Kulstof-14-uret efterses

DET bedst kendte af de videnskabelige hjælpemidler som mennesker har opfundet for at kunne tilfredsstille deres nysgerrighed med hensyn til menneskehedens fortid, er sikkert kulstof-14-uret. Aldersbestemmelse af organisk stof i gamle fund ved hjælp af dette „ur“ bygger på måling af det radioaktive kulstof (kulstof-14) der dannes i atmosfæren af de kosmiske stråler og optages af planterne. Metoden egner sig især til datering af ting der består af træ, trækul og plante- eller dyrefibre, og den kan bruges til datering af genstande der er fra 0 til 10.000 år gamle, ja ældre endnu.

Arkæologerne, der studerer gamle kulturer, er stærkt interesseret i kulstof-14-urets resultater. De der studerer Bibelen har også interesse for denne dateringsmetode, idet den spænder over mere end de 6000 år som menneskene ifølge Bibelen har levet på jorden.

Måske ved De at man ved hjælp af kulstof-14-uret har dateret det lærred der var svøbt om den gamle Esajasrulle der er fundet i nærheden af Det døde Hav.¹a Det viste sig at lærredet var mellem atten hundrede og to tusind år gammelt, hvilket bekræftede de andre beviser man havde for at manuskriptet var ægte og ikke et dygtigt falskneri af nyere dato.

Symposium i Uppsala

Noget som har vakt fornyet interesse for aldersbestemmelse ved hjælp af kulstof-14, er den nylig (i 1971) udsendte beretning fra Det tolvte Nobelsymposium, der blev holdt i Uppsala i 1969. Her mødtes radiokemikere fra mange lande med geologer og arkæologer. De drøftede deres seneste forskningsresultater i forbindelse med den praktiske anvendelse af radioaktivt kulstof til datering, samt teorien bag denne metode. Ærespræsident var nobelpristageren W. F. Libby fra University of California i Los Angeles, der i 1949 udviklede metoden til datering ved hjælp af kulstof-14.

Beretningen fra konferencen giver indtryk af at man stort set er tilfreds med det man indtil nu har opnået ved at benytte denne metode. De modstridende resultater som forskellige laboratorier nu og da er kommet til, har man i stor udstrækning fået til at stemme med hinanden. Nu regner man med en fejlmargen i dateringerne på mellem halvtreds og hundrede år. Det er sandt at der har været tilfælde med større afvigelser mellem „kulstof-14-alderen“ (der er blevet beregnet på grundlag at radioaktiviteten) og den virkelige alder på kendte prøver, men dette kan man tage hensyn til ved at benytte en såkaldt justerings- eller kalibreringskurve, der er blevet udarbejdet på flere laboratorier.

Denne kurve bygger hovedsagelig på ved fra meget gamle træer, som man har dateret ved at tælle deres årringe. For eksempel kan et stykke træ der ifølge årringene er 7000 år gammelt, have en kulstof-14-alder på kun 6000 år. For at korrigere resultatet lægger man derfor 1000 år til kulstof-14-alderen på en hvilken som helst prøve fra denne periode.

Den teori som kulstof-14-metoden bygger på, har vist sig at være langt mere kompliceret end man regnede med for tyve år siden, og mange af de korrektioner der er foretaget af den, har man studeret for at se hvordan de berører de aldre man har målt. Ved at tage alt dette i betragtning mener man at kunne foretage en ret nøjagtig datering af organisk stof der er blevet dannet på et hvilket som helst tidspunkt i løbet af de sidste 7400 år.

Nu findes der enkelte prøver fra gamle huse og ildsteder som ifølge kulstof-14-dateringerne er over 6000 år gamle. Sådanne resultater er i strid med Bibelens kronologi, ifølge hvilken det første menneske blev skabt for blot 6000 år siden. Dette rejser nogle spørgsmål der kan virke foruroligende: Har de forbedringer der er foretaget ved kulstof-14-uret, og de tilsyneladende gode resultater der er opnået ved hjælp af det, givet Bibelens kronologi et dødsstød? Kan vi stadig fæste lid til Bibelens tidsregning, eller har videnskaben vist at den er upålidelig?

