Wie weiß der Glaziologe und der Geologe, wann, zum Beispiel, die skandinavische Eisdecke der Letzten Eiszeit weg geschmolzen ist? Wie weiß er, wann die Pleistozän-Epoche dort geendet hat und wann die Holozän-Epoche begonnen hat? – Normalerweise – unter anderem, indem er die ältesten Sedimente am Boden der Seen und Teiche radiokohlenstoff-datiert, welche das schmelzende Eis auf dem enteisten Gebiet zurückgelassen hat. Wie zuverlässig sind diese Radiokohlenstoff-Daten? Und wie zuverlässig ist das Zeitrechnung des späten Pleistozäns und frühen Holozäns, die auf diesen Radiokohlenstoff-Daten beruht? Wie vertrauenswürdig ist sie? Was haben die Wissenschaftler jetzt darüber herausgefunden?
D. G. Sutherland, Universität von Edinburgh, berichtet unter der Überschrift, „Probleme mit dem Radiokohlenstoff-Datieren von Ablagerungen in neu enteistem Gebiet: Beispiele aus dem schottischen Spätglazial“, in Studies in the Late Glacial of North-west Europe, Oxford, 1980, pp. 139-149:
„Bei Diskussionen um die Genauigkeit der basalen Radiokohlenstoff-Daten heißt es oft, die Daten seien vielleicht verschmutzt worden, weil sie (die Probe) alten Kohlenstoff aufgenommen hat, der aus dem benachbarten Grundgestein stammt. Und zwar, entweder durch Unterwasser-Photosynthese (der bekannte ‚Hartes-Wasser-Fehler‘, den Deevey et al., 1954 zuerst beschrieben haben), oder weil die Probe Kohlenstoff wie Graphit in unveränderter Form in sich aufgenommen hat. Ich untersuche hier die Möglichkeit, ob neu enteistes Gebiet hartes-Wasser-Fehler in basalen Radiokohlenstoff-Daten verursachen kann.“ (1980:142).
„Die Möglichkeit eines harten-Wasser-Fehlers, meint man oft, vermindere sich, wenn keine kalkhaltigen Steinen oder Findlinge innerhalb des betreffenden Reservoir-Gebietes vorhanden sind. Dies ist eine wichtige Überlegung, sogar im Grampischen Hochland von Schottland, denn Kalksteine sind in den Dalradischen Felsen weit verbreitet. Man darf hier aber auch nicht vergessen, dass es nur wenigen Steine gibt, die keinen Kohlenstoff enthalten. Das Handbook of Geochemistry (1966; pp. 6-E-1, 6-E-2, 6-M-1) enthält Listen, die zeigen, wie viel Kohlenstoff die verschiedenen Gesteinsarten enthalten. Im schottischen Hochland ist besonders der Kohlenstoffgehalt der granitischen und stark metamorphischen (veränderten) Steine interessant. Ihr durchschnittlicher Gehalt ist sehr ähnlich. Granit enthält zwischen 110 und 270 ppm C elementaren Kohlenstoff und zwischen 200 und 1.100 ppm CO2 Karbonat (Kohlensäuresalz). Der gesamte Gehalt an Kohlenstoff beträgt durchschnittlich 600 ppm (0.06%).
„Die Wahrscheinlichkeit, dass solche anscheinend kleine Mengen an Kohlenstoff die Radiokohlenstoff-Daten beeinflussen, hängten von folgendem ab (1) Freilassen des Kohlenstoffes aus den Steinen und (2) Einverleiben in biogenisches Material. Ich werde später zeigen, dass ein Gletscher, der über Grundgestein rutscht, Kohlenstoff frei setzt. Und auch, dass in einem neu enteisten Gebiet der Erdboden und die Seen relativ viel alten Kohlenstoff enthalten, und der synthetisiert werden kann. Ich werde hier Beweise aus Gebieten anführen, die erst vor kurzem enteist worden sind, und von Gebieten, die schon vor längerer Zeit enteist worden sind. Ich möchte damit zeigen, dass dieser Boden chemisch und auch biologisch anders ist.“ - Sutherland, G. D. (1980:142).
