Dette er et helt grunnleggende spørsmål når det kommer til å forstå verden rundt oss. Hvis vi ikke vet hvor gammelt noe er, kan vi heller ikke sette det i en større sammenheng eller forstå hvordan forskjellige fenomener i verden henger sammen.

Men hvordan kan vi bestemme alderen på noe som helst? Det finnes nesten ingen åpenbare tegn på nøyaktig hvor mange sekunder, minutter, dager eller år siden noe i naturen ble til eller levde.

Et stort unntak er trær, som hele livet bærer en vanvittig detaljert historie om hvert eneste år det har levd i årringene sine. Denne egenskapen er så verdifull at moderne datering hadde vært helt på jordet uten årringer, men dette skal vi komme tilbake til.

Denne historien handler om radiokarbondatering, en teknikk som ble utviklet på slutten av 1940-tallet. Den ga arkeologer muligheter til å gjøre relativt nøyaktige dateringer av døde rester av trær, mennesker og dyr som en gang har vært levende.

Hvis du er interessert i arkeologi, har du garantert hørt om denne teknikken, også kalt karbon-14-datering. I denne saken skal vi forsøke å gi deg litt dypere innsikt i hva dette egentlig betyr.

Radioaktivitet

Det er mye som må være på plass før man kan gjøre en nøyaktig datering - du kan ikke bare måle materialet i en knokkel og finne ut akkurat når den var hoftebeinet til et pustende, levende menneske.

Før vi kommer til radiokarbondatering, må vi snakke litt om radioaktivitet. Dette ordet forbindes nesten bare med noe farlig, men hvis det ikke var for kunnskapen om radioaktivitet, hadde vi hatt meget begrenset kunnskap om hvor gammelt universet eller tingene rundt oss er.

Radioaktivitet ble beskrevet for første gang helt på slutten av 1800-tallet, noe som ga Pierre Curie, Marie Curie og Henri Becquerel en Nobelpris i 1903, så vi har ikke visst om denne viktige egenskapen i mer enn 120 år.

Et helt grunnleggende element ved radioaktivitet er halveringstid. Alle radioaktive stoffer stråler ut og mister energi, som vi ganske enkelt kaller stråling. Etter en viss tid er halvparten av stoffet borte.

En uke eller milliarder av år

Dette er helt bokstavelig. Hvis du har 100 gram av radioaktivt uran-237, vil halvparten av stoffet være borte på en uke. Det gjennomgår desintegrasjon, som det kalles ifølge Store norske leksikon. Et ustabilt stoff blir til et annet, mer stabilt stoff. Uran-237 blir etterhvert til grunnstoffet med det artige navnet neptunium-237.

En isotop er en variant av et grunnstoff, men ulikt antall nøytroner i kjernen. Tallet bak grunnstoffet sier noe om hvor mange nøytroner det er i atomkjernen til isotopen.

Og halveringstiden kan være helt vilt forskjellig fra isotop til isotop.

Hvis du har 100 gram av isotopen uran-238, vil det ta nesten 4,6 milliarder år før halvparten har blitt borte og endret seg til isotopen thorium-234.

Dette kan brukes til å datere for eksempel stein med disse isotopene i seg. Hvis du har et lukket system, hvor det ikke tilføres noe nytt radioaktivt materiale, kan du se på mengdeforholdet mellom disse to elementene for å finne ut hvor lenge for eksempel et uran-isotop har blitt til et thorium-isotop.

Siden du nå vet halveringstiden, går det an å regne seg bakover for å finne ut når denne ene steinen ble til.

Denne «nye egenskapen» ved stoffet som universet er satt sammen av snudde opp ned på forståelsen av hvordan vi skal forstå alderen på ting. Et berømt eksempel er alderen på selveste jordkloden.

Hvor gammel sa du jorden var?

I 1865 publiserte den svært kjente vitenskapsmannen William Thomson, bedre kjent som Lord Kelvin (som har fått en temperaturskala oppkalt etter seg) en artikkel om jordens alder.

I denne artikkelen kom han fram til at jorden må være omtrent 100 millioner år gammel, basert blant annet på regnestykker om hvor mye varme jorden har mistet, hvis den startet livet som en klump med flytende stein. Matten til Lord Kelvin kan du se i denne fysikkartikkelen fra 2002, publisert i tidsskriftet Physics Education.

Ifølge artikkelen var dette det endelige svaret på jordens alder i flere tiår, før radioaktivitet viste sitt revolusjonerende fjes og endret mye om hva folk trodde om grunnstoffene i universet. Dette åpnet også etterhvert døren til konsepter som fisjon og fusjon, prosessen som frigjør så mye energi at den holder solen i gang.