I stedet for straks at drage en slutning vil det være fornuftigt at se lidt nærmere på nogle af de detaljer der blev drøftet på konferencen i Uppsala. Når vi gør det, begynder vi uvilkårligt at spekulere på om de detaljerede korrektioner af teorien bag kulstof-14-metoden der i første række synes at gøre den mere nøjagtig — ikke i virkeligheden giver rum for flere fejlberegninger.

Nødvendige antagelser

Den forholdsvis enkle teori der blev udformet for tyve år siden, var baseret på følgende antagelser:

1) At kulstof-14, den radioaktive bestanddel af naturligt kulstof, henfalder med en halveringstid på 5568 år.

2) At forholdet mellem kulstof-14-atomer og de stabile kulstof-12-atomer i „levende“ kulstof altid har været det samme som det er i dag. Denne antagelse afhænger af to andre antagelser (2a og 2b).

2a) At antallet af kulstof-14-atomer har været konstant; det betyder at den kosmiske stråling der danner dem, ikke må have varieret i styrke i de sidste 15.000 til 20.000 år.

2b) Endvidere at den samlede mængde af stabilt kulstof i „udvekslingsreservoiret“ har været konstant i samme tidsperiode. Dette indbefatter kultveilten i luften, og ligeledes det organiske kulstof i levende organismer, eftersom de hele tiden optager kultveilte gennem fotosyntese og udskiller den ved ånding. Der opløses også kultveilte i havvand, hvor det danner kulsyre og karbonat, der bliver blandet med det opløste karbonat i havet. Denne proces kan også gå i modsat retning, selv om det kan tage halvtreds år. Det mineralske karbonat i klipperne betragtes naturligvis ikke som en del af udvekslingsreservoiret.

2c) Til antagelse nummer to er også knyttet den antagelse at dannelsen af kulstof-14 har været konstant i hele denne tid, og det indebærer at det samlede henfald i hele verden er i ligevægt med nydannelsen.

3) At alle levende organismer, planter såvel som dyr, optager radioaktivt kulstof i deres væv så længe de er levende; efter deres død aftager radioaktiviteten nøjagtig i takt med det naturlige radioaktive henfald; de optager ikke radioaktivt kulstof ved kontakt med yngre materialer, og mister heller ikke noget ved at udveksle atomer med ældre kulstof.

4) For at kulstof-14-dateringen kan have praktisk værdi, må prøven være fra samme tid som den begivenhed den markerer, og ikke bestå af noget der voksede eller levede længe før den tid.

Lad os huske at hvis kulstof-14-uret skal fastslå den rette alder, må alle de ovennævnte antagelser være rigtige. Hvis blot én af dem er forkert, vil metoden ikke give det nøjagtige resultat.

De første målinger der blev foretaget i Libbys laboratorium af prøver fra gamle træer og fra ægyptiske kongegrave, viste en ganske god overensstemmelse med disse prøvers anerkendte alder, som var op til cirka 4000 år. Man mente derfor at antagelserne sandsynligvis var korrekte, eller i hvert fald næsten korrekte. Men hvordan ser det ud nu, efter at man i tyve år har undersøgt kulstof-14-urets „urværk“? Ser antagelserne ud til at være lige så sikre som de gjorde dengang?

Når man læser beretningen fra konferencen i Uppsala, kommer man til den slutning at eksperterne nu i virkeligheden ikke ved om en eneste af disse antagelser er rigtig! Nogle af dem er måske blot en smule unøjagtige, mens andre har vist sig at være direkte forkerte. Lad os se på dem igen, en ad gangen, i lyset af den nuværende viden — eller, måske rettere, i lyset af den uvidenhed der fortsat gør sig gældende.

