nicht, den Nord- und Südpol auf den Äquator zu drehen: Was man erreichen müsste, wäre eine Änderung der Gesamtstärke des magnetischen Feldes. Wenn das geschähe, wenn man es reduzieren könnte, würden mehr kosmische Strahlen auftreffen, und die von uns mit der Radiokarbonmethode gemessenen Altersangaben würden dann zu gering ausfallen. Nebenbei bemerkt ist die Intensität der kosmischen Strahlung gegenwärtig aufgrund der atomaren Explosionen in der Atmosphäre doppelt so hoch wie in der Urzeit. Archäologen, die uns einst ausgraben, werden über unser Radiokarbonalter sehr erstaunt sein. Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass solche massiven Störungen in der Vergangenheit nicht möglich waren die Tatsache, dass das Magnetfeld der Erde schwächer wurde. Nun wissen wir natürlich nicht viel über den Ursprung des Magnetfeldes der Erde, und daher sind vielleicht zahllose Vermutungen in gleicher Weise vertretbar. Es ist interessant, dass wir dem Studium der Geschichte entnehmen können, dass das Magnetfeld vor dieser langen Zeit schwächer wurde. Wir sehen, wie verschiedene wissenschaftliche Disziplinen auf interessante Weise zusammenkommen. Schauen wir uns nun Dr. Suess’ „Schlängel“ an, den allgemeinen Trend benennen wir nach Dr. Elsässer, die Schlängel nach Dr. Suess. Nun, den allgemeinen Trend können wir uns leicht als allmähliche Abnahme und anschließendes erneutes Stärkerwerden des Magnetfeldes der Erde vorstellen. Doch die Schlängel haben vermutlich eine andere Ursache. Dr. Suess sprach die Vermutung aus – und ich stimme ihm zu, obwohl keiner von uns sagen würde, dass es bewiesen ist –, dass die Schlängel auf die Sonne zurückzuführen sind. Die Sonne gibt ständig einen Plasmadunst ab, der sich von ihr wegbewegt. Dieser Plasmawind, der als Sonnenwind bezeichnet wird, enthält vollständig ionisierte Materie und mit den „Plasmaklumpen“, die sich von der Sonne wegbewegen, bewegen sich ziemlich starke Magnetfelder, die kosmische Strahlen verstreuen. Nun, der Hauptteil der kosmischen Strahlung stammt von außerhalb des Sonnensystems. Während der Sonnenwind sich von der Sonne wegbewegt, drängt er ständig die eintreffende kosmische Strahlung zurück und zerstreut sie. Wir gehen davon aus, dass die Schlängel darauf zurückzuführen sind, dass es in der Vergangenheit Schwankungen in der Intensität des Sonnenwinds gegeben hat. Suess geht so weit – und ich halte es für eine interessante Spekulation – zu behaupten, dass eine Korrelation zum Wetter besteht: Wenn der Sonnenwind stark ist, ist die Sonne heiß oder kalt (ich habe den Zusammenhang vergessen), und wenn der Sonnenwind schwach ist, ist es umgekehrt. Er hat sich die historischen Wetteraufzeichnungen angesehen und festgestellt, dass eine ziemlich überzeugende Beziehung zwischen den Schlängeln und gemäßigten Temperaturen besteht. Dies ist wahrscheinlich zu spekulativ, um wesentlich weiter verfolgt zu werden, doch es eröffnet zumindest die Möglichkeit künftiger Forschungen. Zur Erforschung der Geschichte des Wetters kann noch wesentlich mehr getan werden. In Oxford lehrt ein Professor namens Lamb, der die weltweit führende Autorität zur Geschichte des Wetters ist, und ich habe mit ihm ziemlich ausführlich über dieses Thema geredet. Er meint, dass sehr viel mehr in dieser Richtung geforscht werden könnte. Und wenn die Theorie von Dr. Suess zutrifft, werden wir in der Lage sein, einen Zahlenwert für die Schwankung der Sonnenkonstante in der Vergangenheit zu errechnen oder ihn aus einer Untersuchung der Korrekturkurve für die mit der Radiokarbonmethode bestimmten Altersangaben gewinnen können. Die Ermittlung exakter historischer Daten wird ganz davon abhängen, ob es uns gelingt, die Kurve für die mit der Radiokarbonmethode ermittelten Altersangaben zu korrigieren. An den wenigsten Stellen der Erde existieren schriftlichen Aufzeichnungen, die mehr als 2.000 Jahre zurückreichen. Die weltweit einzigen schriftlichen Aufzeichnungen sind die der Ägypter und von 1 oder 2 anderen, kleinasiatischen Gesellschaften. In Nord- und Südamerika gibt es keine anderen Aufzeichnungen als diejenigen der Mayas, und in Mitteleuropa und auf der gesamten Welt gibt es keine Aufzeichnungen, die für solche Forschungen wertvoll sein könnten. Alles, was wir über die Vergangenheit wissen, stützt sich darauf, dass wir uns um diese Korrekturen bemühen. Radioaktiver Kohlenstoff verteilt sich sehr schnell. Wenn wir daher die Arbeit von Ferguson-Suess