Wie Archäologen das Alter von Fossilien und Artefakten bestimmen

Wenn Archäologen sagen, dass ein Artefakt ‚3.000 Jahre alt' ist oder eine fossilführende Schicht ‚1,8 Millionen Jahre alt' ist, stammt diese Zahl aus einer oder mehreren wissenschaftlichen Datierungstechniken, nicht aus einer einzelnen universellen Methode. Datierungsmethoden fallen in zwei Kategorien: relative Datierung, die festlegt, ob ein Objekt oder eine Schicht älter oder jünger ist als ein anderes, und absolute (oder chronometrische) Datierung, die ein tatsächliches Alter anhand messbarer physikalischer oder chemischer Prozesse schätzt, so der U.S. National Park Service.

Relative Datierung: Ordnung feststellen, nicht exakte Jahre

Die älteste und einfachste relative Methode ist die Stratigraphie, die auf dem Gesetz der Überlagerung basiert: An einer ungestörten Fundstätte sind tiefere Bodenschichten älter als die Schichten über ihnen, wie der National Park Service erklärt. Ausgräber entfernen Boden in der umgekehrten Reihenfolge seiner Ablagerung, so dass die Schichtenfolge einen relativen Zeitstrahl ergibt, noch bevor ein wissenschaftlicher Test durchgeführt wird.

Archäologen nutzen auch die Seriation, die Töpferwaren, Werkzeuge oder andere Artefaktstile in eine Abfolge basierend darauf ordnet, wie sich ihre Designmerkmale im Laufe der Zeit verändert haben, und die verwandte Idee des terminus post quem, das den jüngsten datierbaren Gegenstand in einer Schicht nutzt, um das frühestmögliche Datum für alles, was damit gefunden wurde, festzulegen. Die Kreuzvergleichung vergleicht Funde zwischen Fundstätten, um ihre relativen Chronologien zu verbinden, so der National Park Service.

Radiokohlenstoffdatierung: die am häufigsten verwendete absolute Methode

Die Radiokohlenstoff- (Kohlenstoff-14-) Datierung funktioniert, weil lebende Organismen kontinuierlich Kohlenstoff mit der Atmosphäre austauschen und ein konstantes Verhältnis zwischen radioaktivem Kohlenstoff-14 und stabilem Kohlenstoff-12 aufrechterhalten, so das Forschungslabor für Archäologie und Geschichte der Kunst der Universität Oxford, das einen Radiokohlenstoff-Datierungsdienst betreibt. Sobald ein Organismus stirbt, hört er auf, Kohlenstoff aufzunehmen, und sein Kohlenstoff-14 zerfällt mit einer bekannten Geschwindigkeit, was es Wissenschaftlern ermöglicht, die verstrichene Zeit aus dem verbleibenden Verhältnis zu berechnen.

Die Methode gilt nur für Material, das einmal Teil eines lebenden Organismus war — Knochen, Holz, Holzkohle, Muschel, Haare oder ähnliche Überreste — nicht für Stein oder Metall, es sei denn, organische Rückstände sind vorhanden, so sowohl das Oxford-Labor als auch der National Park Service. Die Halbwertszeit von Kohlenstoff-14 wird von National Geographic mit etwa 5.730 Jahren und vom National Park Service mit etwa 5.700 Jahren angegeben.

Zu dem nutzbaren Bereich geben Quellen leicht unterschiedliche Grenzen an: Das Oxford-Labor gibt an, dass die Methode von vor einigen hundert Jahren bis etwa 50.000 Jahren reicht, während National Geographic berichtet, dass Proben älter als etwa 40.000 Jahre sehr schwer zu datieren sind und diejenigen, die älter als etwa 60.000 Jahre sind, überhaupt nicht datiert werden können. Rohergebnisse müssen auch kalibriert werden, da der Kohlenstoff-14-Gehalt der Atmosphäre im Laufe der Zeit variiert hat, und die Ergebnisse können durch Bodenverunreinigung oder durch den ‚Reservoir-Effekt' in Meeresproben verfälscht werden, so das Oxford-Labor.

Datierung von Gestein, Holz und gebranntem Ton: andere absolute Methoden

Für vulkanisches Gestein, das mit archäologischen oder fossilen Schichten verbunden ist, verwenden Wissenschaftler die Kalium-Argon-Datierung oder ihre verfeinerte Variante, Argon-Argon-Datierung (40Ar/39Ar), die den Zerfall von Kalium-40 in Argon-40 verfolgt, so die U.S. Geological Survey. Die 40Ar/39Ar-Variante bestrahlt eine Probe, um etwas Kalium in Argon-39 umzuwandeln, was Forschern ermöglicht, zwei Argon-Isotope aus einer einzelnen Probe zu messen, anstatt zwei separate Elemente, was die Genauigkeit verbessert. Die USGS merkt an, dass dieser Ansatz am besten auf kaliumreichen Kristallen wie Sanidin funktioniert und auf Eruptionen von vor etwa 70.000 Jahren bis zu Ereignissen der letzten 12.000 Jahre angewendet wurde.

Holzartefakte und Strukturen können durch Dendrochronologie oder Baumringdatierung datiert werden. Das Laboratorium für Baumringforschung der Universität von Arizona erklärt, dass bloßes Zählen von Ringen unzuverlässig ist, weil Bäume lokal fehlende Ringe oder falsche Bänder erzeugen können, die echten Wachstumsringen ähneln. Stattdessen verwenden Spezialisten Kreuzvergleichung — Abgleich des Musters breiter und schmaler Ringe, das jährliche Wachstumsbedingungen widerspiegelt, über mehrere Holzproben aus der gleichen Region — oft durch eine Technik namens Skelett-Plotterung, um jedem Ring ein genaues Kalenderjahr zuzuordnen.

Andere absolute Techniken, die vom National Park Service aufgelistet sind, umfassen Thermolumineszenz, die Elektronen misst, die in gebranntem Ton oder erhitztem Stein durch Hintergrundstrahlung und als Licht freigesetzt werden, wenn das Material im Labor erneut erhitzt wird; Obsidian-Hydration, die die Dicke einer Wasseraufnahmeschicht auf einer frisch gebrochenen Obsidianoberfläche misst; und mittlere Keramikdatierung, die ein durchschnittliches Fundstättendatum aus den bekannten Produktionszeiträumen verschiedener an dieser Stelle gefundener Töpferwaren berechnet.

Warum Archäologen mehrere Methoden kombinieren

Keine einzelne Technik deckt jedes Material oder jeden Zeitraum ab, weshalb Ausgrabungsteams typischerweise relative Methoden wie Stratigraphie mit einer oder mehreren absoluten Methoden kombinieren, die zu den tatsächlich vorhandenen Materialien geeignet sind — organische Überreste für Radiokohlenstoff, Vulkanablagerungen für Kalium-Argon, Holz für Dendrochronologie oder gebrannter Ton für Thermolumineszenz. Das Überprüfen von Ergebnissen verschiedener Methoden und gegen historische Aufzeichnungen, wo sie existieren, hilft Archäologen, Fehler zu erkennen und das endgültige für eine Fundstätte oder ein Objekt gemeldete Alter einzugrenzen.