Prøvens gyldighed

En af de mere oplagte muligheder for fejl i kulstof-14-dateringen, er at prøven — den genstand man daterer — kan være upålidelig, (Antagelse 3) Hvis en prøve er blevet forandret ved kontakt med materiale som indeholder ældre eller yngre radioaktivt kulstof, eller hvis den er blevet forurenet ved at optage sådant kulstof i sig, kan analysen ikke give det rigtige svar. Men den praktiske arkæolog har lært hvad han skal gøre når en prøve kommer tilbage fra laboratoriet med en datering der ikke svarer til det han ventede. Som dr. Evzen Neustupný, der er knyttet til det tjekkiske videnskabsakademis arkæologiske institut, sagde under symposiet: „Når prøver er blevet forurenet af enten nyt eller gammelt kulstof, kan det ofte let opdages hvis resultatet af en måling afviger betragteligt fra den forventede værdi.“²

Med andre ord: Når arkæologen indsender prøven bemærker han ikke at den er forurenet, men når han betragter den igen, forsynet med det ubehagelige svar, ser han det tydeligt.

Den samme ekspert kom også ind på det betydningsfulde i at vælge samtidige prøver (Antagelse 4): „Det skulle også være klart — selv om mange arkæologer synes at ignorere det — at kulstof-14-målinger fastslår alderen på det organiske væv i prøven, d.v.s. hvornår det blev dannet. Vævet i en prøve som man anvender for at datere en historisk (eller forhistorisk) begivenhed, kan have været biologisk dødt i flere årtier eller endog århundreder da det blev benyttet af mennesker i fortiden. Dette gælder træ der er blevet benyttet til byggemateriale, trækul fra ildsteder, og de fleste andre materialer.“²

Dette er et punkt man gør vel i at have i tanke når man læser en nyhedsmeddelelse om at kulstof-14-datering af et stykke trækul der er gravet frem i en hule et eller andet sted, beviser at der levede mennesker dér for så og så mange tusind år siden. Der findes i dag steder hvor man kan slå lejr og samle brændsel fra træer der voksede for flere hundrede, ja flere tusind, år siden.

Fejl af denne art er forekommet tilstrækkelig ofte til at arkæologerne ikke uden videre godtager kulstof-14-dateringer. Men disse fejl opstår kun i forbindelse med de enkelte prøver, sådan at én prøve kan være dateret rigtigt, og en anden forkert.

Derudover bliver kulstof-14-eksperterne stillet over for vanskeligere spørgsmål, spørgsmål der berører selve kernen i teorien. Hvis der ikke gives tilfredsstillende svar på dem, må man tvivle på om metoden kan datere nogen som helst prøve korrekt.

Kulstof-14’s halveringstid

Et af spørgsmålene berører den allerførste antagelse. Hvor sikkert er det at kulstof-14 har den halveringstid man går ud fra? Læg mærke til følgende udtalelse af to eksperter fra kulstof-14-laboratoriet ved University of Pennsylvania:

„Det der giver anledning til størst bekymring i forbindelse med nøjagtigheden af disse halveringstids-bestemmelser, er at de alle afhænger af de samme grundlæggende metoder — nemlig den absolutte justering af en geigertæller til konstatering af det specifikke henfaldstempo, og den efterfølgende massespektrografiske måling til påvisning af den nøjagtige C-14-mængde. I den første fase er der vanskeligheden ved at foretage en absolut justering af en geigertæller, og i den anden er der problemet med en nøjagtig fortynding af det radioaktive C-14 og indføring af det i massespektrografen. En fejl som opstår ved at C-14 adsorberes af væggene i beholderne, kan være almindelig og af stort set samme størrelse ved alle halveringstids-bestemmelser. Det er tydeligt at man må have en fuldstændig uafhængig metode og teknik før man med sikkerhed kan sige hvad C-14’s sande halveringstid er.“³

Libby var selv klar over at halveringstiden muligvis ikke var nøjagtig. I 1952 skrev han om hvor betydningsfuldt det var at foretage nøjagtige målinger af henfaldstempoet, og nævnte i den forbindelse: „Man må håbe at der vil blive foretaget yderligere målinger af kulstof-14’s halveringstid, helst med anvendelse af helt andre metoder.“⁴ Indtil nu er denne forhåbning ikke blevet indfriet.

Dannelsen af kulstof-14

Hvordan forholder det sig med den kosmiske stråling? Er den konstant? (Antagelse 2a) Iagttagelser har vist at den ikke er det. Man kender nu flere faktorer som fremkalder store udsving i den kosmiske stråling.

