Från Roms ruiner till gamla kyrkor Åldersbestämning av murbruk Alf Lindroos Forskare Alf Lindroos / lektor Mats Braskén
14 C metoden Kol-14 bildas i atmosfären genom kosmisk strålning Inkommande kosmiska protoner splittrar gasatomer i övre atmosfären och frigjorda neutroner reagerar med kväve N-14 + n => C-14 + p C-12-98.89% C-13-1.11% C-14-0.00000000010%. Willard Libby. Nobelpris i Kemi 1960
Radioaktivt sönderfall. Åldersbestämning på traditionellt sätt med mätning av β-aktivitet T = 1/λ* ln (A 0 /A s ) A 0 = standardens β-aktivitet A s = provets β-aktivitet λ = sönderfallskonstanten (1/λ =8033) T 1/2 ( 14 C) = ln2/λ = 5730 år
Accelerator Mass-Spektrometer (AMS), Århus
Accelerator Mass Spektrometri (AMS) 3 MeV AMS i Tucson, Arizona
Mätning med AMS Byt ut β-aktiviteterna mot de uppmätta isotopförhållandena A 0 = N 0 ( 14 C)/N 0 ( 12 C) k 0 /C A s N S ( 14 C)/N S ( 12 C) T = 1/λ* ln (k 0 C)
Kalibreringskurvan för kol-14
Uranseriedatering av koraller ( 230 Th/ 238 U = 1-e -λ230t )
2000BP Kalibreringskurvan 0-2000 Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron] 1500BP 1000BP 500BP 0BP CalBC/CalAD 500CalAD 1000CalAD 1500CalAD 2000CalAD Calibrated date
Wiggle matching. Santorini utbrott 1600-1627 BC (95.4% sannolikhet)
Kalkbränning-släckning-re-karbonatisering (härdning) Medeltida murbruk Romersk pozzolanabetong
C-14 age BP 650 Church of Geta (Nave, west gable) 600 550 Geka 001 (46-75µm) AAR 10599 1-5 Geka 002 (46-75µm) AAR-10600 1-5 Geka 001W AAR-10604 500 450 400 350 445±10 BP AD 1435-1450 w ood chip w ithin mortar F 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Modellerat exempel. Idealfall med bara litet kontaminand, som löser sig långsamt. Binderkarbonatet har modellerats som två komponenter, en snabb och en långsam. Torde egentligen vara ett kontinuum av olika upplösningshastigheter. C-14 age BP Modelled ages. Binder+restites 1200 1100 1000 900 Binder phase 1: 70%, Γ=0.0007 Binder phase 2: 29%, Γ=0.02 Limestone restites: 1%, Γ=0.00005 3600s 800 2s 30s 270s 1500s 700 600 Binder age Dissolution progress 0 0.2 0.4 0.6 0.8 F 1
Normalt prov, första fraktionen ger rätt ålder C-14 age BP 1150 1050 Binder 1, 60% Γ=0.0007 Binder 2, 38% Γ=0.02 Restites, 1% Γ=0.00005 Limestone, 1% Γ=0.002 Modelled C-14 ages. Binder+limestone residues+limestone filler 5400s 950 850 750 2s 40s Binder age 240s Filler lim estone contam ination 1200s Lim estone residue contam ination 650 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F
I praktiken löser sig först endast binder (finkorniga partiklar med stor reaktionsyta) och profilen får en svank i början. Konkav början. C-14 age BP 1150 1050 Binder 1, 60% Γ=0.0007 Binder 2, 38% Γ=0.02 Restites, 1% Γ=0.00005 Limestone, 1% Γ=0.002 Modelled C-14 ages. Binder+limestone residues+limestone filler 5400s 950 850 750 2s 40s Binder age 240s Filler lim estone contam ination 1200s Lim estone residue contam ination 650 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F
Problemprov. Ger första fraktionen rätt ålder? C-14 age BP Modelled (recrystallizations, limestone, limestone residues) 2300 2200 2100 Binder 1, 57%, Γ=0.0007 Binder 2, 37%, Γ= 0.002 Re-crystallizations 4%, Γ=0.08 Limestone residues 1%, Γ=0.00001 Limestone 1%, Γ=0.001 500s 15000s 2000 30s 5000s 1900 1800 1700 3s Binder age Effect of re-crystallizations (model age 800 BP) 1600 0 0.2 0.4 0.6 0.8 F 1