Såvidt vi vet, er jorden rundt 4,54 milliarder år, pluss/minus 500 millioner år, altså vanvittig mye mer enn Lord Kelvin trodde. Dette er målt blant annet ved hjelp av radioaktive isotoper i asteroider, som du kan lese mer om i denne utfyllende Wikipedia-artikkelen.

Radioaktivitet - i meg?

Radioaktivitet er rundt oss hele tiden og i kroppene våre. Med ideen om å bruke radioaktive grunnstoffer til å datere, fant til slutt forskere en kandidat til å kunne datere organismer som hadde levd en gang i fortiden: Karbon-14.

– Det er i alt du spiser: brød, salat og så videre, sier Marie-Josée Nadeau til forskning.no.

Hun leder det nasjonale laboratoriet for datering ved NTNU vitenskapsmuseet.

– Det radioaktive karbonet dannes hele tiden i den øvre atmosfæren på grunn av kosmisk stråling som påvirker nitrogen, sier hun til forskning.no.

Hvis du vil vite mer om hvordan dette foregår, kan du sjekke ut videoen i bunn av saken, som beskriver denne prosessen nøyaktig.

Den kosmiske strålingen som treffer nitrogen skaper radioaktive karbon-14 atomer, som utgjør en ørliten del av karbonet i atmosfæren. Dette ligger på rundt ett karbon-14 atom per en billion vanlige karbon-atomer.

– Delene av atmosfæren mikses med hverandre, og karbonet havner i den nedre delen av atmosfæren.

Planter tar til seg radioaktivt karbon, som blir en del av selve plantekroppen. Dyr og mennesker spiser disse plantene og hverandre, og siden vi bokstavelig talt er bygget opp av atomer, blir det radioaktive karbonet en del av selve strukturen vår: celler, bein, hud og hår.

Karbonet forsvinner også ut, siden levende organismer fornyes mens de lever.

Dermed vil kroppene og cellene i disse organismene også gjenspeile hvor mye karbon-14 det er i atmosfæren, siden de er i balanse med atmosfæren rundt seg.

Døden kommer

Men, når et menneske, en plante eller hva som helst dør, slutter det å utveksle karbon med omgivelsene sine. Da kommer det ikke inn noe nytt, radioaktivt karbon, og det begynner sakte men sikkert og stråle bort.

Karbon-14 har en halveringstid på rundt 5730 år, og etter omtrent 50 000 år etter at den levende vesenet døde, er det så lite igjen at det er vanskelig å måle.

Du kan måle hvor mange karbon-14 atomer det er igjen i en prøve, og dermed kan du i teorien beregne hvor lang tid det var siden organismen var i live, basert på en antagelse om at det alltid har vært like mye karbon-14 i atmosfæren.

Men dette gir deg ikke det sanne svaret, siden naturen er mer komplisert enn som så. Det er ikke alltid et stabilt nivå med karbon-14, det varierer litt fra år til år, noe som vil forstyrre alderen.

– Dette henger sammen med den svært kompliserte karbonsyklusen på jorden, hvor det for eksempel skjer en konstant utveksling av karbon mellom havet og atmosfæren. Det er andre faktorer også, som for eksempel solstormer, som vil danne mer karbon-14.

Atombombeprøvesprengningene i atmosfæren på 1950- og 1960-tallet skapte også mer karbon-14 i atmosfæren enn det som er vanlig fra naturens side.

Men dette er ganske forvirrende. En knokkel kan for eksempel dateres til å være 3000 år gammel, men dette er i teoretiske radiokarbon-år, ikke ekte kalenderår.

Disse årene omtales som Before Present (BP), så denne knokkelen er 3000 BP.

Ifølge metoden forskerne bruker, er denne knokkelen egentlig sannsynligvis et sted mellom 3281 og 3233 år gammelt, i såkalte kalibrerte år.

For å finne ut den ekte alderen, må du ha informasjon om hvilket ekte år som faktisk blir reflektert i karbon-14 prøven din.

Klimahistorien

– Dette kalles kalibrering, og er en helt essensiell del av prosessen, sier Nadeau til forskning.no.

Men hvordan finner man ut hvordan de atmosfæriske forholdene var for tusenvis av år siden?

Her kan trærne hjelpe oss. Mange forskjellige trær fra hele verden lager årringer for hvert år de lever, hvor de lagrer informasjon om atmosfæren akkurat det året.

Forskere har i mange tiår målt karbon-14 innholdet i årringer fra trær over hele verden. Noen trær blir fryktelig gamle, og trær som lever på samme sted, vil ha ganske like årringer på tvers av mange trær. Dermed kan et ungt tre ha ganske like årringer som et gammelt tre i de årene de har levd samtidig, og dette kan spores bakover, også med døde trær. Disse kan finnes ganske intakte i for eksempel myrer.