En af disse er styrken af jordens magnetfelt. Jordens magnetfelt har indflydelse på den kosmiske stråling, der hovedsagelig består af protoner (elektrisk ladede brintatomkerner), idet det afbøjer de mindre energirige partikler før de når ind i atmosfæren. Når jordens magnetfelt bliver stærkere, rammes jorden af færre kosmiske stråler, og der dannes ikke så meget kulstof-14. Når jordens magnetfelt bliver svagere, rammes jorden af flere kosmiske stråler, og der dannes mere kulstof-14.

Undersøgelser viser at magnetfeltets styrke er blevet fordoblet i løbet af en periode der begyndte for omkring 5500 år siden og sluttede for omkring 1000 år siden, og at den nu aftager igen. Dette alene kan forklare hvorfor det er nødvendigt at korrigere de ældre dateringer med næsten 1000 år.

Solfænomener fremkalder også store forandringer. Solens magnetfelt strækker sig langt ud i rummet, og omfatter endog jordens bane. Dets styrke forandrer sig — skønt ikke særlig regelmæssigt — sammen med solpletternes elleveårige cyklus, og dette indvirker også på intensiteten af den kosmiske stråling der når jorden.

En yderligere faktor er de såkaldte soleruptioner. Det er sporadiske udbrud på solens overflade af vældige, lysende gasmængder der udslynger store mængder protoner. De protoner der når jorden, danner kulstof-14. Dette resulterer i et „overskud“ der ikke kan forudsiges. I beretningen fra Uppsala-konferencen forekommer en tabel og en grafisk fremstilling der viser hvor meget kulstof-14 der er dannet som følge af typiske soleruptioner. Den 23. februar 1956 forekom der en eruption der på få timer frembragte lige så meget kulstof-14 som der normalt bliver dannet på et helt år som følge af den kosmiske stråling. Det siger sig selv at man umuligt kan tage hensyn til sådanne virkninger når man foretager korrektioner af kulstof-14-resultaterne, for ingen ved om eruptionerne i de forløbne årtusinder har været flere eller færre end de er nu.

Intensiteten af de kosmiske stråler der trænger ind i solsystemet fra mælkevejen, er en anden faktor man kun kender lidt til. Ved at måle den meget svage radioaktivitet som kosmisk stråling har dannet i forskellige grundstoffer i meteoritter, har geokemikere forsøgt at danne sig et billede af de kosmiske strålers gennemsnitlige intensitet før i tiden. Resultaterne har imidlertid ikke virkelig givet de ønskede beviser for at strålingen har været konstant i de sidste 10.000 år.

Kulstof-14-teorien ville stå stærkere (skønt den stadig ikke ville være uangribelig) med hensyn til ovennævnte indvendinger hvis det kunne bevises at kulstof-14 i dag henfalder lige så hurtigt som det dannes. (Antagelse 2c) Hvis dette ikke viser sig at være tilfældet, kan man heller ikke fastholde den antagelse at kulstof-14-beholdningen er konstant, og formodningen om at kulstof-14-aktiviteten er konstant vil hvile på et tvivlsomt grundlag.

Det er meget vanskeligt at beregne hvor hurtigt kulstof-14 dannes. Libby forsøgte at gøre det i 1952 ved hjælp af de bedste data der var tilgængelige dengang. Han fandt frem til en nydannelse på omkring nitten kulstof-14-atomer i sekundet for hvert gram kulstof i reservoiret. Dette lå lidt højere end det antal atomer der ifølge hans målinger henfaldt hvert sekund, nemlig seksten. Men i betragtning af problemets komplicerede natur, og i betragtning af at han måtte anslå så mange faktorer løseligt, syntes han at resultatet var tilstrækkeligt i overensstemmelse med hans antagelser.

Kunne man så sytten år senere, i betragtning af at man da havde bedre data og bedre kendskab til processen, beregne det mere nøjagtigt? Eksperterne ved symposiet kunne ikke præcisere det mere end at det radioaktive kulstof dannes i et tempo der sandsynligvis udgør 75 til 161 procent af det tempo hvormed det henfalder. Det laveste tal ville betyde at kulstof-14-mængden for øjeblikket svinder ind; det højeste tal at den forøges. Målingerne giver ingen sikkerhed for at mængden er konstant, sådan som kulstof-14-teorien kræver. Igen søger man tilflugt til den opfattelse at „den relativ konstante C-14-aktivitet før i tiden vækker formodning om at [dette indbyrdes forhold] må kunne begrænses til et langt snævrere værdiområde“.⁵ Man retfærdiggør altså den ene antagelse med den anden.

