Analiza radiowęglowa zmieniła nasze rozumienie ostatnich 50 000 lat. Profesor Willard Libby po raz pierwszy zademonstrował to w 1949 roku, za co później otrzymał Nagrodę Nobla.
Metoda randkowania
Istotą analizy radiowęglowej jest porównanie trzech różnych izotopów węgla. Izotopy danego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze, ale różną liczbę neutronów. Oznacza to, że pomimo wielkiego podobieństwa chemicznego mają różne masy.
Całkowitą masę izotopu wskazuje indeks liczbowy. Podczas gdy lżejsze izotopy 12C i 13C są stabilne, najcięższy izotop 14C (radiowęgiel) jest radioaktywny. Jego rdzeń jest tak duży, że jest niestabilny.
Z biegiem czasu 14C, podstawa datowania radiowęglowego, rozpada się na azot 14N. Większość węgla-14 powstaje w górnej atmosferze, gdzie neutrony wytwarzane przez promieniowanie kosmiczne reagują z atomami 14N.
Następnie utlenia się do 14CO2, wchodzi do atmosfery i miesza się z 12 CO2 i 13CO2. Stosowany jest dwutlenek węglarośliny podczas fotosyntezy, a stamtąd przez łańcuch pokarmowy. Dlatego każda roślina i zwierzę w tym łańcuchu (w tym ludzie) będą miały równą ilość 14C w porównaniu z 12C w atmosferze (stosunek14S:12S).
Ograniczenia metody
Kiedy żyjące istoty umierają, tkanka nie jest już zastępowana i rozpad radioaktywny 14C staje się widoczny. Po 55 000 lat 14C zepsuł się tak bardzo, że nie można już zmierzyć jego pozostałości.
Co to jest datowanie radiowęglowe? Rozpad promieniotwórczy może być używany jako „zegar”, ponieważ jest niezależny od warunków fizycznych (np. temperatura) i chemicznych (np. zawartość wody). Połowa 14C zawartej w próbce rozpada się w ciągu 5730 lat.
Dlatego, jeśli znasz stosunek 14C:12C w momencie śmierci i dzisiejszy stosunek, możesz obliczyć ile czasu minęło. Niestety nie jest tak łatwo je zidentyfikować.
Analiza radiowęglowa: margines błędu
Ilość 14C w atmosferze, a więc w roślinach i zwierzętach, nie zawsze była stała. Na przykład zmienia się w zależności od tego, ile promieni kosmicznych dociera do Ziemi. Zależy to od aktywności słonecznej i pola magnetycznego naszej planety.
Na szczęście możliwe jest zmierzenie tych wahań w próbkach datowanych innymi metodami. Potrafisz policzyć słoje roczne drzew i zmianę ich zawartościradiowęgiel. Na podstawie tych danych można skonstruować „krzywą kalibracji”.
Obecnie trwają prace nad jego rozszerzeniem i udoskonaleniem. W 2008 roku można było kalibrować tylko datowanie radiowęglowe do 26 000 lat. Dziś krzywa została przedłużona do 50 000 lat.
Co można zmierzyć?
Nie wszystkie materiały można datować tą metodą. Większość, jeśli nie wszystkie, związki organiczne umożliwiają datowanie radiowęglowe. Niektóre materiały nieorganiczne, takie jak składnik aragonitowy muszli, również mogą być datowane, ponieważ węgiel-14 był używany do tworzenia minerału.
Materiały, które zostały datowane od momentu powstania metody to węgiel drzewny, drewno, gałązki, nasiona, kości, muszle, skóra, torf, muł, ziemia, włosy, ceramika, pyłki, malowidła ścienne, koral, pozostałości krwi, tkanina, papier, pergamin, żywica i woda.
Analiza radiowęglowa metalu nie jest możliwa, jeśli nie zawiera węgla-14. Wyjątkiem są produkty żelazne, które powstają przy użyciu węgla.
Podwójna liczba
Z powodu tej komplikacji datowanie radiowęglowe przedstawia się na dwa sposoby. Nieskalibrowane pomiary są podane w latach przed 1950 (BP). Skalibrowane daty są również przedstawiane jako BC. e. i później, a także przy użyciu jednostki calBP (skalibrowanej do chwili obecnej, przed 1950 r.). Jest to „najlepsze oszacowanie” faktycznego wieku próby, ale konieczne jest, aby móc wrócić dostare dane i kalibruj je, gdy nowe badania aktualizują krzywą kalibracji.
Ilość i jakość
Drugą trudnością jest niezwykle niska częstość występowania 14С. Tylko 0,00000000001% węgla w dzisiejszej atmosferze to 14C, co czyni go niezwykle trudnym do zmierzenia i niezwykle wrażliwym na zanieczyszczenia.
We wczesnych latach analiza radiowęglowa produktów rozpadu wymagała ogromnych próbek (np. połowy kości udowej człowieka). Wiele laboratoriów korzysta obecnie z akceleratorowego spektrometru mas (AMS), który może wykrywać i mierzyć obecność różnych izotopów, a także zliczać pojedyncze atomy węgla-14.