Dette kan gjøres mange forskjellige steder på jorden for å bygge opp et bibliotek med karbon-14 målinger fra tusenvis av år, ifølge dateringsnettstedet OxCal.

Men trær holder ikke til evig tid, så disse målingene går ikke enger tilbake enn rundt 14 000 år.

Da har forskere måtte se andre steder som potensielt lagrer informasjon om atmosfæren. Dette kan være dryppsteiner i huler, jordavsetninger, fossiler og mange andre varianter.

Alle disse målingene samles i de store kalibreringskurvene, som vi skal ta en kikk på.

– Da kan vi sammenligne karbon-14 innholdet i en prøve med atmosfærehistorikken, og finne den mest sannsynlige tiden denne prøven stammer fra, sier Marie-Josée Nadeau til forskning.no.

Disse kalibreringskurvene har kommet i mange forskjellige varianter opp gjennom tiårene, og de oppdateres hle tiden på grunn av nye oppdagelser.

Kalibrering og usikkerhet

Under kan du se hvordan en sånn kalibreringskurve ser ut. På venstre side av grafen ser du radiokarbon-år, mens på bunn kan du se hvilket kalenderår dette tilsvarer.

Dette er hentet fra OxCal, et kalibreringsprogram som ligger fritt ute på nett, og hvor hvem som helst kan registerere seg, hvis du har lyst til å kikke på den ekte kalibreringskruven.

Det blå båndet er selve kurven, og bredden på båndet sier noe om usikkerhetene i målingene. Jo bredere dette båndet er, jo større usikkerhet i målingene er det.

La oss ta denne imaginære knokkelen som vi snakket om tidligere som eksempel. Vi gjør en karbon-14 test på den, og den viser seg å være 3000 år gammel, i radiokarbon-år.

Hvis vi plotter denne alderen inn i kalibreringskurven, får vi dette resultatet:

Her kan du se spennet i virkelig år som den mest sannsynligvis stammer fra. En virkelig analyse vil være langt mer komplisert enn dette, men dette illustrerer prosessen.

Svakheter

– Det er svært viktig at prøven er helt ren, og ikke er forurenset av moderne karbon-14, sier Marie-Josée Nadeau til forskning.no.

Dette kan være vanskelig når det gjelder gamle prøver.

– Jo lengre bakover i fortiden du kommer, desto mindre karbon-14 er det i prøven, så sjansene for at det blir forurenset er desto større.

Et eksempel på dette er en noe som kalles Sungir-gravene i Russland, som ligger øst for Moskva. Disse ble funnet på 1950-tallet, men har blitt utgravd gjennom flere tiår.

Det har blitt funnet mange mennesker her, men dateringen har gitt vilt forskjellige svar, fra omtrent 19 000 år BP til 28 800 BP.

Det er alltid en usikkerhet i selve måleinstrumentene, men dette har sannsynligvis med håndtering og forurensning av prøvene å gjøre, ifølge forskningen, publisert i tidsskriftet PLOS One i 2014.

Etter å ha trukket ut et protein som nesten helt sikkert stammer fra knoklene selv, mener de å ha funnet en svært nøyaktig dateringer av disse menneskene, som plasserer dem rundt 30 000 BP.

Levende?

Radiokarbondatering har en åpenbar svakhet: Det du skal datere må ha hatt muligheten til å ta til seg radioaktiv karbon, det vil si at det må ha vært i live en gang.

Arkeologer finner for eksempel masse flint som har blitt behandlet av mennesker.

Rester av produksjon etter flintverktøy finnes ofte der det har levd mennesker, men du trenger noe organisk i tillegg til flinten hvis det skal kunne dateres på denne måten.

Og så er det selvfølgelig den øvre grensen på omtrent 50 000 år, som kan overskrides litt med spesielle teknikker.

Nye kalibreringskurver

Kalibreringskurvene er også under konstant arbeid, og snart skal det lanseres nye, mer detaljerte kurver. Den som brukes nå kalles IntCal 13.

– Arkeologer ønsker seg mer presis datering, så arbeidet er i gang med å lage mer detaljerte kurver, forteller Marie.

Det finnes flere andre dateringsteknikker som kan brukes for å datere eldre gjenstander enn karbon-14 tillater, som vi kan komme tilbake til i andre artikler om datering.

Når du begynner å nærme deg grensen for hva som kan dateres med karbon-14, blir også usikkerhetene desto større.

Du kan tydelig se hvordan kurven blir mye mindre detaljert etter hvert som vi går lengre og lengre inn i fortiden.

Hvis du fortsatt er interessert i datering, kan du lese om det eldste eksemplaret av Homo sapiens som noen gang er funnet, over 300 000 år gammelt.