Wetenschap

Michael Dee lost archeologische raadsels op

Zonnevlammen: eng én nuttig

Twee keer in de afgelopen 1500 jaar braakte de zon een stoot energie uit die geen wetenschapper voor mogelijk hield. Als dat nog eens gebeurt, sneuvelen alle satellieten. Het goede nieuws: we kunnen deze zonnevlammen gebruiken om archeologische raadsels op te lossen, zegt Michael Dee.

Christien Boomsma

Door Christien Boomsma

11 december om 9:49 uur.
Laatst gewijzigd op 11 december 2019
om 11:28 uur.
Christien Boomsma

By Christien Boomsma

december 11 at 9:49 AM.
Last modified on december 11, 2019
at 11:28 AM.

Koolstof-14 en archeologie

Koolstof-14 is heel erg belangrijk voor koolstofdatering, een methode die wetenschappers gebruiken om erachter te komen hoe oud organische stoffen zijn.

Koolfstof-14 is een licht-radioactieve isotoop die in de atmosfeer vormt wanneer stikstof in aanraking komt met kosmische straling. Het wordt dan door middel van fotosynthese als kooldioxide opgenomen in planten. Wanneer een plant sterft, stopt dat proces en begint de koolstof-14 te vervallen.

Als je dus weet hoeveel koolstof-14 er op een bepaald moment in de atmosfeer aanwezig was, kun je uitrekenen hoe oud een archeologisch artefact of een stuk hout of stof is door te meten hoeveel koolstof-14 daar nu nog in zit.

Het moet er een geweldig gezicht zijn geweest, in het jaar 775: het noorderlicht was over de hele wereld zichtbaar, van Hawaii tot Japan en van Tasmanië tot Groenland. Misschien leek het wel alsof iemand reusachtige schijnwerpers op de hemel richtte. Misschien kleurde de lucht wel bloedrood. Niemand weet precies hoe het er uitzag. 

Wat we wel weten is dat er iets heel bijzonders gebeurde. De aarde werd geraakt door een enorme hoeveelheid energie, waardoor neutronen botsten met de stikstofdeeltjes in de atmosfeer. Hierdoor ontstond een extra zware vorm van koolstof, koolstof-14. In 775 was het niveau van koolstof-14 acht keer hoger dan normaal.

Tweehonderd jaar later, in 994, gebeurde het opnieuw. Wederom was het koolstofniveau enorm hoog. Maar niemand weet waar dat door kwam. En niemand weet of het opnieuw zal gebeuren, of wanneer.

Desastreuze gevolgen

‘Het is een mysterie’, zegt Michael Dee, hoofd van het koolstof-14 laboratorium aan de RUG. ‘De pieken zijn pas zeven jaar geleden ontdekt, door Fusa Miyake, een Japanse wetenschapper die oeroude jaarringen in bomen bestudeerde. Een plotselinge piek van radioactief koolstof in het jaar 775 na Christus gaf aan dat de hoeveelheid koolstof-14 in de atmosfeer ineens enorm omhoog ging, op een manier die niemand ooit voor mogelijk had gehouden. Iedereen ging natuurlijk direct kijken of ze het konden bevestigen. En dat lukte.’

Een zonnevlam zou voor enorme chaos en paniek zorgen

Dat is zorgwekkend, aangezien we niet meer in de middeleeuwen leven. We hebben tegenwoordig vliegtuigen, mobiele telefoons en het internet. Een gebeurtenis zoals in 775 zou desastreuze gevolgen hebben. ‘Al onze satellieten zouden in een keer vernietigd worden’, zegt Dee. ‘Ik kan me voorstellen dat het echt voor enorme chaos en paniek zou zorgen. Niets zou het nog doen.’

Het is dus geen wonder dat wetenschappers van over de hele wereld er koortsachtig achter probeerden te komen wat er gebeurd was, en keken of ze ook nieuwe pieken konden ontdekken. ‘Met het oog op de risico’s is het goed om te weten hoe vaak dit soort stormen voorkomen’, zegt Dee, die het fenomeen onderzoekt met behulp van een ERC-beurs.

Supervlam

Hij weet bijna zeker dat het door de zon komt. Hij heeft geen sluitend bewijs, maar alle andere mogelijkheden schieten tekort. ‘We denken dat het door een supervlam komt’, zegt Dee. ‘Met ruimtetelescopen hebben we zonnestormen gezien die tot wel tienduizend keer groter waren dan de stormen die we in ons eigen zonnestelsel hebben waargenomen.’

Niemand dacht dat onze zon dat soort energie kon uitstoten, maar Dee kan geen andere verklaring bedenken. Een ontploffende ster zou nog kunnen, maar sterren ontploffen maar zelden en vaak heel ver weg, waardoor ze eigenlijk geen invloed op de aarde hebben. Andrea Scifo, een PhD-student van Dee, toonde onlangs aan dat de gebeurtenissen in zowel 775 als 994 op het hoogtepunt van de elfjarige zonnecyclus plaatsvonden. De zon vertoont dan de meeste activiteit.