in diesem einen Wald in den weißen Bergen der südlichen Sierra Nevada weiter in die Vergangenheit zurückverfolgen können, können wir die Sache vervollständigen. Wir können sie vervollständigen, wenn wir die Vergangenheit an diesem einen Ort, der Baumgruppe im Schulman-Forst in der südlichen Sierra Nevada, zurückverfolgen können. Nun, lassen Sie mich Ihnen hierüber etwas erzählen. Dieses kleine Labor an der Universität von Arizona ist der einzige Ort auf der Welt, an dem diese Untersuchungen an der Borstenkiefer durchgeführt werden. Die Borstenkiefer kommt nirgendwo sonst auf der Welt vor. Die Bedingung ist, dass sie in mehr als 3.000 Meter Höhe lebt. Unter diesen Bedingungen gedeiht sie und kann bis zu 5.000 Jahre alt werden. Wir fanden dort einen Baum, der 4.200 Jahre alt war. Er wurde jedoch leider von einem Doktoranden mit einer Säge gefällt. Er hatte einen Bohrkern mitbringen sollen. Wissen Sie, man durchbohrt dabei den Baum und nimmt dann diesen Bohrkern mit und zählt die Ringe. So bleibt der Baum erhalten. Doch aus dem einen oder anderen Grund hatte er seinen Auftrag missverstanden, und er sägte diesen Baum durch und brachte eine Scheibe des ganzen Baumstamms mit. Ein Teil davon liegt auf meinem Schreibtisch. Der Baum war 4.200 Jahre alt, als er abgesägt wurde. Noch wichtiger war jedoch, dass auf dem Boden dieses Waldes Bäume lagen, die vor 5.000 Jahren gestorben waren, als sie selbst 4.000 Jahre alt waren. Die Technik besteht darin, diese uralten Holzstücke, die wie auf dem Waldboden liegendes Treibholz aussehen, zur Radiokarbondatierung in unser Labor zu bringen. Wir bestimmen ihr Alter, und das liefert dann einen Richtwert dafür, wo mit der zeitlichen Abgleichung begonnen werden soll. Dann wird die Feinstruktur der Jahresringe untersucht. Ein Jahr wird dicker sein, das nächste dünner. Die Stärke der Jahresringe variiert von Jahr zu Jahr beträchtlich. Das ist die attraktive Eigenschaft dieses wunderbaren Baumes: dass die Dicke der Ringe von Jahr zu Jahr so starken Schwankungen unterliegt. Und auf diese Weise, basierend auf dieser einzelnen Baumgruppe eines Waldes, haben sie durch die Überlappung der Ringe eine Struktur für die Variation von Jahr zu Jahr aufgebaut. Sie können jetzt die Chronologie über das Alter des ältesten lebenden Baumes, der etwa 5.000 Jahre alt ist, noch weiter in die Vergangenheit zurückverfolgen. Auf diese Weise haben Ferguson und Suess die Borstenkiefer-Chronologie bis auf 8.000 Jahre in die Vergangenheit rekonstruiert. Wir hoffen, dass wir sie bis auf 9.200 Jahre zurückverfolgen können, denn vor 2 Jahren fand Mrs. Ferguson, als sie dort oben waren, ein schönes Stück Holz: Bei seiner Datierung mit der C14-Methode ergab sich für seinen ältesten Teil ein Alter von 9.200 Jahren. Nun müssen wir einen weiteren Baumstamm finden, dessen Innenkern 8.000 oder 9.000 Jahre alt ist. Auf diese Weise können wir hoffentlich bis auf 10.000 Jahre zurückgehen. Die gesamte Chronologie der menschlichen Geschichte hängt davon ab, dass wir die Tatsache, dass die Borstenkiefer das weltweit wertvollste Objekt der historischen Forschung ist, geheim halten. Wir müssen es geheim halten, wir müssen verhindern, dass Leute daherkommen und sie als Brennholz verwenden oder mit nach Hause nehmen und auf ihren Kaminsims stellen. Wir haben uns allerdings entschieden, dass die beste Methode, dies geheim zu halten, darin besteht, dass wir uns verhalten, als ob es unwichtig wäre. Es gibt eine neue Straße in den Schulman-Forst, doch die Förster in dieser Gegend sind ungewöhnlich wachsam. Wir haben die Bäume nicht umzäunt und abgeriegelt. Wir hatten angenommen, dass wir ein großes Projekt haben würden, bei dem wir alle Treibhölzer bzw. abgefallenen Baumteile zusammentragen und sie in einem Lagerhaus unterbringen würden. Doch wir haben uns auch dagegen entschieden, weil es eine ziemlich zeitaufwendige Aufgabe ist und sehr viel mehr Geld kosten würde, als uns zur Verfügung steht. Ich vermute, Sie wissen, dass die Radiokarbondatierung, im Vergleich zur Astro- und Hochenergiephysik, nicht gerade ein mit reichlichen Mitteln gefördertes Forschungsgebiet ist. Nun, dies wollte ich Ihnen mitteilen, und wenn jemand unter Ihnen irgendwelche anderen Methoden kennt, mit denen man Radiokarbondaten für mehr als 10.000 Jahre in die Vergangenheit kalibrieren kann, oder auch nur bis zu 10.000 Jahre in die Vergangenheit, würden wir uns gewiss freuen, davon zu hören. Vielen Dank.

