Original oder Fälschung?

Transkript

1 Original oder Fälschung? Archäometrie Life Science Environmental Monitoring Altersdatierung C-Analyse

2 Original oder Fälschung? Wir bringen Licht ins Dunkel der Vergangenheit Für die zeitliche Einordnung archäologischer Funde, Kunstgegenstände oder Fossilien ist die Radiokarbonoder C-Methode inzwischen ein unverzichtbares Hilfsmittel geworden. So kann der Sterbezeitpunkt eines Organismus anhand dessen organischer Überreste bis zu etwa Jahren zurückdatiert werden. Eine der Top-Adressen in Deutschland für Altersdatierungen ist das AMS C-Labor Erlangen. Die 1978 entwickelte AMS-Technik ist die zweifellos zuverlässigste und empfindlichste Messmethode zur C-Bestimmung und absoluten Altersdatierung, die nur kleinste Probenmengen und kurze Messzeiten erfordert. Die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg war deutschlandweit der Vorreiter, der diese neue Technik etablierte. Seit 1995 führen wir mit dieser Technik Altersdatierungen nach der C-Methode durch. Im Oktober 2000 wurde in einer pakistanischen Provinz eine Mumie entdeckt. Die Inschrift auf dem Holzsarkophag deutete darauf hin, dass es sich um Ruduuna, die Tochter des großen persischen Herrschers Xerxes handelt, der vor etwa 2500 Jahren lebte. Dieser erste Fund einer persischen Mumie war eine archäologische Sensation. Um Gewissheit über deren Alter zu bekommen, wurden unterschiedliche Proben (Haare, Haut, Muskelfasern) in Erlangen mit Hilfe der Radiokarbon- Methode datiert. Die Ergebnisse waren ernüchternd: Die Messungen ergaben, dass der Tod der Frau zwischen 1994 und 1996 eingetreten ist. Somit handelt es sich um eine aufwändig hergestellte Fälschung, die mit den Mitteln der modernen Wissenschaft entlarvt wurde. Mit unserem umfangreichen Knowhow und der langjährigen Erfahrung können wir Ihnen höchste Zuverlässigkeit bei den Messergebnissen garantieren. Dr. Thomas Uhl (Gruppenleiter AMS C-Labor Erlangen) Vom urzeitlichen Vogelnest bis hin zu neuzeitlicher Kunst in Erlangen wurden bereits zahllose Originale datiert, aber auch Fälschungen aufgedeckt. Jenseits der Geschichtsschreibung bringen naturwissenschaftliche Datierungen oft als Einzige Licht ins Dunkel der Vergangenheit.

3 Bei der AMS-Datierung liegt der von uns standardmäßig angestrebte statistische Fehler für rezente Proben bei 0,5 %, das entspricht etwa ±40 Radiokarbonjahren. Leistungsspektrum Neben dem reinen Routinebetrieb pflegt das AMS C-Labor Erlangen einen engen Kontakt zu Kunden und anderen Forschungsinstituten. Durch diesen Austausch erweitern wir ständig das Spektrum an datierbaren Probenmaterialien. Kundenberatung Probenaufbereitung, d.h. chemische Reinigung Entfernung von Konservierungsmitteln Oxidation der Probe zu CO 2 Bestimmung des δ 13 C-Wertes Umwandlung zu elementarem Kohlenstoff AMS-Datierung Umrechnung auf das entsprechende Kalenderalter Prinzipiell können alle Materialien untersucht werden, die Kohlenstoff enthalten. Im Folgenden eine kurze Auswahl der von uns analysierten Materialien. Prof. Dr. Wolfgang Kretschmer (Spezialgebiet Beschleuniger- Massenspektrometrie): Kunsthistorische Gegenstände können zertifiziert werden. Bedingung ist, dass die Probenentnahme in unserem Labor durchgeführt wird. Holz Torf Muscheln Holzkohle Pollen Karbonate Samen Dokumente Kalkmörtel* Makroreste Textilien Eisen* Sedimente Knochen Die erforderliche Probenmenge hängt vom Kohlenstoffgehalt und dem Erhaltungszustand der Probe ab. Im günstigsten Falle genügen wenige Milligramm. Falls Ihr zu datierendes Probenmaterial in der Übersicht fehlt, kontaktieren Sie uns bitte. * hier wird der bei der Herstellung eingebrachte Kohlenstoff datiert.