Dat geldt ook voor de grootste zonnestorm die ooit gemeten is, de zogeheten Carrington-gebeurtenis van 1859. Het poollicht was toen tot in Hawaii te zien, en het telegraafnetwerk – toen net nieuw – ging plat vanwege de storingen in het magnetisch veld van de aarde. ‘Grappig genoeg leidde de Carrington-gebeurtenis nou juist niet tot een meetbare piek’, zegt Dee. ‘Wat betekent dat de eerdere gebeurtenissen echt veel groter waren. ‘

Golfjes en anomalieën

Verbazingwekkend genoeg heeft niemand in de afgelopen vijf jaar andere pieken van koolstof-14 in jaarringen gevonden, terwijl ze toch echt heel hard hebben gezocht. Maar dat betekent niet dat er geen andere gebeurtenissen hebben plaatsgevonden, zegt Dee. ‘Het kan zijn dat het kleinere gebeurtenissen waren, en die zijn moeilijker aan te tonen.’ Bovendien is het enorm veel werk om de jaarringen te onderzoeken van bomen die in een periode van tien- tot vijftienduizend jaar tijd groeiden. We zullen geduld moeten hebben.

Er zijn de afgelopen vijf jaar geen andere pieken van koolstof-14 in jaarringen gevonden

Dee realiseerde zich dat hij zijn onderzoek slim moest aanpakken. Het isotopenlab van de RUG, een van de oudste ter wereld, beschikt over ontzettend veel data. Hij ontdekte dat koolstofdatering daar in het verleden vaak in blokken met tien jaarringen werd gedaan. De afwijkingen waren toch maar klein, en op deze manier konden ze geld besparen. ‘In deze metingen zou een gebeurtenis zoals die in 775 verloren gaan in de gemiddelden’, zegt hij. Maar wat als ze een data-analyst naar de oorspronkelijke data konden laten kijken? Die zou dan de data van al die decenniametingen kunnen bestuderen en kijken of er ook golven of anomalieën in voorkwamen. ‘Dan zouden we kunnen inschatten waar we moeten kijken’, zegt Dee.

Deze analyse is onlangs afgerond. Dee heeft nu ongeveer vijftien veelbelovende ‘blokken’, waarvan eentje op dit moment onderzocht wordt door een masterstudent. ‘Misschien vinden we wel een gebeurtenis zoals in 775’, zegt Dee. ‘Het zou zomaar kunnen.’

Precieze data

Zou het vinden van een nieuwe piek, hoe spannend ook, de wereld kunnen redden van vernietigende zonne-activiteit? Dee glimlacht: er is namelijk nog een reden dat het nuttig is om te weten wanneer een supervlam plaatsvond.

Om gebeurtenissen echt te kunnen begrijpen, moet je weten wanneer ze precies plaatsvonden. ‘Stel je voor dat iemand een geschiedenis van Brexit schrijft’, zegt Dee, ‘zonder te weten wanneer het referendum was, wanneer er een akkoord gesloten werd of wanneer Boris Johnson aantrad als premier. Dan weet je dus niets over de volgorde van deze gebeurtenissen.’

Het probleem is dat we pas vanaf ongeveer 650 voor Christus een redelijke geschiedschrijving hebben. Van eerdere gebeurtenissen kunnen we alleen maar een inschatting maken. ‘Het bewind van een bepaalde koning duurde misschien vijftien jaar, waarna zijn zoon hem opvolgde en misschien vijf jaar lang regeerde, enzovoorts. We weten niet eens precies wanneer Toetanchamon leefde.’

Als je een piek uit 775 vindt in het hout van een oude tempel, kan je dat jaar als ijkpunt gebruiken

Koolstofdatering kan ons hier ook niet echt bij helpen. ‘We kunnen een inschatting maken over een tijdsperiode: dit object is ergens tussen 2000 en 1800 jaar geleden gemaakt. Maar een geschiedkundige kan dat vaak al concluderen door alleen maar naar het object te kijken.’

De supervlammen kunnen hierbij helpen. ‘Als je een oude tempel aan het onderzoeken bent en je vindt in het houtwerk zo’n piek uit 775, dan kan je dat jaar als ijkpunt gebruiken en verder tellen hoeveel ringen er zijn tot aan de schors. Dat is wanneer de boom werd gekapt’, zegt Dee. Aan de hand daarvan kan je dus ineens allerlei data in hun context plaatsen.

Voortgang

Dee en een van zijn post-docs, Margot Kuitems, denken dat ze hiermee ook behoorlijke voortgang hebben geboekt. ‘We zijn nu bezig met een Siberisch fort uit de achtste eeuw, Por-Bazjyn’, legt Kuitems uit. ‘Het is een enorm bouwwerk van klei op een eiland, omringd door wallen van twaalf meter hoog. Het is gebouwd door de Oeigoeren. Niemand weet waar het voor gebruikt werd, en of er überhaupt iemand gewoond heeft, want de Oeigoeren zijn nomaden.’

Kuitems heeft het hout van de vloer van het fort geanalyseerd en denkt dat ze daar de piek uit 775 in ontdekt heeft. Als ze gelijk heeft, is ze een van de eersten die bewezen heeft dat deze bizarre zonnevlammen ook voor iets goeds gebruikt kunnen worden.

English