12.460 Jahre Baumringe: Hohenheimer Kalender hilft, die C14-Uhr zu eichen

Manche Archive stehen nicht in Bibliotheken, sondern liegen im Kies. In den Schottern großer Flüsse in Süddeutschland stecken Baumstämme, die vor Jahrtausenden an den Ufern wuchsen. Das Wasser unterspülte sie, und Sand und Geröll begruben sie rasch. Ohne Sauerstoff blieb ihr widerstandsfähiges Kernholz erhalten.

Aus solchen Stämmen hat ein Team der Universität Hohenheim in Stuttgart über Jahrzehnte einen Kalender zusammengesetzt: eine Jahrringchronologie, die nach dem 2004 veröffentlichten Stand 12.460 Jahre zurückreicht – Jahr für Jahr, bis ins Jahr 10.461 vor Christus.

Das klingt nach Kleinarbeit für Spezialisten. Tatsächlich ist dieser Kalender bis heute ein tragender Baustein der internationalen Kalibrierkurve IntCal. Mit ihr rechnen Forschende Radiokarbon-Alter in Kalenderjahre um, etwa in der Archäologie.

Ein Puzzle aus Tausenden Baumscheiben Eng verbunden ist der Kalender mit einem Namen: Bernd Becker. 1968 startete er seine wissenschaftliche Laufbahn bei Bruno Huber in München und Burkhard Frenzel in Stuttgart. Die Stämme aus dem Kies kannte er schon aus seiner Jugend: Er lebte damals bei seinem Onkel, einem Förster im Donautal, und erfuhr dort von den uralten Bäumen in den Kiesgruben. So beschreibt es sein Heidelberger Kollege Bernd Kromer in einem Nachruf.

Leicht war die Aufgabe nicht. Die Eichen aus dem Flusskies starben erstaunlich jung, im Schnitt nach nur 176 Jahren, die älteste hatte 575 Ringe. Häufige Hochwasser rissen die Auwälder immer wieder ein. Gleichzeitig wuchsen die Bäume auf den fruchtbaren Auen so schnell, dass manche trotz ihrer Jugend mehr als einen Meter dick wurden.

Weil jede Baumscheibe also nur wenige Jahrhunderte abdeckt, braucht es sehr viele, die sich überlappen. Becker sägte und verglich laut Nachruf mehr als 5.000 Eichenscheiben, bis eine durchgehende Eichenreihe stand. Diese reichte zurück bis in die Zeit, in der Eichen nach der Eiszeit nach Mitteleuropa zurückkehrten.

So wird aus Ringen ein Kalender Bäume legen in der Regel jedes Jahr einen Ring an, und wie breit er wird, hängt vom Wetter ab. Bäume, die zur selben Zeit in derselben Gegend wuchsen, tragen deshalb ein ähnliches Muster aus breiten und schmalen Ringen. Legt man die Muster älterer und jüngerer Hölzer nebeneinander, lassen sie sich jahrgenau verbinden – Stück für Stück zurück in die Vergangenheit. Fachleute nennen das Crossdating.

Für die Zeit nach 500 nach Christus wird im Flusskies kaum Holz gefunden. Hier schlugen Proben aus lebenden Bäumen, alten Gebäuden und archäologischen Grabungen die Brücke bis in die Gegenwart. Zur Kontrolle verglich das Team seine Reihe mit unabhängigen Eichenchronologien aus Irland und Göttingen, zurück bis ins Jahr 7792 vor Christus. Die Reihen passten zusammen.

Eichen, Kiefern – und ein Problem mit Maikäfern Je weiter es zurückgeht, desto kniffliger wird es. Der älteste jahrgenau datierte Eichenstamm begann laut der Studie von 2004 im Jahr 8480 vor Christus am Rhein zu wachsen. Davor gab es in den Flusstälern vor allem Kiefern. Becker hatte in denselben Kiesgruben Kiefern gefunden, die älter waren als die Eichen. Diese Kiefern wurden zum Schwerpunkt eines gemeinsamen Projekts von Heidelberg und Hohenheim.

Eichen und Kiefern wuchsen eine Weile gleichzeitig an den Flüssen. Über eine Überlappung von 538 Jahren ließen sich beide Reihen verknüpfen. Die Kiefernreihe umfasst 515 Bäume aus den Tälern von Donau und Rhein, aus Ostdeutschland und der Schweiz. Am ältesten Ende helfen Kiefern aus einem Wald vom Ende der Eiszeit, der im Braunkohlerevier bei Cottbus ausgegraben wurde, und Hölzer aus Avenches und Zürich, die Schweizer Labore beisteuerten.