Exempel: Brandskadade prover från Sund Kyrka, Åland. Förstafraktionerna divergerar, men profilerna konvergerar vid en vettig ålder C-14 ålder BP Sund kyrka, långhuset 900 800 700 600 500 400 017 014 Prov: Sund 014, 017 Kornstorlek 46-75µm AAR-7564.1-5 AAR-7563.1-5 300 0 0.2 0.4 0.6 0.8 F 1
Finström kyrka. Murbruk utan kontaminerande kalksten. Kornstorlek 46-75 mikrometer, CL-bild
Stegvis upplösning av murbrukskarbonat i syra. Koldioxiden, som avges samlas efterhand i ampuller och åldersbestäms C-14 ålder BP 550 Finström kyrka (Fika 060, AAR-10153, 1-5) 500 46-75µm Kombinerad ålder, fraktioner 1-4: 415±16 BP = AD 1440-1465 (68.2%) 450 400 350 300 Upplösningsförlopp (0-100%) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 F
Kol-14 datering av murbruk, trä och träkol. Geta kyrka, Åland C-14 ålder BP Geta kyrka 650 600 550 C-14 ålder BP Träflisa, träkol Modellerad Binder 1, 29%. G=-0.002. Modellålder 443 BP Binder 2, 70%. G=0.0007. Modellålder 438 BP Obrända kalkrester, 1%. G=000037 500 Träkol 450 400 Medelålder 447±14 BP AD 1435-1450 träflisa 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 F
Geta kyrka, ursprungliga västgaveln; ålder 1435-1450 Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron] 600BP 500BP 400BP R_Combine Geta (002) : 447±14BP 68.2% probability 1435AD (68.2%) 1450AD 95.4% probability 1425AD (95.4%) 1455AD X2-Test: df=3 T=0.0(5% 7.8) 300BP 200BP 100BP 1300CalAD 1400CalAD 1500CalAD 1600CalAD 1700CalAD Calibrated date
Kolosseum (ung. AD 80, Vespuccianus)
14 C age BP 2300 2250 2200 2150 2100 2050 Samples 001 and 002 Profiles AAR-7347-1.1-3 AAR-7348-2.1-3 AAR-7348-1.1-8 AAR-7348-2.1-8 The Colosseum 001 002 002 002 2000 1950 1900 1850 1937±21 BP = AD 25-85 (68.2%) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F
Basilika Ulpia Trajanus (AD 98-117)
Re-kristalliseringar är mycket vanliga i Romerska pozzolanabruk C-14 age BP Basilica Ulpia, Rome 2100 2050 2000 1950 1900 1850 Sample Rome 004 AAR4795.2 1-5 AA 80332-36 OxA-X-2164-48-53 Trajan reign in C-14 years HCl titration, Tucson 76-100µm 1800 1750 1700 1650 1600 H 3 PO 4, Aarhus, 46-75µm H 3 PO 4 titration, Tucson 46-75µm H 3 PO 4, Oxford, 46-75µm F 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
Torre delle Milizie. Karolingisk konstruktion. Slutet av 1200-talet
Karolingisk konstuktion. Slutet av 1200-talet C-14 age BP 2500 2300 2100 1900 Sample Rome 007 Rome, Torre delle Milizie Oxford 76-150µm H 3 PO 4 Tucson 46-75µm H 3 PO 4 1700 1500 1300 1100 900 Tucson 46-75µm HCl 700 500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 F
14 C ålder BP 2600 2400 2200 2000 1800 46-75µm Rätt ålder Hadrianus Insula de Case e Giardino, Ostia (Rome026,-027) För många sorters kontamineringar 1600 1400 1200 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F Ostia, Roms hamnstad vid Tiberns mynning Hadrianus
Olika kontaminander spelar ut varandra 14 C ålder BP 2600 46-75µm 2400 Insula de Case e Giardino, Ostia (Rome026,-027) 2200 2000 1800 Rätt ålder Hadrianus 1600 1400 1200 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F