4 Alle Vorteile auf einen Blick Unter können Sie online Ihren Auftrag vergeben. Sie erhalten umgehend eine Auftragsbestätigung und eine Benachrichtigung sobald Ihre Proben im Labor eingetroffen sind. Bei Fragen stehen Ihnen stets qualifizierte und erfahrene Ansprechpartner zur Verfügung. Eine sehr gute chemische Probenaufbereitung, bei der sämtlicher Fremdkohlenstoff entfernt wird, bildet die Grundlage für zuverlässige Ergebnisse. Kostengünstige Messung Kurze Bearbeitungszeiten Zuverlässige Ergebnisse Forschung und Entwicklung Aufgrund einer optimierten Probenbearbeitung können die Kosten pro Messung bei höchster Qualität sehr niedrig gehalten werden. Für Preisanfragen kontaktieren Sie uns bitte direkt. Wir senden Ihnen gerne die aktuelle Preisliste zu. Neben der sehr individuellen chemischen Probenaufbereitung benutzen wir für die Oxidation und Reduktion automatisierte Abläufe. Hierdurch werden sowohl mögliche Kontaminationsrisiken als auch Bearbeitungszeiten minimiert. durch eine individuell auf die jeweilige Probe abgestimmte Probenvorbereitung durch ständige Überwachung der einzelnen Vorbereitungsschritte durch die ausschließliche Verwendung von Materialien höchster Reinheit durch die ständige Messung von Eichstandards, so dass Fehlerquellen sofort erkannt und eliminiert werden können Unser Team aus hoch qualifizierten Wissenschaftlern ist ein wichtiger Bestandteil der internationalen Forschungsgemeinde im Bereich C-Datierung und AMS. Hierdurch erschließen wir nicht nur neue Anwendungs- und Forschungsbereiche, sondern erweitern auch stetig unser Spektrum der zu datierenden Probenmaterialien. durch eine regelmäßige erfolgreiche Teilnahme an internationalen Laborvergleichen (FIRI, VIRI).

5 Ablauf einer Altersdatierung Sämtliche Prozess-Schritte finden unter hochreinen Atmosphären statt, um eine Kontamination Ihrer Proben zu vermeiden. Auch werden nur von uns getestete hochreine Materialien verwendet, um auch hier jegliche Verunreinigungen auszuschließen. Schritt für Schritt nähern wir uns der Lösung des Rätsels: Original oder Fälschung. 1. Probenentnahme Sie können uns entweder das von Ihnen entnommene Probenmaterial zusenden oder uns mit der Probenentnahme beauftragen. Mit entsprechendem Spezialwerkzeug halten wir den Eingriff bei der Probenentnahme möglichst gering. 2. Chemische Vorbereitung Zur Entfernung von Fremdkohlenstoff, der das Alter einer Probe verfälschen könnte, und zur Anreicherung der zu datierenden Komponenten (z.b. Kollagen aus Knochen), werden chemische Vorbereitungen durchgeführt. 3. Oxidation zu CO 2 Für die Messung in der AMS-Anlage werden die gereinigten Proben in einem Elementar-Analysator vollständig zu Kohlendioxid verbrannt. Ein kleiner Teil des entstehenden CO 2 wird in einem Massenspektrometer für stabile Isotope zur Bestimmung des δ 13 C- Wertes analysiert. 4. Reduktion / Targetherstellung Das restliche gesammelte CO 2 wird anschließend in einer vollautomatischen Graphitisierungsanlage zu elementarem Kohlenstoff reduziert. Der aus der Reduktion gewonnene Kohlenstoff wird zuletzt zu einem Messtarget verarbeitet. 5. Messung in der AMS-Anlage Bei der Messung in der AMS-Anlage wird der C- Gehalt der Probe bestimmt. Die Ergebnisse werden dann abschließend auf das Kalenderalter umgerechnet.

