5 Bemonsteren

Eens een selectie is gemaakt van het te dateren materiaal - op basis van het type , de bewaringstoestand, de context en de onderzoeksvraag - moet een representatief staal genomen worden dat gebruikt kan worden voor de eigenlijke radiokoolstofdatering. In wat volgt worden praktische zaken overlopen zoals het vereiste volume of gewicht van de stalen, de noodzakelijke randinformatie en de belangrijkste aandachtspunten inzake contaminatie.

5.1 Hoeveel materiaal?

Hoeveel materiaal er nodig is om tot een datering te komen hangt af van het toestel waarmee gemeten wordt, de bewaringstoestand van het materiaal en het soort materiaal. Vandaag wordt het gehalte aan koolstofisotopen in regel gemeten via AMS, een techniek die een betrouwbare meting kan opleveren na analyse van slechts 1 milligram (mg of 0,001 gram) koolstof. Maar om tot die milligram zuivere koolstof te komen moet een grotere hoeveelheid van het te dateren materiaal - dat doorgaans niet enkel uit koolstof bestaat - ingezameld en behandeld worden. Het gewicht waarvan men moet starten is afhankelijk van het soort materiaal. Zo bestaat houtskool grotendeels uit koolstof, het is immers verkoold hout en andere componenten in het hout dan koolstof zijn door vergassing uitgedreven. Daarom volstaat een brokje van ca. 10 mg om voldoende materiaal over te houden voor de datering. Uit voorzorg wordt echter best dubbel zoveel ingezameld. Bij droog hout, in onverkoolde toestand, wordt nog iets meer ingezameld aangezien dit materiaal (relatief gezien) minder rijk is aan koolstof in vergelijking met houtskool. Voor gezond, droog hout wordt doorgaans aangeraden om minstens 50 mg in te zamelen. Het wordt moeilijker om dit in te schatten bij waterverzadigd of sterk gedegradeerd hout. Bij waterverzadigd hout bestaat een aanzienlijk deel van het staal uit water dat vastgehouden wordt door het hout. Louter afgaan op het gewicht van een waterverzadigd staal is daarom niet aangewezen. Het is aannemelijk dat water gemakkelijk 50 tot 90% van het totaalgewicht kan uitmaken. Om zeker te zijn dat er voldoende hout in het staal aanwezig is voor de verdere analyse wordt aangeraden om minstens 100 tot 150 mg waterverzadigd hout in te zamelen. Met ongeveer 1 cm³ waterverzadigd hout lukt het doorgaans om voldoende materiaal over te houden na voorbehandeling. Door het staal eerst grondig te laten drogen kan je een betere inschatting maken van de hoeveelheid hout die effectief aanwezig is in het staal. Maar water is niet het enige probleem. Bij langdurige bewaring in waterverzadigde bodemomstandigheden zal de celwand van de houtcellen geërodeerd worden door bacteriën. Een veel sneller proces van degradatie is aantasting door schimmels, wat een groot verlies aan volumegewicht met zich kan meebrengen. Een laag volumegewicht betekent eveneens dat er een groter volume aan te dateren materiaal nodig is. Bij sterk gedegradeerde stukken hout zal dus bij de staalname een groot volume noodzakelijk zijn.

De mogelijkheid om botmateriaal en ander eiwithoudend materiaal - zoals gewei, haar of hoorn - te dateren, hangt sterk samen met de bewaringstoestand van de organische component van de botten (grotendeels collageen of keratine). Die bewaringstoestand hangt voornamelijk af van de begravingsomstandigheden (bodemzuurtegraad, temperatuur, vocht, enz.). Waren die ongunstig, dan kan de ‘opbrengst’ aan collageen tijdens de voorbehandeling van een stuk bot laag uitvallen en moet er tot 2 g materiaal bemonsterd worden. Indien een stuk bot minder dan 1% collageen oplevert, is de bewaring zodanig slecht dat het staal niet geschikt is voor een datering. De kans op contaminatie is dan te groot. Alhoewel het laboratorium testen uitvoert om de kwaliteit te bepalen is het interessant om reeds bij het selecteren van botmateriaal (figuur 5.1) volgende vuistregels te hanteren:

