Zanesljivost radiokarbonskega datiranja
Kako deluje prva in najbolj znana tehnika arheološkega datiranja?
JAMES KING-HOLMES / ZNANSTVENA FOTOTEKA / Getty Images
Radiokarbonsko datiranje je eno najbolj znanih arheološke tehnike datiranja na voljo znanstvenikom, veliko ljudi v širši javnosti pa je vsaj slišalo zanj. Vendar obstaja veliko napačnih predstav o tem, kako radiokarbon deluje in kako zanesljiva tehnika je.
Radiokarbonsko datiranje so v petdesetih letih prejšnjega stoletja izumili ameriški kemik Willard F. Libby in nekaj njegovih študentov na Univerzi v Chicagu: leta 1960 je za izum prejel Nobelovo nagrado za kemijo. To je bila prva absolutna znanstvena metoda, ki so jo kdaj izumili: to pomeni, da je bila tehnika prva, ki je raziskovalcu omogočila ugotoviti, pred koliko časa je organski predmet umrl, ali je v kontekstu ali ne. Za razliko od datumskega žiga na predmetu je še vedno najboljša in najnatančnejša tehnika datiranja.
Kako deluje radiokarbon?
Vsa živa bitja izmenjujejo plin Carbon 14 (C14) z ozračjem okoli njih — živali in rastline izmenjujejo ogljik 14 z ozračjem, ribe in korale izmenjujejo ogljik z raztopljenim C14 v vodi. V celotnem življenju živali ali rastline je količina C14 popolnoma uravnotežena s količino v njeni okolici. Ko organizem umre, se to ravnovesje poruši. C14 v mrtvem organizmu počasi razpada z znano hitrostjo: njegova 'razpolovna doba'.
Razpolovna doba an izotop kot je C14 čas, ki je potreben, da polovica tega razpade: v C14 ga vsakih 5730 let polovica izgine. Torej, če izmerite količino C14 v mrtvem organizmu, lahko ugotovite, kako dolgo nazaj je prenehal izmenjevati ogljik z atmosfero. Glede na razmeroma nedotaknjene okoliščine lahko radiokarbonski laboratorij natančno izmeri količino radioaktivnega ogljika v mrtvem organizmu že pred 50.000 leti; po tem ni ostalo dovolj C14 za merjenje.
Drevesni obroči in radiokarbon
Vendar obstaja problem. Ogljik v ozračju niha z močjo zemeljsko magnetno polje in sončne aktivnosti. Vedeti morate, kakšna je bila raven ogljika v atmosferi ('rezervoar' radioaktivnega ogljika) v času smrti organizma, da bi lahko izračunali, koliko časa je minilo od smrti organizma. Kar potrebujete, je ravnilo, zanesljiv zemljevid rezervoarja: z drugimi besedami, organski nabor predmetov, na katere lahko varno pripnete datum, izmerite vsebnost C14 in tako določite osnovni rezervoar v danem letu.
Na srečo imamo organski objekt, ki vsako leto sledi ogljiku v ozračju: drevesni obroči . Drevesa vzdržujejo ravnovesje ogljika 14 v svojih rastnih obročih - in drevesa proizvedejo obroč za vsako leto, ko so živa. Čeprav nimamo dreves, starih 50.000 let, imamo prekrivajoče se nize drevesnih obročev do 12.594 let. Torej, z drugimi besedami, imamo precej dober način za kalibracijo neobdelanih radiokarbonskih datumov za zadnjih 12.594 let preteklosti našega planeta.
Toda pred tem so na voljo le fragmentarni podatki, zaradi česar je zelo težko dokončno datirati kaj starejšega od 13.000 let. Zanesljive ocene so možne, vendar z velikimi faktorji +/-.
Iskanje kalibracij
Kot si lahko predstavljate, so znanstveniki od Libbyjinega odkritja poskušali odkriti druge organske predmete, ki jih je mogoče varno datirati. Drugi pregledani nizi organskih podatkov so vključevali varve (plasti v sedimentnih kamninah, ki so bile odložene vsako leto in vsebujejo organske materiale, globokomorske korale, speleothems (jamske usedline) in vulkanske tefre; vendar obstajajo težave z vsako od teh metod. Jamske usedline in varve lahko vključujejo stari ogljik v tleh, obstajajo pa še nerešena vprašanja z nihajočimi količinami C14 v oceanske korale .
V začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja je koalicija raziskovalcev pod vodstvom Paule J. Reimer iz CHRONO Center za podnebje, okolje in kronologijo , na Queen's University Belfast, so začeli graditi obsežen nabor podatkov in orodje za umerjanje, ki so ga najprej poimenovali CALIB. Od takrat je bil CALIB, zdaj preimenovan v IntCal, večkrat izboljšan. IntCal združuje in krepi podatke iz drevesnih obročev, ledenih jeder, tefre, koral in speleotemov, da bi ustvaril bistveno izboljšan niz kalibracije za datume c14 med 12.000 in 50.000 leti. Najnovejše krivulje so bile ratificirane na 21. mednarodna radiokarbonska konferenca julija 2012.
Jezero Suigetsu, Japonska
V zadnjih nekaj letih je nov potencialni vir za nadaljnje izboljšanje radiokarbonskih krivulj jezero Suigetsu na Japonskem. Vsako leto oblikovani sedimenti jezera Suigetsu vsebujejo podrobne informacije o okoljskih spremembah v zadnjih 50.000 letih, za katere strokovnjak za radiokarbonske raziskave PJ Reimer meni, da bodo tako dobri kot in morda boljši od vzorcev jeder iz Grenlandska ledena plošča .
Raziskovalci Bronk-Ramsay et al. poročilo 808 AMS o datumih na podlagi sedimentnih valov, ki so jih izmerili trije različni radiokarbonski laboratoriji. Datumi in ustrezne okoljske spremembe obljubljajo neposredno korelacijo med drugimi ključnimi podnebnimi zapisi, kar raziskovalcem, kot je Reimer, omogoča natančno kalibracijo radiokarbonskih datumov med 12.500 in praktično mejo datiranja c14 52.800.
Konstante in meje
Reimer in sodelavci poudarjajo, da je IntCal13 le najnovejši v nizih za umerjanje in da je pričakovati nadaljnje izboljšave. Na primer, v kalibraciji IntCal09 so odkrili dokaze, da je med mlajšim drijasom (12.550-12.900 cal BP) prišlo do zaustavitve ali vsaj strmega zmanjšanja severnoatlantske formacije globoke vode, kar je zagotovo odraz podnebnih sprememb; morali so vreči podatke za to obdobje iz severnega Atlantika in uporabiti drug nabor podatkov. To bi moralo prinesti zanimive rezultate v prihodnje.
Viri
- Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. Popoln zemeljski radiokarbonski zapis za 11,2 do 52,8 kyr B.P . Znanost 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Znanost o atmosferi. Izboljšanje radiokarbonske časovne lestvice . Znanost 338(6105):337-338.
- Reimer PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M et al. . 2013. Umeritvene krivulje radiokarbonske starosti IntCal13 in Marine13 0–50.000 let cal BP . Radiokarbonski 55 (4): 1869–1887.
- Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et al. 2009. Umeritvene krivulje radiokarbonske starosti IntCal09 in Marine09, 0–50.000 let cal BP. Radiokarbonski 51(4):1111-1150.
- Stuiver M in Reimer PJ. 1993. Razširjena zbirka podatkov C14 in revidirani program za umerjanje starosti Calib 3.0 c14 . Radiokarbonski 35 (1): 215-230.