Eine überraschende Hürde waren Maikäfer. Bevor Schädlinge bekämpft wurden, fraßen sie im Abstand von drei bis fünf Jahren viele Eichen im Frühjahr kahl. Die Bäume bildeten dann schmale Ringe – in so regelmäßigem Takt, dass verschieden alte Bäume fast gleiche Muster bekamen. Das kann eine Datierung in die Irre führen. An Donau, Rhein und in Ostdeutschland waren bis zu 30 Prozent der Bäume betroffen. Das Team spürte diese Stämme systematisch auf und nahm sie aus dem Kalender.

Das Ergebnis beschrieb ein Team um Michael Friedrich 2004 im Fachjournal Radiocarbon: In der Eichenreihe stecken mehr als 7.000 Bäume, im Schnitt 108 pro Kalenderjahr. Mit den Kiefern reicht der Kalender von 10.461 vor Christus bis zum Jahr 2000. Er deckt damit die gesamte Nacheiszeit ab und noch 820 Jahre davor. Ehrlich vermerken die Autoren: Das älteste Verbindungsstück beruht auf wenigen Bäumen und gilt noch als vorläufig.

Warum die C14-Uhr eine Eichung braucht Wozu der Aufwand? Die Radiokarbon-Methode bestimmt das Alter organischer Überreste wie Holz, Knochen oder Samen über radioaktiven Kohlenstoff (C14), der nach dem Tod eines Lebewesens langsam zerfällt. Doch der C14-Gehalt der Luft schwankte im Lauf der Zeit. Ein gemessenes Radiokarbon-Alter muss deshalb erst mit einer Kalibrierkurve in Kalenderjahre umgerechnet werden. Dafür braucht es Material, dessen Alter genau bekannt ist und an dem sich C14 messen lässt. Jahrringe liefern genau das: Jeder Ring lässt sich einem Kalenderjahr zuordnen. Daneben fließen in die Kurve auch Daten aus Tropfsteinen, Korallen und Sedimenten ein.

Becker arbeitete schon früh mit Radiokarbon-Laboren in Groningen, Heidelberg, Pretoria und Seattle zusammen. Mit seinen Eichen gab er auch jungsteinzeitlichen und frühbronzezeitlichen Siedlungen in Süddeutschland und der Schweiz einen jahrringgenauen Zeitrahmen. Im Oktober 1993 ehrte ihn das Archaeological Institute of America für seinen Beitrag zur Eichung der C14-Zeitskala mit dem Pomerance Award. Becker starb im Februar 1994 mit 53 Jahren. Die Feldarbeit leitete er laut Nachruf bis wenige Wochen vor seinem Tod. Kolleginnen und Kollegen in Hohenheim bauten den Kalender danach weiter aus.

Fast die Hälfte der Baumringe in IntCal20 Wie viel davon heute in der Forschung steckt, zeigt IntCal20, die bislang jüngste Fassung der Kalibrierkurve, erschienen 2020 mit 42 Autorinnen und Autoren. Die Kurve enthält 9.211 Messungen an Jahrringproben, deren Alter auf das Jahr genau bekannt ist. Eine Auswertung von Alex Bayliss und Kollegen aus demselben Jahr hält fest: Fast die Hälfte dieser Baumringproben stammt aus der Hohenheimer Eichenreihe und den damit verknüpften Kiefernreihen.

Für die Zeit vor 5215 vor Christus, wo die Messungen an der unabhängigen irischen Eichenreihe enden, stehen die Hohenheimer Reihen bis auf wenige Einzelproben sogar allein. Laut den Autoren sind sie noch immer die längsten verfügbaren.

Zur Bilanz gehört auch, was fehlt. Wo eine Reihe allein steht, gibt es keinen unabhängigen Gegencheck. Zudem stammen die Bäume in IntCal20 überwiegend aus einem schmalen Gürtel zwischen dem 46. und dem 55. Breitengrad. Für viele Nutzerinnen und Nutzer der Kurve sei das eine Schwäche, so Bayliss und Kollegen.

Ein Kalender zum Anfassen Wie das Rohmaterial aussieht, ließ sich zumindest 2014 auch vor Ort sehen: Damals lagen laut Universität Hohenheim im Botanischen Garten am Hochbruckgraben subfossile Eichen- und Kiefernstämme aus den Schottern von Donau und Rhein, bis zu 11.500 Jahre alt. Schautafeln erklärten dort, wie die Jahrringdatierung funktioniert.

Aus Holz, das jahrtausendelang unbeachtet im Kies lag, ist so ein Maßstab geworden, an dem Forschende die Zeit ablesen. Jahrzehnte des Sammelns, Sägens und Vergleichens stecken darin. Manchmal ist langer Atem die beste Methode.