• Selecteer droge en gereinigde stukken (vrij van ander organisch en mineraal materiaal) waarvan de bewaringstoestand kan ingeschat worden.
• Poreus botmateriaal is minder geschikt aangezien het weinig collageen bevat en gevoelig is voor contaminatie. De uiteinden van lange beenderen of ribben bestaan doorgaans voor een groot deel uit dergelijk spongieus of poreus materiaal. Fragmenten uit de schacht van lange beenderen zijn meer geschikt.
• Harde botten, die moeilijk met de hand te breken zijn, hebben meestal een voldoende hoge concentratie aan collageen. Botten die zich relatief makkelijk met de hand laten breken kunnen nog voldoende collageen bevatten, maar dat is niet op voorhand te garanderen. Schilferend of poederig botmateriaal zal doorgaans niet geschikt zijn omdat het weinig tot geen collageen meer zal bevatten en dus ook een risico liep van blootstelling aan contaminatie. Slecht bewaard botmateriaal reageert immers sneller met humuszuren of andere stoffen in de bodem.

Figuur 5.1: Selectie van archeologisch botmateriaal voor een ¹⁴C-datering.

Natuurlijke sedimentaire afzettingen laten zich eveneens dateren door een selectie van geschikt materiaal uit bepaalde lagen of - indien geen gelaagdheid kan onderscheiden worden - doorheen een per hoogteniveau bemonsterd profiel. Aangezien de tafonomie van het organisch materiaal langsheen zo’n profiel vrij complex kan zijn, moeten men zich bij selectie en staalname steeds afvragen of het organisch materiaal uit het sediment zich nog in situ bevindt. Het geselecteerde materiaal is in het ideale geval gelijktijdig met het sedimentatieproces afgezet Plantenwortels die in diepere lagen binnendringen zijn alvast geen geschikt materiaal. ‘Verdwaalde’ stukjes houtskool zijn dat evenmin, gezien hun mogelijk lange verblijfsduur in de bodem. Onverkoolde zaden, vruchten, bladeren en kleine takjes vormen de meest geschikte materialen, indien ze niet intrusief zijn (zie 4.5).

De te dateren stalen kunnen langsheen een profiel uit bulkstalen genomen worden. Indien een pollenbak doorheen het profiel werd geslagen, kan uit deze staalname ook materiaal geselecteerd worden voor een radiokoolstofdatering. Het grote voordeel is dan uiteraard dat de radiokoolstofdateringen rechtstreeks aan de resultaten van de pollenanalyses kunnen gekoppeld worden, wat bij paleo-ecologische studies en landschapsreconstructies uiteraard van het grootste belang is.

Het blijft natuurlijk opletten geblazen: sedimenten die voor paleo-ecologisch onderzoek worden bemonsterd zijn dikwijls aquatische afzettingen. Dat betekent dat er een grote kans bestaat dat een deel van het organisch materiaal bestaat uit de resten van waterplanten. Op dergelijk materiaal dateren is niet aangewezen aangezien hier mogelijk een groot reservoir-effect is ingebouwd (zie 2.8). Uit een dergelijk profiel moet met de grootste zorg geschikt materiaal geselecteerd worden, zoals onverkoolde takjes of zaden en vruchten van landplanten. Bij hoogveen, waar het geaccumuleerde organisch materiaal vooral uit mos (en heide) bestaat, kan dan weer zonder probleem een klein staal genomen worden voor datering. Ook bij een aantal andere types veen (zoals zeggeveen, elzenbroek- of berkenbroekveen) bestaat het opgestapelde organisch materiaal grotendeels uit restanten van landplanten (bomen, struiken, grassen), waaruit zonder gevaar geschikt materiaal kan geselecteerd worden voor een radiokoolstofdatering. Het aantal en de onderlinge afstand tussen de bemonsteringspunten langsheen een profiel hangt in grote mate af van de onderzoeksvraag (globale datering, landschapsreconstructie, …) en de graad van detail die men wil verkrijgen (snelheid van aangroei veen, ouderdom van een bepaalde laag, gewenste chronologische resolutie, …).