Kulstof-12-reservoiret

For at kulstof-14-uret hele tiden kan være stillet rigtigt, må ikke alene kulstof-14-beholdningen men også mængden af det stabile kulstof-12 i udskiftningsreservoiret, være konstant. (Antagelse 2b) Har vi god grund til at tro at denne antagelse er rigtig?

Eftersom der er omkring tres gange så meget kulstof i havet som i atmosfæren, er det især havet vi vil beskæftige os med. Dette punkt blev taget op til drøftelse på mødet i Uppsala, hvor den almindelige opfattelse var at en såkaldt „istid“ kunne forårsage væsentlige forstyrrelser. Libby havde i 1952 peget på denne mulighed:

„Den mulighed at mængden af kulstof i udvekslingsreservoiret har ændret sig væsentligt i de sidste 10.000 eller 20.000 år, står og falder næsten udelukkende med det spørgsmål om istiden — der, som vi senere skal komme ind på, ser ud til at strække sig ind i denne periode — kunne have indvirket i væsentlig grad på havenes vandmængde og middeltemperatur.“⁶

Virkningerne af Vandfloden

Når havenes vandmængde nævnes, kommer den der studerer Bibelen uvilkårligt til at tænke på den mulighed at den verdensomspændende vandflod der indtraf på Noas tid, for 4340 år siden, kan have skabt store forstyrrelser for kulstof-14-uret. Havene må nødvendigvis have været meget større og dybere efter Vandfloden. Dette ville i sig selv ikke øge mængden af karbonat i havet; det ville blot betyde at det blev fortyndet. Mængden af kulstof-14 og kulstof-12, samt forholdet mellem disse to stoffer, hvilket bestemmer den specifikke aktivitet, ville ikke blive forandret bare ved at vandet strømmede ned. Men den større vandmængde ville gøre det muligt for havene efterhånden at optage en langt større mængde opløst karbonat.

Og det øgede tryk der blev øvet mod havbunden af den langt større vandmængde, har sikkert fremkaldt forandringer i jordskorpen. Trykket var større på havbunden end over kontinenterne, og det må derfor have skubbet det underliggende plastiske lag bort fra havbunden mod kontinenterne, og har derved løftet kontinenterne op. Dette må så have medført at klipperne er blevet udsat for øget erosion — indbefattet kalkstenen på bunden af de lavvandede have som findes indtegnet på geologernes kort over lavtliggende kontinentale områder i pliocæntiden.

Kort efter Vandfloden må indholdet af karbonat i havene derfor være begyndt at stige, indtil det har nået den koncentration vi har i dag. I stedet for at antage at karbornatmængden har været konstant, bør vi altså tage den mulighed i betragtning at den gradvis er blevet større i løbet af de sidste 4300 år.

Hvilken virkning må Vandfloden have haft på kulstof-14-beholdningen? Eftersom Bibelen viser at det vand der strømmede ned og forårsagede Vandfloden, tidligere holdt sig svævende på en eller anden måde over jordens atmosfære, må det have hæmmet de kosmiske strålers indtrængen i atmosfæren, og dermed også dannelsen af kulstof-14. Hvis vandet var fordelt ensartet rundt om hele kloden, kan det fuldstændig have hindret dannelsen af kulstof-14. Det er imidlertid ikke nødvendigt at antage dette; vandbaldakinen kan have været tykkere over ækvator end over polerne, sådan at en ringe kosmisk stråling kan have trængt igennem. I alle tilfælde må dét at baldakinen faldt ned, have medført en stigning i dannelsen af kulstof-14.