6 kosmische Strahlung Radiokarbonmethode Die Radiokarbonmethode ist ein von W.F. Libby im Jahre 1947 entwickeltes Verfahren zur Altersdatierung organischer Materialien erhielt er dafür den Nobelpreis für Chemie. An einem Holzstück aus dem Sarg des Pharaos Djoser konnte seine Methode erstmals bestätigt werden. Eine Sensation jetzt gab es endlich präzise naturwissenschaftliche Datierungsmöglichkeiten. Wie funktioniert die C-Methode? Somit verteilt sich das radioaktive Kohlenstoffisotop über die Nahrungskette in alle Lebewesen. Solange ein Organismus lebt, nimmt er C auf und speichert es. Mit dem Tod endet die Aufnahme und es findet nur noch der Zerfall statt. Die C-Uhr beginnt zu laufen. Kennt man die ursprüngliche C-Konzentration in einem Lebewesen und misst was heute davon noch übrig ist, lässt sich daraus das Alter des Untersuchungsobjekts berechnen. obere Atmosphäre atmosphärische Durchmischung Oxidation Neutronen N C CO 2 +O 2 Kohlenstoff, der die Grundlage organischen Materials ist, kommt in zwei stabilen Isotopen der Masse 12 und 13 vor. Durch das Auftreffen kosmischer Strahlung auf die oberen Atmosphärenschichten entsteht in Kernreaktionen ein weiteres instabiles Kohlenstoff-Isotop der Masse. Dieses zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren. Das entstandene C oxidiert sofort zu CO 2, welches von Pflanzen aufgenommen wird. Die Grenzen der C-Methode. Je älter das Objekt, desto weniger radioaktiver Kohlenstoff ist übrig und man kommt an die Grenzen des Messbaren. Zwischen 40 und Jahren geht der Gehalt sehr schnell zurück. Extrem alte Funde kann man nur dann genau datieren, wenn sie vollkommen frei sind von Verunreinigungen durch modernen Kohlenstoff, der schon in geringsten Mengen das Signal überdecken kann. Photosynthese Biosphäre (ca. 15 km) Zerfall des C Pflanzen nehmen radioaktives C über die Photosynthese auf C gelangt somit in die Nahrungskette aller lebenden Organismen Nach Lebensende findet nur noch der Zerfall von C mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren statt. Moderner Kohlenstoff (pmc) [%] Zerfallskurve C Der Anteil des noch enthaltenen C zeigt das Alter der Probe an Zeit [Jahre] Unsere modernen, hochgenauen Datierungen, für die ein gewaltiger technischer Aufwand betrieben wird, bringen oftmals das alte Weltbild mit neuen Untersuchungen ins Wanken.