Onderstaande tabel geeft een overzicht van het gewicht aan materiaal dat best wordt verzameld voor een radiokoolstofdatering. In geval van twijfel contacteer je best het labo waar de radiokoolstofanalyse zal uitgevoerd worden.

Tabel 5.1: Optimaal gewicht van stalen voor radiokoolstofdatering via AMS.

Materiaal	Optimaal gewicht van het staal (g)	Opmerking
Hout (droog en niet verkoold)	< 0,1g	Bij voorkeur de buitenste ring van tak of stam. Indien dit niet mogelijk is, selecteer hout van kortlevende soorten.
Waterverzadigd hout	0,2 g tot 5g	Meestal volstaat 1cm³ aan materiaal. Laat het staal drogen en weeg om zeker te zijn.
Houtskool en verkoolde plantenresten	< 0,1 g	één verkoold graan is meestal voldoende voor een datering.
Waterverzadigde plantenresten	0,2 g tot 5g	Het benodigde volume van het staal is sterk afhankelijk van de verzadigingsgraad met water. Meestal volstaat één macro-botanische vondst, zoals een elzenprop of eikel.
Bot en gewei	>2g	De compacte, niet poreuze delen van lange beenderen zijn meestal het meest geschikt.
Witverbrand bot	>2g
Residu op aardewerk (verkoolde etensresten, roet, …)	ca. 0,1 g	1 cm² zichtbaar residu is meestal voldoende.
Veen, organische sedimenten	< 1g	1 cm³ is meestal dateerbaar.
Ander materiaal		Neem contact op met het dateringslabo voor meer informatie

Kalkmortels vormen een bijzondere bron van oude koolstof. Om tot een betrouwbare datering te komen is de staalname cruciaal en die moet met de grootste zorg worden uitgevoerd. Aan de oppervlakte van de mortel kan door verwering ook recentere koolstof aanwezig zijn. Daarom moet een staal voor radiokoolstofdatering dieper in de mortellaag genomen worden. Indien de mortel kort na de bouwactiviteit niet volledig is uitgehard kan er nog \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) aanwezig zijn in het metselwerk (wat kan opgespoord worden met een eenvoudige chemische test) en kan een radiokoolstofdatering geen bruikbaar resultaat opleveren (figuur 4.1). Overleg daarom met de specialisten uit het dateringslabo vooraleer tot een staalname van kalkmortel over te gaan.

5.2 Documentatie

Aangezien een radiokoolstofdatering kan toegepast worden op organisch materiaal uit zowel archeologische, bouwhistorische of kunsthistorische contexten, is het noodzakelijk de vondstcontext expliciet te vermelden bij het documenteren van de stalen. Dit is zeker ook van belang indien het materiaal afkomstig is uit veen, andere geologische lagen of bewaard en eventueel behandeld is als museumobject.

Daarnaast is het evident om aan het staal een unieke identificatiecode te geven die terug te koppelen is naar het onderzoeksproject en de persoon die het staal heeft genomen en ingediend.

