Wenn die örtlichen Strafverfolgungsbehörden Skelettreste nicht identifizieren können, greifen sie möglicherweise auf externe Ressourcen und Kapazitäten zurück, wie beispielsweise das Center for Accelerator Mass Spectrometry (CAMS) des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Genau das geschah 2007, als die Polizei in Neufundland, Kanada, sechs Jahre lang Ermittlungen durchführte, die nichts als Sackgassen boten.
In der Hoffnung, neue Erkenntnisse über ihren John Doe zu gewinnen, wandten sich die Ermittler aus Neufundland an den LLNL-Wissenschaftler Bruce Buchholz und Mitarbeiter des Karolinska-Instituts in Schweden, nachdem sie auf einige ihrer Forschungsarbeiten über die Verwendung von Kohlenstoffdatierung zur Schätzung des Geburts- und Todesjahres einer verstorbenen Person.
Mithilfe von Beschleunigertechnologien am CAMS maß Buchholz die Menge an Kohlenstoff in den Zähnen und Haaren des Verstorbenen. Die Ergebnisse dieser Analysen zeigten, dass der Verstorbene zum Zeitpunkt seines Todes in seinen 30ern war, wahrscheinlich 1958 (+/- 2,5 Jahre) geboren wurde und zwischen 1994 und 1997 starb.
Im Idealfall hätte diese Information die Ermittler der Identifizierung des unbekannten Mannes einen Schritt näher gebracht, doch in diesem Fall blieb seine Identität ein Rätsel – bis vor Kurzem. Dank moderner Fortschritte in der Genealogie fanden die Ermittler eine DNA-Übereinstimmung mit der des Cousins ersten Grades von John Doe und konnten so feststellen, dass die Überreste denen von Temistocle Fernandez Casas aus Kuba gehörten.
„Ich war sehr erfreut zu hören, dass sie nach all den Jahren in diesem Fall Fortschritte gemacht haben“, sagte Buchholz. Im Laufe seiner 26-jährigen Karriere beim LLNL hat Buchholz dabei geholfen, die menschlichen Überreste mehrerer Dutzend ungelöster Fälle zu datieren.
Ein ideales Messwerkzeug
Anfang der 2000er Jahre suchten Buchholz und seine Mitarbeiter nach einem guten Kontrollgewebe, das in ihren Zellumsatzstudien zur Datierung von DNA verwendet werden könnte. Also dachten sie sich: „Versuchen wir es mit Zähnen.“ Sobald ein Zahn gebildet ist, ändert sich die Menge an Kohlenstoff-14 (14C) im Zahnschmelz nicht mehr, was ihn zum idealen Datierungsinstrument für Menschen macht. Da bestimmte Zähne in bestimmten Altersbereichen gebildet werden, kann die Messung des 14C-Gehalts in verschiedenen Zähnen Forschern helfen, eine Reihe von Geburtsjahren abzuschätzen.
Haare hingegen wachsen kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Zentimeter pro Monat. „Der 14C-Gehalt in Ihrer Nahrung wird zu dem 14C in Ihnen“, sagte Buchholz. „Die Messung des 14C, das der Haarwurzel am nächsten liegt, kann uns sagen, wie viel 14C in der Nahrung einer Person in den letzten paar Monaten war, und uns helfen, eine Zeitspanne für den Todeszeitpunkt zu berechnen.“
Die oberirdischen Atomtests, die vor dem Atomteststoppvertrag von 1963 stattfanden, machen diese Art von Messungen möglich, weshalb diese Methode oft als „Bombenimpuls-Datierung“ bezeichnet wird. Bis 1955 war die Menge an 14C in der Atmosphäre relativ stabil, aber oberirdische Atomtests führten dazu, dass sich die Menge an 14C in der Atmosphäre gegenüber dem natürlichen Niveau verdoppelte. Ein Großteil dieses überschüssigen 14C oxidierte dann zu Kohlendioxid (CO2) und verteilte und glich sich rund um den Globus aus.