„Ein Gletscher in gemäßigtem Gebiet, der über sein Bett rutscht, bewegt sich über Hindernisse in seinem Bett, zum Teil indem sich sein Eis verformt und zum Teil durch Druckschmelzen auf der Stoßseite der Hindernisse, mit der dazu gehörigen Regelation (Zusammenfrieren von Taueis) auf der Leeseite (Patterson, 1969 p. 119). Dadurch löst sich das Grundgestein auf der abgeschürften Stoßseite, wo Schmelzwasser entsteht. Dann nimmt das Regelations-Eis die gelösten Teile auf der Leeseite in sich auf. Immer mehr Forscher haben jetzt die chemische Zusammensetzung des Regelations-Eises untersucht (Souchez et al., 1973; Souchez und Lorrain,1975, 1978; Hallet et al., 1978). Und sie haben dabei festgestellt, das dieses Eis mit Na, Ca, K und Mg angereichert ist. Ein extremes Beispiel dafür gibt es in Gebieten mit kalkhaltigem Grundgestein. Auf der Stoßseite wird das Schmelzwasser mit CaCO3 überladen. Und wenn der Druck auf der Leeseite nachlässt, setzt sich das überschüssige kohlensaure Salz ab, (Ford et al., 1970; Hallet, 1976). Es bildet dann kleine Riffeln von aus Kalzium-kohlensaurem Salz. Sie lösen sich nach der Enteisung auf, und zwar im Laufe von 10-100 Jahren. Dadurch können dann der Erdboden, die Pflanzen und die Seesedimente diesen alten Kohlenstoff in sich aufnehmen.“
Anmerkung: Regelation: Das Wiedergefrieren von Wasser, das unter Druck aus geschmolzenem Eis entstanden ist, wenn der Druck nachlässt.
„Das Gebiet, in dem das Eis kurz vorher weg geschmolzen ist, ist stark von den chemischen Merkmalen der nackten mineralischen Erde beeinflusst, die der Gletscher bei seinem Rückzug freigelegt hat. Vor Gletschern, die jetzt zurückweichen, hat man oft pH-Werte von über 8 in Erdböden gemessen, die nicht mit Pflanzen bewachsen sind (z. B. Goldthwaite et al., 1966; Moiroud und Gonnet, 1977). Und zwar mit einer Alkalinität auf nacktem Erdboden, die nicht notwendigerweise vom nahegelegenen kalkhaltigen Grundgestein abhängt, worauf Braun-Blanquet ausdrücklich hingewiesen hat (1965). In ehemals enteistem Gebiet zeigen chemische Analysen von basalen Sedimenten in den untersten Schichten relativ hohe Werte von Ca, Mg und Na (Pennington et al., 1972).
„Pollenanalysen basaler Sedimente zeigen, dass Vegetation, die heute gewöhnlich auf kalkhaltigen oder basenreichen Böden wächst, für Pionierpflanzen-Gesellschaften typisch ist (Grau und Lowe, 1977). Die Analyse von lipoiden (= Fett) Fragmenten in sedimentärer organischer Materie (Cranwell, in Pennington, 1977b) zeigen uns, dass basale Sedimente in Seen mit hohem trophischem (Ernährungs) Wert abgesetzt worden sind. Cranwell nahm an, dass diese nährstoffreichen Zustände entstanden sind, weil die Oberfläche von Felsen, die vorher vereist gewesen waren, ausgelaugt worden ist. Auch die Gletscherablagerungen haben viel dazu beigetragen.“ (1980:142, 143).
„Von besonderem Interesse für das Radiokohlenstoff-Datieren ist Cranwells Beobachtung, dass ein großer Teil des (geringen) Kohlenstoffgehalts im Spätglazial oder frühen Flandrischen Sedimenten von Wasserpflanzen und Mikroben stammt. Diese Quellen des organischen Kohlenstoffes haben ihren Kohlenstoff aus dem Wasser bekommen, in dem sie leben. Deshalb können sie den alten Kohlenstoff, der im Wasser enthalten ist, in sich aufnehmen. In nacheiszeitlichen Sedimenten hat man festgestellt, dass der trophische Status (Nährwert) des Sees absinkt, wenn ihn dann Erde und Pflanzen bedecken. Und der Beitrag der Wasserpflanzen und des Planktons, der organische Bestandteil in den Sedimenten, nimmt ab.