Willard Libby (1971)

Radiocarbon Dating and Calibration with Tree Rings and Lake Sediments

Willard Libby (1971)

Radiocarbon Dating and Calibration with Tree Rings and Lake Sediments

Comment

Willard Libby visited Lindau and lectured two times, first at the physics meeting in 1971 and then at the chemistry meeting 1974. This is symptomatic, since his activities as radio-chemist really bridged the gap between physics and chemistry. Each element in the periodic system has isotopes, some of which are radioactive. Since most isotopes have the same chemical properties as the corresponding stable element, radioactive isotopes can be used as tracers in biological systems. Signals from radioactive decay can then, e.g., show the path taken by the stable element through the human body. This idea worked out and gave George de Hevesy the 1943 Nobel Prize in Chemistry. At around the same time Willard Libby realized that the cosmic radiation hitting the atmosphere produces a radioactive isotope of stable carbon designated carbon -14. This means that when living matter absorbs carbon dioxide, CO2, a certain fraction is radioactive. When the living matter stops absorbing, e.g., when a tree or an animal dies, this fraction starts to diminish by radioactive decay. But this means that by measuring the fraction of carbon-14 still left today, the age of the remnants of the tree or animal can be determined. But, as explained by Libby in his talk, it is not really that easy! One problem is that the amount of cosmic radiation may have changed over time so that sometimes the living matter received a higher or a lower fraction of carbon-14. In order to surmount this problem, one can try to compare with other dating methods such as the year rings of trees or the layered sediments at the bottom of lakes. Libby describes how he with radio-chemical methods has been able to put a date on matter about 7 500 years old and predicts that he will reach 10 000 years. Today physicists use accelerators to count the number of radioactive atoms left in the specimen and the limit has been extended to about 50 000 years.

Anders Bárány

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