Figuur 5.2: Voorbeeld van een online registratieformulier voor te analyseren stalen (http://radiocarbon.kikirpa.be/)

Uitermate belangrijk is om bij het indienen van een te dateren staal duidelijk aan te geven welk type materiaal het betreft. Zeker bij hout en houtskool is het noodzakelijk om ook de soortidentificatie te vermelden aangezien dit van belang zal zijn bij de interpretatie van de datering (zie ook 4.4 en 4.5). Ook de registratie van de toestand van het materiaal is van belang. Zo kan een stuk hout nog intact en droog zijn (bv. een stukje bouwhout uit een interieur), of volledig waterverzadigd (bv. archeologisch hout), of verkoold (houtskool). Menselijk of dierlijk bot kan eveneens in verkoolde toestand voorkomen (bv. bij crematieresten). Bij dierlijk bot is het steeds nodig de identificatie van de diersoort te vermelden. Als er bijvoorbeeld een visbot wordt gedateerd, krijgt het staal een andere voorbereiding, wordt bij de kalibratie een andere kalibratiecurve gebruikt en moet er rekening gehouden worden met een mogelijk reservoireffect. Dit is in tegenstelling tot de datering van een zoogdierbot waar de terrestrische kalibratiecurve mag gebruikt worden en reservoireffecten (via de voeding) misschien tot een minimum beperkt zijn.

Hoe tegenstrijdig het ook mag klinken, het op voorhand vermelden van de verwachte ouderdom van het staal is een vorm van kwaliteitsbewaking. Indien tijdens de voorbehandeling of meting fouten of onnauwkeurigheden in het proces zijn geslopen, en daardoor een te jonge of te oude datering wordt bekomen, kan dit vroegtijdig worden opgespoord indien er sterk wordt afgeweken van de verwachte ouderdom. Het vermelden van de verwachte ouderdom heeft op zich geen invloed op de bekomen datering of het onafhankelijke karakter van de analyse. Een discrepantie tussen verwachte en bekomen datering kan de onderzoeker op het spoor brengen van residuele of intrusieve contaminatie van het onderzochte archeologische spoor, een foutieve interpretatie van de archeologische context of fouten bij de staalname (zie bv. Ervynck (2003)). Alle dateringslaboratoria hebben (online) formulieren die door de aanvrager ingevuld dienen te worden (figuur 5.2). Het correct én volledig invullen van deze formulieren garandeert een correcte behandeling, kalibratie en accurate datering van het materiaal.

5.3 Mogelijke verontreiniging

Indien een staal bronnen van oudere of jongere koolstof bevat, zal de uitgevoerde radiokoolstofdatering mogelijk sterk afwijken van de werkelijke ouderdom. Daarom moet men bij staalname en selectie van materiaal steeds rekening houden met mogelijke contaminatie en zo nodig ingrijpen om die te elimineren.

Zo is organisch materiaal in de bodem onderhevig aan degradatie. Het materiaal zal door aantasting van bodemorganismen en schimmels langzaam zijn structuur verliezen, in kleinere elementen uiteenvallen en zo op zich een voedingsbodem worden. Daardoor kan gedegradeerd organisch materiaal niet alleen doorweven worden met fijne (haar)wortels van levende planten (zie 4.5 en figuur 4.5) maar zal het ook chemische uitwisseling ondergaan met stoffen in de bodem, zoals humuszuren. Daarin zit koolstof met een andere ouderdom dan het archeologisch materiaal. Om die redenen wordt botmateriaal met een laag collageen-gehalte niet voor datering gebruikt. Het is immers een indicatie voor een slechte fysische bewaringstoestand, organische degradatie en dus hoge kans op contaminatie. In het dateringslabo wordt de graad van degradatie van het botmateriaal nauwgezet geëvalueerd. Niet alleen de hoeveelheid resterend collageen wordt gemeten, maar ook de verhouding tussen koolstof en stikstof (de zogenaamde C:N ratio) geeft een beeld van de degradatie. Te sterk gedegradeerd materiaal zal niet weerhouden worden voor verder onderzoek.

