Datierung von Tonkeramik und die mögliche Nutzung als Klimaarchiv

Ein interessantes Paper ist in den Proceedings der Royal Society erschienen (hier als PDF), in dem eine Methode beschrieben wird, das Alter von Keramik aus gebranntem Ton zu bestimmen.

Die Forscher haben seit einigen Jahren an diesem Problem getüftelt, zu dem gehörte, die Art von Mineral herauszufinden, die sich vorhersehbar verhält, dann die chemische Reaktion beschreiben und schleißlich das Zeitverhalten zu charakterisieren. Daraus ist dann diese Methode zur Datierung entstanden.

Diese Sache ist nämlich die folgende: Wenn man die gebrannte Keramik aus dem Ofen nimmt, setzen chemische Prozesse ein, die Wasser binden. Für eine kurze Zeit läuft dieser Prozess sehr schnell ab, dann aber setzt eine langsame, weitere Aufnahme und Bindung von Wasser ein, von der gezeigt werden konnte, dass sie mit t^(1/4) geht, also der vierten Wurzel der Zeit. Das ist für einen Diffusionsprozess ungewöhnlich, der normalerweise mit der Quadratwurzel der Zeit geht, aber da die Diffusion in das Keramik nicht ungehindert erfolgen kann, sondern nur langsamer durch möglicherweise blockierte Wege eindringen kann. Daher die langsamere, aber genaue Zeitabhängigkeit.

Die Datierung

Das kann man sich zunutze machen. Man nennt die Technik Rehydroxilations-Datierung, und das geht so:
Man nimmt ein paar Gramm der Keramik und wiegt sie genau. Dann erhitzt man sie – zunächst auf 105°C um kapillar (im Porenraum) gespeichertes Wasser zu entfernen, denn man ist ja am chemisch gebundenen interessiert. Dieses löst man heraus, wenn man anschließend vier Stunden auf 500°C erhitzt. Jetzt misst man nochmal genau die Masse des Stückes und kann schonmal bestimmen, wieviel Wasser in der Probe gebunden war.
Als nächstes muss man dann bestimmen, wieviel Wasser pro Zeit gespeichert wird. Dazu verwenden die Forscher eine ultragenaue Waage, die Zehntel Mikrogramm zu messen vermag. Damit kann man dann über die Zeit beobachten, wie die Masse durch erneute Bindung von Wasser zunimmt.
Aus der Masse an Wasser die vorgefunden wurde und der Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der dieses eingelagert wird, lässt sich dann das Alter der Keramik ermitteln. Die Forscher sagen, dass die Massenzunahme dem t^(1/4) Gesetz sehr genau über lange Zeiträume folge, und man mindestens bis 2000 Jahre zurückdatieren könne.

Als Klimaarchiv

Noch ein interessanter Aspekt ergibt sich daraus. Ncht direkt im Paper, aber in der Pressemeldung, schlägt Erstautorin Moira Wilson vor, dass die Methode auch umdrehbar sei.
Die Aufnahme von Wasser ist nämlich zusätzlich von der Temperatur abhängig – man sagt, der Prozess zeigt Arrhenius-Verhalten. Für die Datierung ist die Aufgabe, einen unbekannten Zeitraum unter der Annahme konstanter Temperatur zu vermessen. Was aber, wenn man den Zeitraum kennt, was ja bei einem Stück Keramik durchaus sein kann? Dann wäre es möglich, daraus auf die durchschnittliche Temperatur zu schließen, die das Stück in seinem “Leben” erfahren hat. Und wenn man das bei vielen Stücken aus verschiedenen Zeiten macht, kann man dadurch auf den Verlauf der Temperatur der letzten Jahrhunderte schließen – ein Klimaarchiv!