„Basale Radiokohlenstoff-Daten gewinnt man gewöhnlich aus Sedimenten, die 1-4% Kohlenstoff enthalten (cf. Pennington et al., 1972). Olsson (1972, Abb., 6) zeigt in einer Graphik die Menge des Verschmutzungsstoffes, den Altersunterschied zwischen dem Probenalter und dem Alter des Verschmutzungsstoffes und den Fehler im gemessenen Alter. Aus dieser Graphik kann man ersehen, dass ca. 6% Verunreinigung mit altem Kohlenstoff einen Fehler von 500 Jahren in einer Probe erzeugt. 12.5% Verunreinigung mit ähnlichem Material erzeugt einen Fehler von 1.000 Jahren. Eine datierte Probe, die nur 1% organischen Kohlenstoff enthält und einen Fehler von 500 Jahren hat, braucht nur ca. 0.06% Kohlenstoff, der ursprünglich aus dem Grundgestein stammt. Diese Probe zeigt uns: Proben, die nur wenig Kohlenstoff enthalten, auch wenn nur die durchschnittliche Kohlenstoff-Konzentration von Granitsteinen vorhanden ist, die dann in den Sedimente gelagert wird, genügt schon, um einen schwer wiegender Fehler zu erzeugen.“ - Sutherland, G. D. (1980:143).
Schmelzwasser
Wie viel alten Kohlenstoff enthält das Schmelzwasser in Gebieten, die erst vor kurzem enteist worden sind? Und wie beeinflusst dieses Schmelzwasser die Radiokohlenstoff-Datierung?
D. G. Sutherland: „Das Eis, das in einem Kesselloch oder einem Toteisloch schmilzt, und welches das meiste oder alles anfängliche Wasser im Kesselloch liefert, ist das basale Eis der Eismasse, die das Gebiet deckt hat.
„Wenn das Eis geschmolzen ist, wird sich das CO2 im Schmelzwasser schnell mit dem atmosphärischen CO2 vermischen. Es scheint daher für die Radiokohlenstoff-Probe keine größere Gefahr darzustellen. Das Eis schmilzt aber sehr langsam. Deshalb fügt das Schmelzwasser ständig CO2 in die entstehenden Kessel. Bei einer Eisdecke mag dieses CO2 mehrere Tausend Jahre alt sein. Dieser Mechanismus funktioniert deshalb wie ‚altes‘ Grundwasser, das in einen See sickert und das Wasser verhärtet.
„Kohlenhaltiges Material, das in Gletscherablagerungen enthalten ist oder im Eises selbst eingeschlossen ist, wird freigesetzt, wenn das Eis schmilzt. Und es fließt dann in die Seen oder Kessellöcher. Graphit, der aus dem Grundgestein und aus organischem Kohlenstoff stammt, das in früheren Interstadial- oder Interglazial-Zeiten entstanden ist, können den basalen Radiokohlenstoff am wahrscheinlichsten beeinflussen. Auch andere haben schon ihre verunreinigende Wirkung erkannt (Donner und Jungner, 1974). Aber man hat sie noch nicht im Zusammenhang mit Radiokohlenstoff-Daten aus dem schottischen Hochland diskutiert.
„Graphit ist überall in den metamorphen Gesteinen des schottischen Hochlandes verbreitet (Strahan et al., 1917) und der zutage tretende graphitische Schiefer von Dalradischem Alter wird in Abb. 1 (= in seinem Artikel) als ein Beispiel gezeigt. Graphit stellt für das Radiokohlenstoff-Datieren ein Problem dar, er ist ein Verschmutzer, der ein ‚unendliches‘ Alter hat. Und man kann ihn nicht bei der üblichen Vorbehandlung der Proben im Radiokohlenstoff-Laboratorien entfernen. Bei Proben, die nur wenig Kohlenstoff enthalten, können schon recht kleine Mengen von Graphit einen bedeutenden Datierfehler erzeugen. Ostrem (1965) fand, zum Beispiel, einen Fehler von über 3.000 Jahren in einem kohlehaltigen Material, das aus dem Eis einer neoglazialen Eiskern-Moräne stammt. Diese Probe hat man später in einem Laboratorium untersucht. Dabei hat man festgestellt, dass nur 0.07% ihres Gewichtes aus Graphit bestand. Ostrem konnte dann unter dem Mikroskop den Graphit sehen und schätzte grob die Menge an Graphit, die in dieser Probe enthalten war...
„Organisches Material, das aus früheren Interstadialen oder Interglazialen stimmt, ist ein potentieller Verschmutzer. Er ist besonders im Falle der Gletscher des Loch Lomond Stadials lästig. Das trifft auch auf Gletscher zu, wo ein großer Teil kurzlebiger Ablagerungen umgeschichtetes Eisdeckengeröll ist, das vorher von Erde und Pflanzen bedeckt gewesen ist. Diese Verschmutzung kann man nur schwer kennen, zum Beispiel durch Pollen-Analysen. Denn die Pflanzen, die dort gleich vor dem Loch Lomond Stadial gewachsen sind, waren denen, die dort im spätglazialen Interstadial gewachsen sind, recht ähnlich.“ – Sutherland, D. G. (1980:144).
