DeVries-Effekt

Der DeVries-Effekt, benannt nach dem niederländischen Biophysiker Hessel de Vries (1916–1959), ist die Nicht-Übereinstimmung zwischen dem Radiokarbonalter eines organischen Materials und dessen tatsächlichem Kalenderalter.[1] Ursache sind Schwankungen des atmosphärischen ¹⁴C/¹²C-Verhältnisses, die dazu führen, dass die Radiokohlenstoffmethode nur durch Verwenden einer Kalibrationskurve ihre volle Genauigkeit erreicht.

Das Radiokarbonalter (rote Kurve) weist gegenüber dem Kalenderalter Schwankungen („wiggles“) auf.

Bei der seit Mitte der 1940er Jahre vor allem von Willard Frank Libby entwickelten Radiokarbonmethode zur Datierung von organischem Material ging man zunächst von einer mit der Zeit monotonen, in etwa linearen Abnahme der ¹⁴C-Konzentration aus. Das führte jedoch zu widersprüchlichen Datierungsergebnissen. Hessel de Vries fand Ende der 1950er Jahre[2] Schwankungen im ¹⁴C/¹²C-Verhältnis, die zum Beispiel aus Schwankungen der Sonnenaktivität, des Erdmagnetfelds oder des Kohlenstoffaustauschs zwischen verschiedenen Reservoirs herrühren können. Diese, von dem österreichischen Chemiker Hans E. Suess zu einer Kalibrierungskurve weiterentwickelte Einsicht ermöglichte eine wesentlich präzisere Radiokarbondatierung.[3]

De Vries-Zyklus/Suess-Zyklus

Die von de Vries entdeckten Schwankungen des ¹⁴C/¹²C-Verhältnisses wurden seit ihrer Entdeckung immer wieder auf Periodizität untersucht. Der De Vries-Zyklus, ebenfalls benannt nach Hessel de Vries, gelegentlich auch Suess-Zyklus, nach Hans E. Suess, ist ein solcher periodischer Zusammenhang zwischen der Strahlungsaktivität der Sonne und der ¹⁴C-Produktion auf der Erde. Die mittlere Zyklusdauer beträgt etwa 210 Jahre, schwankt jedoch stark. Bei unregelmäßigen Zyklen von ca. 100–200 Jahren ist oft die Verbindung von mittelfristigen Schwankungen des ¹⁴C-Gehalts und der Sonnenfleckenzahl herzustellen. Je mehr Sonnenflecken, desto weniger ¹⁴C. In der ¹⁴C-Rekonstruktion der holozänen solaren Aktivität treten Grand Minima der Sonnenaktivität mehrmals clusterartig auf. Die etwa 200 Jahre langen Abstände zwischen einzelnen Minima der Cluster bilden einen wesentlichen Teil des deVries-Zyklus.[4]

Es gibt noch weitere Faktoren, zusätzlich der solaren Aktivität, welche einen Einfluss auf die ¹⁴C-Produktion haben, darunter die Stärke des Erdmagnetfeldes.

Hessel de Vries fand 1956 in den natürlichen Schwankungen des ¹⁴C/¹²C-Verhältnisses zwei Maxima um 1500 und 1700. Hans E. Suess, der die Radiokarbonmethode weiterentwickelte, machte dann im Spektrum der atmosphärischen ¹⁴C-Schwankungen über einen Zeitraum von 8000 Jahren eine gut 200-jährige Periodizität aus.[5]

Schwankungen der Sonneneinstrahlung gehören zu den Klimafaktoren auf der Erde, die Suche nach einem möglichen Zusammenhang zwischen langperiodischen solaren Schwankungen und Klimaschwankungen begann schon im 19. Jahrhundert und dauert an.[6] Die Größe des Einflusses auf die globale Temperatur liegt bei bis zu einigen Zehntel Grad Celsius, regional sind größere Änderungen möglich.[7]

Siehe auch

Süss-Effekt, der die Änderung des ¹⁴C/¹²C-Verhältnisses durch die Industrialisierung beschreibt
Dendrochronologie
Milanković-Zyklen
Daltonminimum, Maunderminimum, Spörerminimum, Wolfminimum

Literatur

Paul E. Damon, Alexei N. Peristykh: Radiocarbon Calibration And Application To Geophysics, Solar Physics, And Astrophysics. In: Radiocarbon. Band 42, Nr. 1, 2000, S. 137–150 (PDF).

Einzelnachweise

de Vries effect. In: John Matthews (Hrsg.): Encyclopedia of Environmental Change. SAGE, 2013, ISBN 978-1-4739-2819-0.
Variation in Concentration of Radiocarbon with Time and Location on Earth. In: Proc. Koninkl. Nederl. Akad. Wetenschappen. Band 61, 1958, S. 1–9.
Heinrich Wänke, James R. Arnold: Hans E. Suess. In: Biographical Memoirs. Band 87, 2005, S. 354–373 (nap.edu).
Ilya Usoskin, Kalevi Mursula: Grand Minima and Maxima of Solar Activity. In: Jean Lilensten, Thierry Dudok de Wit, Kadja Matthes (Hrsg.): Earth's climate response to a changing Sun: A review of the current understanding by the European research group TOSCA. EOP Science, 2016, ISBN 978-2-7598-2021-4.
Hans Suess: The radiocarbon record in tree rings of the last 8000 years. In: Radiocarbon. Band 22, Nr. 2, 1980, S. 200–209, doi:10.1017/S0033822200009462.
José M. Vaquero, Ricardo M. Trigo: The Role of the Sun in Climate Change: A Brief History. In: Jean Lilensten, Thierry Dudok de Wit, Kadja Matthes (Hrsg.): Earth's climate response to a changing Sun: A review of the current understanding by the European research group TOSCA. EOP Science, 2016, ISBN 978-2-7598-2021-4.
Judith L. Lean: Sun-Climate Connections. In: Oxford Research Encyclopedias – Climate Science. Juli 2017, doi:10.1093/acrefore/9780190228620.013.9.

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[1] Vries effect. In: John Matthews (Hrsg.): Encyclopedia of Environmental Change. SAGE, 2013, ISBN 978-1-4739-2819-0.

[2] Variation in Concentration of Radiocarbon with Time and Location on Earth. In: Proc. Koninkl. Nederl. Akad. Wetenschappen. Band 61, 1958, S. 1–9.

[waenkeArnold2005-3] Heinrich Wänke, James R. Arnold: Hans E. Suess. In: Biographical Memoirs. Band 87, 2005, S. 354–373 (nap.edu).

[4] Ilya Usoskin, Kalevi Mursula: Grand Minima and Maxima of Solar Activity. In: Jean Lilensten, Thierry Dudok de Wit, Kadja Matthes (Hrsg.): Earth's climate response to a changing Sun: A review of the current understanding by the European research group TOSCA. EOP Science, 2016, ISBN 978-2-7598-2021-4.

[5] Hans Suess: The radiocarbon record in tree rings of the last 8000 years. In: Radiocarbon. Band 22, Nr. 2, 1980, S. 200–209, doi:10.1017/S0033822200009462.

[6] José M. Vaquero, Ricardo M. Trigo: The Role of the Sun in Climate Change: A Brief History. In: Jean Lilensten, Thierry Dudok de Wit, Kadja Matthes (Hrsg.): Earth's climate response to a changing Sun: A review of the current understanding by the European research group TOSCA. EOP Science, 2016, ISBN 978-2-7598-2021-4.

[7] Judith L. Lean: Sun-Climate Connections. In: Oxford Research Encyclopedias – Climate Science. Juli 2017, doi:10.1093/acrefore/9780190228620.013.9.