Test på mer eller mindre omöjliga platser: 1. Gotland 2. Pompeij Herkulaneum 3. Holland 4. England
Förväntade problem C-14 ålder BP 1500 Hamra kyrka, tornets västra mur 1400 1300 1200 1100 1000 Prov: Hamra 006, 007 Kornstorlek. 46-75µm och 21-45µm Träkol 007 006 006 006, 21-46µm 900 800 700 600 500 Analyser: OxA X-2196-37-39 2198-36-37 2199-53-56 2206-11 2210-45-46 Träkol 006, analys OxA- 17119 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 F
Bro kyrka, Gotland C-14 age BP Bro 002, 002C(Ox), 003, 004 (AAR-10706-10708) 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 46-75µm fractions and charcoal Charcoal inclusion 1120±25 = AD 890-905 (9.4%) 910-970 (58.8%) Combined age for first and second fractions of samples 003 and 004: 920±19 BP AD 1040-1100 (42.7%), AD 1120-1160 (25.5%) 004 or AD 1030-1170 (95.4%) 003 002 700 600 500 Combined age for the first and second fraction: 812±25; AD 1215-1260 (68.2%), AD 1175-1270 (95.4%) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F
Bro kyrka, långhuset C-14 age BP Church of Bro (west gable of the nave) 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 Samples: Bro 005, 006, 007 Analyses: OxA X-2212-52-56, X-2223-15-17, X-2213-43-44, X-2212-33-34 Grain-size 46-75µm Combined (fractions 2,3,4 for Bro005,006,007) 924±9: AD 1040-1100 (43.0%) AD 1120-1160 (25.2%) AD 1040-1160 (95.4%) 800 700 600 500 δ 13 C values <-30 Combined: 826±19 AD 1205-1255 (68.2%) AD 1175-1260 (95.4%) 0.00 0.20 0.40 0.60 F
Enl. Visby domkyrkas inventarieförteckning från 1585 byggdes koret 1236. C-14 ålder BP Bro kyrka, korets västgavel 900 880 860 840 Prov: Bro 009, 010, 011 Alalyser OxA X-2259-6-13 Kornstorlek 46-75µm 009 820 800 780 760 010 AD 1220-1270 011 740 720 700 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 F
14 C age BP 6000 Mortar samples, grain-size 46-75µm EPUH 006 5500 EPUH 007 BSR I 9,3 001 5000 BSR I 9,3 003 BSR I 9,11 011 4500 Herc 002 4000 3500 Pompeii, Herculaneum Prover framgrävda från flera meters djup. Grundvattenutfällningar 3000 2500 2000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F
Vad hände 1220-1255? 14 C age BP 900 800 803±17 700 Pompeii, EPUH002L (lime lump) Casa di Marcus Lucretius, room 10 AD 1220-1255 600 500 46-100µm 400 300 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F
Murbruk från gjutform i Herkulaneum C-14 age BP 3000 2500 2000 1500 1000 500 0-500 -1000-1500 -2000 Herkulaneum (001) F overnight 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 163s 406s 832s 49s T, 14-C Delta C-13 F -7-8 -9-10 -11-12 -13-14 -15
Kalkbränning-släckning-re-karbonatisering (härdning) Medeltida murbruk Romersk pozzolanabetong
Pia Sonck-Koota, A.L. Åsa Ringbom (Konsthistoria)
Åsa Ringbom ÅA Konsthistoria Jan Heinemeier Århus Uni. A.L. Lynne Lancaster Athens Ohio Fiona Brock, Oxford John Hale Louisville Kentucky
Eva-Maria Viitanen (H.U.), A.L., Fabrizio Marra, P. S-K
RADIOCARBON MORTAR DATING IN TORRE DE PALMA: A CASE STUDY FROM THE MARGINS OF THE ROMAN EMPIRE, 1997-2000 John Hale, Stephanie Maloney Louisville Kentucky
Phenolphtaleintest i fält
Åbo Domkyrka (polygonala koret), 46-75 mikrometers kornstorleksfraktion Kolosseum (003) 46-75 mikrometers fraktion