Vi kan således regne med at havenes beholdning af radioaktivt kulstof-14 og stabilt kulstof-12 begyndte at stige stærkt efter Vandfloden. Lad os huske at det er forholdet mellem kulstof-14 og kulstof-12 der bestemmer den specifikke aktivitet. Aktiviteten kan derfor enten være tiltaget eller aftaget, alt efter hvor hurtigt havet blev tilført karbonat som følge af erosionen af landområderne. Det kan selvfølgelig være (skønt det ikke er sandsynligt) at forøgelsen af det ene stof blot har opvejet forøgelsen af det andet; hvis det er tilfældet er kulstof-14-uret overhovedet ikke blevet berørt af Vandfloden. Libby pegede på den mulighed at en sådan tilfældig ligevægt kunne resultere i en „overensstemmelse mellem det forudsagte og det konstaterede kulstof-14-indhold i organiske materialer fra en tid man har fastsat historisk“.⁷ Men han foretrak ikke denne forklaring.

Eftersom den samlede kulstof-14-beholdning og den samlede kulstof-12-beholdning er uafhængige af hinanden, er det muligt at give en forklaring på den høje alder der ofte bliver tillagt gamle prøver. Hvis vi for eksempel antager at den specifikke aktivitet før Vandfloden kun var halvt så stor som den er nu, ville alle genstande fra tiden før Vandfloden virke omkring 6000 år ældre end de i virkeligheden er. Dette ville også gælde et stykke tid efter Vandfloden, men som følge af den hurtige erosion af karbonat i århundrederne efter Vandfloden ville fejlen lidt efter lidt blive mindre. Det ser ud til at aktiviteten omkring 1500 f.v.t. havde nået sin nuværende størrelse, eftersom kulstof-14-dateringerne af prøver fra og med den tid forekommer ret nøjagtige.

Samtidighedsprincippet

Dette er nogle af de problemer man er opmærksom på i forbindelse med kulstof-14-datering. Der er andre problemer som man ikke rigtig har beskæftiget sig med, og muligvis nogle som man endnu ikke har tænkt på. Det er grunden til at den teori der blev fremsat for tyve år siden, ikke længere er holdbar. Det kan simpelt hen ikke lade sig gøre at bestemme den rette alder på en prøve, blot ved at måle det radioaktive kulstof i den og sammenligne det med aktiviteten i vor tid. Én side af kulstof-14-teorien ser imidlertid ud til at have holdt stik indtil nu, nemlig samtidighedsprincippet.

Dette princip går ud på at kulstof-14-niveauet på et givet tidspunkt i fortiden altid har været ens over hele verden, sådan at aktiviteten har været den samme i alle prøver fra samme tid. Medmindre prøverne har været udsat for ændringer og forurening vil deres aktivitet derfor være henfaldet til det samme målte niveau i dag. Selv om alle de andre antagelser må forkastes, kan man derfor — hvis man er i stand til at kulstof-14-datere et tilstrækkeligt antal prøver hvis nøjagtige alder man i forvejen kender, og på grundlag af dette udarbejder en korrigeringskurve — ved hjælp af kulstof-14-metoden finde ud af hvor en prøve må placeres i forhold til denne kurve, og på denne måde slutte sig til dens alder.

På et laboratorium har forskerne samlet en række prøver fra gamle træer, og har fastslået deres alder ved at tælle årringene. De har indsendt sådanne prøver til kulstof-14-laboratorierne, og årringsdateringerne accepteres nu af mange som et solidt grundlag for kulstof-14-kronologien. Ja, uden dette „nødgrundlag“ ville kulstof-14-uret nu være så beskadiget at det kun løseligt kunne anslå en genstands virkelige alder.

Men hvis vi skal fæste lid til de korrigerede kulstof-14-dateringer, må vi være rede til at antage årringsdatering som den grundlæggende målestok. Hvor pålidelig er denne nye metode? Lad os undersøge den i den følgende artikel.

[Fodnote]

[Grafisk fremstilling på side 8]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Korrigeringskurve for kulstof-14-dateringer

1950 e.v.t.

1000 e.v.t.

 0

3000 f.v.t.

7000 f.v.t.

Magnetometer

Kulstof-14-dateringsmetoden er blevet „korrigeret“ så meget af eksperterne at selv andre videnskabsmænd vanskeligt forstår den. Giver „korrektionerne“ flere muligheder for fejl?