Een andere mogelijke bron van contaminatie met oudere of jongere koolstof is de behandeling van het object waaruit het staal werd gehaald, met producten voor conservatie (PEG, hars), onderhoud (bijenwas voor houten meubelen of andere interieurelementen) of behandeling tegen aantasting door schimmels of insecten (fungiciden of insecticiden). Dergelijke producten zijn vaak gemaakt uit derivaten van aardolie. Ruwe aardolie ontstaat door een langzaam proces van ontbinding van organisch materiaal onder hoge druk en hitte, en dat kan miljoenen jaren in beslag nemen. De koolstof in aardolie is dan ook miljoenen jaren ‘oud’ waardoor er geen radioactieve isotopen meer aanwezig zijn. Aardolie is volgens de \(\mathrm{^{14}C}\)-methode dan ook oneindig oud. Indien een staal behandeld met aardoliederivaten geen adequate voorbehandeling krijgt om deze stoffen voorafgaand aan de analyse te elimineren, zal het staal door de bijmenging van de \(\mathrm{^{14}C}\)-loze koolstof veel ouder dateren dan zijn werkelijke ouderdom. Indien daarentegen natuurlijke wassen of harsen worden gebruikt betreft het een toevoeging van ‘recente’ koolstof, wat zal leiden tot een te ‘jonge’ datering. Gelukkig kunnen de aanwezige ‘ongewenste’ stoffen meestal met een aangepaste chemische voorbehandeling geëlimineerd worden. Echt problematisch zijn de objecten die behandeld zijn met een chemische stof die sterk lijkt op het te dateren materiaal. Collageen extraheren uit een bot dat ooit met beenderlijm behandeld werd is zinloos want de contaminerende stof (de beenderlijm, die ook uit collageen bestaat) heeft een gelijkaardige chemische samenstelling als het te dateren materiaal (het bot) en kan er dus niet van gescheiden worden.

Het spreekt voor zich dat het melden van een mogelijke verontreiniging bij het aanbieden en registreren van het staal bij een dateringslabo uitermate belangrijk is. Zodoende kan - indiend mogelijk - een passend protocol worden opgesteld om verontreinigingen uit het staal te halen.

5.4 Chemische transformatie en voorbehandeling

Vooraleer er een meting wordt uitgevoerd ondergaat het te dateren staal een chemische voorbehandeling om alle mogelijke contaminerende en dus ongewenste koolstof te verwijderen. Daarna wordt het overblijvend materiaal door verbranding omgezet tot \(\mathrm{CO_2}\) en vervolgens tot zuivere koolstof, meestal in de vorm van grafiet.

Bij houtig materiaal omvat de chemische voorbehandeling meestal een herhaald blootstellen van het staal aan zuren en basen. Tijdens deze behandeling wordt neerslag van recente of fossiele kalk, van humuszuren uit de bodem en bestanddelen van het materiaal zelf (bv. harsen) opgelost en gescheiden van het te dateren materiaal. Hout ondergaat nog een extra procedure om uiteindelijk zuivere cellulose over te houden. Bij beenderen wordt enkel het botcollageen gebruikt voor het dateren en bij schelpen zal een behandeling met een licht zuur de buitenste laag weg-eroderen om enkel de binnenste kern van de schelp over te houden. Voor elk type materiaal, en afhankelijk van de toestand en tafonomie van het staal, kan een procedure van voorbehandeling opgesteld worden om contaminatie van oudere of jongere koolstof zo goed als mogelijk uit te sluiten.

Laat het duidelijk zijn dat de hele procedure, van voorbehandeling tot analyse van het \(\mathrm{^{14}C}\)-gehalte, een onherroepelijk verlies van materiaal met zich mee brengt. Indien veel materiaal werd aangeboden zal eerst een substaal genomen worden. Indien er geen ruime hoeveelheid van materiaal is, zal het volledige ingediende staal behandeld worden. Tijdens de voorbehandeling zal dit te dateren staal voor een deel worden opgelost en een onherstelbare degradatie ondergaan. Daarna wordt het resterende materiaal opgebrand tijdens de omzetting naar grafiet. Van het te dateren staal blijft na de analyses dus geen tastbaar materiaal over: het staal is dus niet te recupereren.