7 Durch diese Entwicklung konnte die benötigte Kohlenstoffmenge auf 1 mg reduziert und die eigentliche Messdauer auf circa 30 Minuten drastisch gesenkt werden. E-Feld 15 Ionenquelle Tandembeschleuniger Magnet 55 E-Feld 90 Magnet 90 Ionendetektor Beschleunigerphysik Beschleunigung der einzelnen Kohlenstoffionen durch hohe Spannungen von mehreren Millionen Volt, Abtrennung des molekularen Untergrundes und Detektion dieser durch kernphysikalische Nachweismethoden. Massenspektrometrie Trennung von Teilchen nach ihrer Masse durch elektrische und magnetische Felder. AMS-Technik Die Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS Accelerator Mass Spectrometry) ist eine physikalische Methode zur Messung extrem seltener Isotope, die Ende der 1970er Jahre entwickelt wurde. eine größere Probe entnehmen, als überhaupt vorhanden ist. Bei der konventionellen Datierung wird das C indirekt über dessen Zerfall gemessen. Wegen der großen Halbwertszeit zerfallen nur sehr wenige C pro Stunde. Daher wird eine und Massenspektrometrie können Atome einzeln sortiert und gezählt werden, wobei man zur Vermeidung systematischer Fehler das Isotopenverhältnis C zu 13 C misst. Hierbei muss also nicht mehr auf den Zerfall der C-Atome gewartet werden. Diese innovative Methode hat viele Vorteile. Ein Beispiel: Man hat nur eine winzige Elfenbeinschnitzerei und weiß, dass der organische Bestandteil bei nur fünf Prozent liegt. Nun müsste man für eine genaue konventionelle Bestimmung (Zählrohrmethode) große Probenmenge bei langer Messdauer benötigt. Das Zählen einzelner Atome. Die Altersbestimmung kleinster Proben ist mit höchstem Technikeinsatz verbunden: Durch die Kombination von Beschleunigerphysik Durch diese direkte Messung konnte die Kohlenstoffmenge auf 1 mg reduziert und die eigentliche Messdauer auf circa 30 Minuten drastisch gesenkt werden. Gleichzeitig wurden viele neue Anwendungsbereiche der C-Methode erschlossen.

8 Forschung und Entwicklung Wir arbeiten ständig an der Verfeinerung unserer Forschungsmethoden. Aber auch Neuentwicklungen sind selbstverständlicher Bestandteil unserer Arbeit. Durch ein, in unserem Labor entwickeltes, automatisches Gashandling-System (autogas-v9) konnten wir den Untersuchungsablauf weiter optimieren: es genügen Kohlenstoffmengen ab 1μg eine hohe Anzahl an Proben kann sehr schnell gemessen werden Dies ermöglicht vor allem den Einsatz der C-Methode in folgenden Forschungsbereichen. Umweltanalytik Die C-Konzentration in toxischen Umweltchemikalien gibt Aufschluss über den Beitrag des Menschen zu deren Entstehung. Biomedizin Durch die Beobachtung von mit C in humanrelevanten Dosen markierten, krebserregenden Stoffen können beispielsweise die Ursachen der Tumorgenese erforscht werden. Das weltweit erste automatische Gashandling-System autogas-v9 wurde im AMS C-Labor Erlangen konzipiert und aufgebaut. Unsere eigenen Entwicklungen ermöglichen uns, die C-Analyse in vielen weiteren Forschungsbereichen einzusetzen. Das System kommt speziell für Untersuchungen von Kohlenstoffmengen im Mikrogrammbereich zum Einsatz. nahezu kontaminationsfreier Prozessablauf Pharmakologie Durch eine C-Markierung von Medikamenten kann eine Wirkstoffanreicherung im Körper untersucht werden. Bereits seit August 2005 läuft das autogas-v9 im Routinebetrieb und Proben können nun in Form von CO 2 ohne Reduktion und Targetproduktion gemessen werden. Für die Bearbeitung konventioneller Proben wurde eine vollautomatische Graphitisierungsanlage entwickelt, um ebenfalls einen hohen Probendurchsatz erreichen zu können. Automatisches Gashandling-System autogas-v9 Die Vorteile liegen in einer schnellen Bearbeitung der Proben und einer nahezu kontaminationsfreien Handhabung des Probenkohlenstoffs. Dadurch können Datierungen an Proben im Mikrogramm-Bereich durchgeführt werden können.

9 Weitere Informationen AMS C-Labor Erlangen Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Physikalisches Institut IV Erwin-Rommel-Straße Erlangen, Germany Telefon: Telefax: c@physik.uni-erlangen.de