Ta metoda wymaga mniej niż 1 grama kości, ale niewiele krajów może sobie pozwolić na więcej niż jeden lub dwa AMS, które kosztują ponad 500 000 USD. Na przykład Australia ma tylko 2 z tych instrumentów zdolnych do datowania radiowęglowego i są one poza zasięgiem większości krajów rozwijających się.
Czystość jest kluczem do dokładności
Ponadto próbki muszą być dokładnie oczyszczone z zanieczyszczeń węglem z kleju i ziemi. Jest to szczególnie ważne w przypadku bardzo starych materiałów. Jeśli 1% pierwiastka w próbce sprzed 50 000 lat pochodzi z nowoczesnego zanieczyszczenia, będzie datowany na 40 000 lat.
Z tego powodu naukowcy stale rozwijają się na nowometody skutecznego czyszczenia materiałów. Mogą mieć znaczący wpływ na wynik, jaki daje analiza radiowęglowa. Dokładność metody znacznie wzrosła wraz z opracowaniem nowej metody czyszczenia węglem aktywnym ABOX-SC. Umożliwiło to np. przesunięcie daty przybycia pierwszych ludzi do Australii o ponad 10 tysięcy lat.
Analiza radiowęglowa: krytyka
Wspomniana w Biblii metoda dowodząca, że od powstania Ziemi minęło ponad 10 tysięcy lat, była wielokrotnie krytykowana przez kreacjonistów. Twierdzą na przykład, że w ciągu 50 000 lat próbki powinny być wolne od węgla 14, ale węgiel, ropa i gaz ziemny, o których uważa się, że mają miliony lat, zawierają mierzalne ilości tego izotopu, co potwierdza datowanie radiowęglowe. Błąd pomiaru w tym przypadku jest większy niż promieniowanie tła, którego nie można wyeliminować w laboratorium. Oznacza to, że próbka, która nie zawiera ani jednego radioaktywnego atomu węgla, pokaże datę 50 tysięcy lat. Fakt ten nie podważa jednak datowania obiektów, a tym bardziej nie wskazuje, że ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny są młodsze niż ten wiek.
Ponadto kreacjoniści zauważają pewne osobliwości w datowaniu radiowęglowym. Na przykład datowanie mięczaków słodkowodnych określiło ich wiek na ponad 2000 lat, co ich zdaniem dyskredytuje tę metodę. W rzeczywistości stwierdzono, że skorupiaki uzyskują większość węgla z wapienia i próchnicy, które są bardzo niskie w 14C, ponieważ te minerały są bardzo stare i nie mają do nich dostępu.węgiel w powietrzu. Analiza radiowęglowa, której dokładność w tym przypadku może być kwestionowana, jest poza tym prawdziwa. Na przykład drewno nie ma tego problemu, ponieważ rośliny pobierają węgiel bezpośrednio z powietrza, które zawiera pełną dawkę 14C.
Kolejnym argumentem przeciwko tej metodzie jest fakt, że drzewa mogą tworzyć więcej niż jeden słoj w ciągu roku. To prawda, ale częściej zdarza się, że w ogóle nie tworzą słojów. Sosna bristlecone, na której opiera się większość pomiarów, ma o 5% mniej słojów niż jej rzeczywisty wiek.
Ustawianie daty
Analiza radiowęglowa to nie tylko metoda, ale także ekscytujące odkrycia w naszej przeszłości i teraźniejszości. Metoda ta pozwoliła archeologom na uporządkowanie znalezisk w porządku chronologicznym bez konieczności posiadania pisemnych zapisów czy monet.
W XIX i na początku XX wieku niezwykle cierpliwi i uważni archeolodzy połączyli narzędzia ceramiczne i kamienne z różnych obszarów geograficznych, szukając podobieństw w kształcie i wzorach. Następnie, korzystając z idei, że style obiektowe ewoluowały i stawały się z czasem bardziej złożone, mogli uporządkować je.
Tak więc wielkie grobowce kopulaste (znane jako tholos) w Grecji były uważane za prekursory podobnych konstrukcji na szkockiej wyspie Maeshowe. Popierało to ideę, że klasyczne cywilizacje Grecji i Rzymu były w centrum wszystkich innowacji.
Jednak wW wyniku analizy radiowęglowej okazało się, że szkockie grobowce były o tysiące lat starsze od greckich. Barbarzyńcy z północy byli w stanie zaprojektować złożone konstrukcje podobne do klasycznych.
Inne godne uwagi projekty to przypisanie Całunu Turyńskiego do okresu średniowiecza, datowanie Zwojów znad Morza Martwego na czasy Chrystusa oraz nieco kontrowersyjna periodyzacja rysunków w Jaskini Chauvet przy 38 000 kcal (około 32 000 BP), tysiące lat wcześniej niż oczekiwano.
Analiza radiowęglowa została również wykorzystana do określenia czasu wyginięcia mamutów i przyczyniła się do debaty na temat tego, czy współcześni ludzie i neandertalczycy spotkali się, czy nie.
Izotop 14С służy nie tylko do określenia wieku. Metoda analizy radiowęglowej pozwala nam badać cyrkulację oceanu i prześledzić ruch leków w organizmie, ale to już temat na inny artykuł.
