Hoe Archeologen de Leeftijd van Fossielen en Artefacten Bepalen

Wanneer archeologen zeggen dat een artefact ‚3.000 jaar oud' is of dat een fossiel bevattende laag ‚1,8 miljoen jaar oud' is, komt dat getal uit een of meer wetenschappelijke dateringstechnieken, niet uit één universele methode. Dateringsmethoden vallen in twee categorieën: relatieve datering, die bepaalt of een object of laag ouder of jonger is dan een ander, en absolute (of chronometrische) datering, die een werkelijke leeftijdsbereik inschat met behulp van meetbare fysische of chemische processen, aldus de U.S. National Park Service.

Relatieve datering: orde bepalen, geen exacte jaren

De oudste en eenvoudigste relatieve methode is stratigrafie, gebaseerd op de Wet van Superponering: op een onverstoorde vindplaats zijn diepere bodemlagen ouder dan de lagen erboven, aldus de National Park Service. Opgravingsploegen verwijderen grond in omgekeerde volgorde van hoe deze werd afgezet, dus de opeenvolging van lagen geeft een relatieve tijdlijn nog voordat enige wetenschappelijke test wordt uitgevoerd.

Archeologen gebruiken ook seriatie, die aardewerk, gereedschappen of andere artefactstijlen in een reeks ordent op basis van hoe hun ontwerpkenmerken in de loop der tijd zijn veranderd, en het verwante concept van terminus post quem, dat het meest recente dateerbare voorwerp in een laag gebruikt om de vroegst mogelijke datum voor alles wat daarmee is gevonden in te stellen. Kruisdatering vergelijkt vondsten tussen vindplaatsen om hun relatieve chronologieën met elkaar te verbinden, aldus de National Park Service.

Radiokoolstofdatering: de meest gebruikte absolute methode

Radiokoolstof- (koolstof-14-) datering werkt omdat levende organismen voortdurend koolstof uitwisselen met de atmosfeer, waarbij een stabiele verhouding van radioactief koolstof-14 tot stabiel koolstof-12 wordt gehandhaafd, aldus het Research Laboratory for Archaeology and the History of Art van de Universiteit van Oxford, dat een radiokoolstoffdateringsservice exploiteert. Zodra een organisme sterft, stopt het met het opnemen van koolstof, en zijn koolstof-14 vervalt met een bekende snelheid, waardoor wetenschappers de verstreken tijd kunnen berekenen op basis van de resterende verhouding.

De methode is alleen van toepassing op materiaal dat ooit deel uitmaakte van een levend organisme — bot, hout, houtskool, schelp, haar of soortgelijke resten — niet op steen of metaal, tenzij er organisch residu aan zit, zoals zowel het Oxford-laboratorium als de National Park Service opmerken. De halfwaardetijd van koolstof-14 wordt door National Geographic aangegeven als ongeveer 5.730 jaar en door de National Park Service als ongeveer 5.700 jaar.

Over het bruikbare bereik geven bronnen enigszins verschillende grenzen aan: het Oxford-laboratorium stelt dat de methode zich uitstrekt van enkele honderden jaren geleden tot ongeveer 50.000 jaar, terwijl National Geographic meldt dat monsters ouder dan ongeveer 40.000 jaar zeer moeilijk te dateren zijn en die ouder dan ongeveer 60.000 jaar helemaal niet kunnen worden gedateerd. Ruwe resultaten moeten ook worden gekalibreerd omdat de atmosferische koolstof-14-niveaus in de loop der tijd zijn veranderd, en resultaten kunnen worden vertekend door bodemverontreiniging of door het ‚stuwmeereffect' dat in mariene monsters wordt waargenomen, aldus het Oxford-laboratorium.

Datering van rots, hout en gebakken klei: andere absolute methoden

Voor vulkanische rotsen die geassocieerd zijn met archeologische of fossiele lagen, gebruiken wetenschappers kalium-argon-datering of de verfijnde versie ervan, argon-argon (40Ar/39Ar) datering, die het verval van kalium-40 in argon-40 volgt, aldus de U.S. Geological Survey. De 40Ar/39Ar-variant bestraalt een monster om enig kalium om te zetten in argon-39, waardoor onderzoekers twee argon-isotopen uit één monster kunnen meten in plaats van twee afzonderlijke elementen, wat de nauwkeurigheid verbetert. De USGS merkt op dat deze aanpak het beste werkt op kaliumrijke kristallen zoals sanidine en is toegepast op erupties van ongeveer 70.000 jaar geleden tot gebeurtenissen van de afgelopen 12.000 jaar.

Houten artefacten en structuren kunnen worden gedateerd via dendrochronologie, of jaarringdatering. Het Laboratory of Tree-Ring Research van de Universiteit van Arizona legt uit dat het simpelweg tellen van ringen onbetrouwbaar is omdat bomen lokaal ontbrekende ringen of valse banden kunnen produceren die lijken op echte groeringen. In plaats daarvan gebruiken specialisten kruisdatering — het patroon van brede en smalle ringen, dat jaarlijkse groeiomstandigheden weerspiegelt, over meerdere houtmonsters uit dezelfde regio afstemmen — vaak via een techniek genaamd skeletplotting, om elk ring een exact kalenderjaar toe te wijzen.

Andere absolute technieken vermeld door de National Park Service omvatten thermoluminescentie, die elektronen meet die in gebakken klei of verhitte steen zijn gevangen door achtergrondstraling en vrijgegeven als licht wanneer het materiaal in een laboratorium opnieuw wordt verwarmd; obsidiaanhydratie, die de dikte van een wateropnamelaag op een vers gebroken obsidiaanoppervlak meet; en gemiddelde keramische datering, die een gemiddelde vindplaatsdatum berekent op basis van de bekende productieperioden van verschillende aardewerktypen die daar zijn gevonden.

Waarom archeologen verschillende methoden combineren

Geen enkele techniek dekt elk materiaal of elk tijdstip, daarom paren opgravingsteams doorgaans relatieve methoden zoals stratigrafie met een of meer absolute methoden die geschikt zijn voor de daadwerkelijk aanwezige materialen — organische resten voor radiokoolstof, vulkanische afzettingen voor kalium-argon, hout voor dendrochronologie, of gebakken klei voor thermoluminescentie. Kruiscontrole van resultaten van verschillende methoden en tegen historische registers waar deze bestaan, helpt archeologen fouten te identificeren en de uiteindelijke leeftijdschatting die voor een vindplaats of voorwerp wordt gemeld in te perken.