Sedimente vermischen
Wie vermischen sich Sedimente, wenn älterer Kohlenstoff mit jüngerem Kohlenstoff vermischt wird? Wie beeinflusst das die Radiokohlenstoff-Datierung?
D. G. Sutherland: „Wenn sich Sedimente vermischen, bewegt sich der ältere Kohlenstoff in der Sedimentsäule nach oben und der jüngere Kohlenstoff nach unten. In der Mitte einer gleichförmigen Säule von Sedimenten wird die Probenscheibe wahrscheinlich eine Mischung enthalten, die ebenso viel jungen wie alten Kohlenstoff enthält. Dadurch heben sie sich bei der Radiokohlenstoff-Probe gegenseitig auf.“ (1980:146).
Ergebnis
Was könnten wir jetzt aus diesen Ergebnissen über das Radiokohlenstoff-Datieren schließen, und zwar von Proben, die aus Gebieten stammen, in denen das Eis erst vor kurzem weggeschmolzen ist? Wie zuverlässig sind sie?
D. G. Sutherland: „Das neu enteiste Gebiet hat seinen eigenen chemischen und daher auch biologischen Charakter. Für das Radiokohlenstoff-Datieren ist dies in zweierlei Hinsicht wichtig. Erstens, die Eiszeit liefert ‚alten‘ Kohlenstoff aus vielen verschiedenen Quellen,– aus Steinen, altem Kohlenstoffdioxyd, überarbeitete organische Materie; und zweitens: Zuerst bedeckt nur wenig Erde und nur wenige Pflanzen den Boden des neu enteiste Gebietes. Deshalb enthalten die Sedimente, die sich dann in den Seen absetzen, nur wenig Kohlenstoff. Ein großer Teil dieses Kohlenstoffes stammt aus aquatischen Quellen. Der niedrige Kohlenstoffgehalt der Proben, die man datiert hat, bewirkt, dass diese Probe schon für recht kleine Mengen von Verunreinigung anfällig ist. Einige (z. B. Shoton, 1967; Bowen, 1978) meinen, der Einfluss dieses alten Kohlenstoffes als Verschmutzer sei nicht wichtig.
„Und zwar, weil man sehr viel alten Kohlenstoff braucht, damit ein bestimmter Fehler entstehen kann. Man braucht viel weniger modernen Verschmutzer (modernen Kohlenstoff), um einen Fehler zu erzeugen, der ebenso groß ist (z. B. bei einer Probe, die 12.000 Jahre alt ist, braucht man 10% alten Kohlenstoff, um einen Fehler von +850 Jahren zu erzeugen., während 10% moderner Kohlenstoffes dann einen Fehler von –2.400 Jahren erzeugt). Aber bei Proben, die nur wenig Kohlenstoff enthalten, erzeugt schon wenig Verunreinigung, wenig alter Kohlenstoff, große Fehler in der Datierung, besonders in einer Umgebung, die dafür günstig ist.
„Die Vorbehandlung von Proben im Laboratorium wird auch noch dadurch kompliziert, weil man oft nicht weiß, woher der Kohlenstoff in der Probe stammt. Graphit kann man zum Beispiel überhaupt nicht konsequent aus einer Probe entfernen, selbst dann nicht, wenn man ihn entdeckt hat.“ - Sutherland, D. G. (1980:148).
Manitoba See
Alter Kohlenstoff in jungen Sedimenten im Manitoba See, im Südosten Kanadas: Wie beeinflusst er dort das Radiokohlenstoff-Datieren?
E.M.V. Numbudiri, James T. Teller und W. M. Last, Abteilung Erdwissenschaften, Universität von Manitoba, in Winnepeg, berichten: „Vor-quartäre Mikrofossilien und anomaler alter Kohlenstoff in feinkörnigem organischem Material in den Sedimenten des Manitoba Sees deuten darauf hin, dass dort alter nicht-kohlensaurer Kohlenstoff diese feinkörnigen Ablagerungen verunreinigt.