In den späten 1950er Jahren begannen Forscher in Europa, alle paar Wochen CO2-Proben aus der Atmosphäre zu entnehmen – Messungen, die auch heute noch durchgeführt werden. Anhand dieser Daten können Forscher das Geburts- und Sterbedatum einer Person schätzen, indem sie die Menge an 14C, die in ihrem Zahnschmelz oder Haar gefunden wurde, mit einem Datensatz vergleichen, der die bekannten atmosphärischen 14C-Werte im Laufe der Zeit wiedergibt, und so genau bestimmen, wo die Werte übereinstimmen.
„Der Einsatz eines hochpräzisen Beschleuniger-Massenspektrometers wie dem des CAMS maximiert den forensischen Wert, indem er Geburts- und Todesjahr eng eingrenzt“, sagte CAMS-Direktor Scott Tumey. „Die Durchführung dieser Messungen in einem nationalen Labor gibt den Strafverfolgungsbehörden ein hohes Maß an Vertrauen in die Zuverlässigkeit der Ergebnisse.“
Vergleich der Kohlenstoffverhältnisse
Zur Datierung des Kohlenstoffgehalts in Zähnen ist nur etwa ein Drittel eines ganzen Zahns oder 100 Milligramm erforderlich. Zur Vorbereitung der Probe wird diese zerkleinert und in Säure aufgelöst, wodurch CO2 freigesetzt wird. Wenn dieser Prozess mit Haaren durchgeführt wird, werden diese nicht in Säure aufgelöst, sondern verbrannt. Da Haare einen hohen Kohlenstoffgehalt haben, werden nur 3–4 Milligramm Haare benötigt.
Das CO2 aus der Zahn- oder Haarprobe wird dann zu Graphit – der kristallinen Form von Kohlenstoff – reduziert und in eine Ionenquelle bei CAMS gegeben, wo die neutralen Atome des Graphits durch negative Ladung in Ionen umgewandelt werden. Ein Beschleuniger kann diese negative Ladung dann nutzen, um die Probe zu beschleunigen, wodurch es möglich wird, die Atomverhältnisse von 14C zu Kohlenstoff-13 (13C) zu erkennen, zu zählen und zu vergleichen.
„Wir können die 14C- zu 13C-Konzentrationen in einer unbekannten Probe mit dem 14C- zu 13C-Verhältnis zertifizierter Isotopenstandards vergleichen, die von der Internationalen Atomenergie-Organisation und dem National Institute of Standards and Technology bereitgestellt werden. Aus diesem Verhältnis können wir anhand der umfangreichen verfügbaren atmosphärischen Aufzeichnungen das Alter einer Person berechnen“, sagte Buchholz.
„Mit unseren Berechnungen schließen wir Möglichkeiten aus, aber wir können keine absoluten Aussagen treffen.“ Zähne, Haare, Kohlenstoffdatierung und CAMS-Fähigkeiten erzählen nur einen Teil der Geschichte, und im Fall von Casas ist die Geschichte noch nicht zu Ende.
Heute ist der 14C-Gehalt in der Atmosphäre fast wieder auf vorindustriellem Niveau. Dies ist hauptsächlich auf die natürliche Diffusion in die Ozeane und den Einbau in Pflanzen durch Photosynthese zurückzuführen, aber auch auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Anders als das natürliche atmosphärische und Bombenpuls-CO2, das 14C enthält, enthält das CO2 aus fossilen Brennstoffen kein 14C. Infolgedessen wurde der Bombenpuls im Laufe der Zeit verdünnt. Buchholz schätzt, dass der 14C-Gehalt in der Atmosphäre nach 2025 wieder auf vorindustriellem Niveau liegen wird, was die Anwendung der Bombenpuls-Datierung auf Personen beschränkt, die in diesem Zeitraum geboren oder gestorben sind.
Die Leistungsfähigkeit der Kohlenstoffdatierung geht jedoch über forensische Anwendungen hinaus. Auch wenn der Bombenimpuls abnimmt, bleiben die CAMS-Funktionen für die Messung von 14C mithilfe der herkömmlichen Radiokarbondatierung für eine Vielzahl von Studien zum Kohlenstoffkreislauf und zur Kohlenstoffbindung unverzichtbar.