„Diese vor-quartären Mikrofossilien bilden bis zu 80% der gesamten palynomorphen Ansammlung in der frühen nacheiszeitlichen Zone, in der die Fichte vorherrschte. Ihr Prozentsatz nimmt allmählich nach oben hin in der Sediment-Säule ab, bis zu einer Tiefe von 5 m, dann sind dort keine vor-quartären Mikrofossilien mehr vorhanden.“ (1980:123, 124).
„Viele dieser alten Mikrofossilien findet man in den Sedimenten der Oberen Kreideformation im westlichen Teil des Inneren von Nordamerika. Die Oberfläche des Grundgesteins westlich und südlich vom Manitoba See besteht vorwiegend aus Schiefern der Kreidezeit und des Juras, mit zwischengelagerten Kohleschichten, Siltgestein (feines Sandgestein) und kohlensauren Salzen (Karbonaten). Die Oberfläche des Grundgesteins ist unterschiedlicher hoch mit Gletschersedimenten bedeckt, die viele kreidezeitliche Schieferbestandteile enthalten.
„Das älteste Süßwassersediment, das man dort im Manitoba Seebecken kennt, wurde dort in der Zeit des Agassiz Sees abgesetzt (etwa 12.500 bis 9.000 v. h.). In dieser Zeit war der See meistens viel größer als heute. Und die Wellen brandeten 60 km weiter westlich und südlich gegen den kreidezeitlichen Schiefer des Manitoba Steilhanges.
„Der größere Teil dieser vor-quartären Mikrofossilien im unteren Teil der Sedimentsäule wurde damals in diesem Becken abgesetzt, als die Wellen gegen den westlichen Strand schlugen, während die Flüsse, vom Schmelzwasser angeschwollen, das kreidezeitliche Grundgestein im westlichen Teil des Inlandes überfluteten. Dann wich die kontinentale Inlandeisdecke weiter nach Norden zurück. Und der See wurde immer kleiner. Und der westliche Strand sandte jetzt nicht mehr viel Sediment in das Manitoba Becken.“ (1980:124, 125).
„Auch andere Forscher haben schon erkannt, dass die quartären Sedimente des Sees durch vor-quartäre Mikrofossilien verschmutzt sind. Doch niemand hat bis jetzt zugegeben, dass diese Verunreinigung noch ein anderes Problem verursacht: Verunreinigung durch andere vor-quartäre organische Materie. Vor-quartäre Mikrofossilien werden aus dem Gestein und dem glazialen Geröll der Wasserscheide ausgewaschen. Dadurch wird auch noch andere alte organische Materie aus dem Schiefer heraus gespült, insbesondere Ligniten (Kohle).
„Viele Schiefer im Westen von Manitoba, enthalten viel organische Materie. Und die tertiären Gesteine südwestlich vom Manitoba See, enthalten viel minderwertige Kohle (Bannatyne, 1978). Es ist zwar schwierig zu sagen, wie viel nicht-karbonater Kohlenstoff (NCC) (als Verunreinigung) darin enthalten ist, wenn er darin fein verteilt ist. Wir glauben aber, dass man dies durch den Anteil der alten Mikrofossilien ermitteln kann.
„Besonders wichtig ist hier: Der alte NCC (nicht-karbonate Kohlenstoff) im Schlamm, den das Süßwasser abgesetzt hat, bewirkt, dass die Radiokohlenstoff-Daten zu alt sind. Im Manitoba See betragen die ‚Fehler‘ der Radiokohlenstoff-Datierung im untersten Teil der nacheiszeitlichen Sedimente, die das Süßwasser dort abgesetzt hat, mehr als 25.000 Jahre. Und im mittleren Teil dieser Sedimente nur bis zu etwa 2.000 Jahre. Die Tatsache, dass diese Daten nicht genau das Alter dieser Sedimente darstellen, kennt man auch aus den alten geologischen und phytogeographischen Ereignissen in diesem Gebiet.
„Die Fichte (Picea), zum Beispiel, ist in diesem Gebiet zwischen 10.000 und 11.000 v. h. zurück gegangen (Richie, 1976). Und diese Schicht liegt dort heute in einer Tiefe von 10 bis 11 m... Die Sedimente, die unter dieser Tiefe liegen, enthalten viel Trümmergestein, das Eisschollen dorthin gebracht haben. Und zwar in der Zeit des früheren Agassize Sees, die vor etwa 11.000 Jahren endete. Deshalb widerspricht das Labordatum von mehr als 29.000 v. h. aus einer Tiefe von 10.2 m, den anderen, unabhängigen Beweisen.“ – Nambudiri, E.M.V. et al. (1980:125).