Spoľahlivosť rádiokarbónového datovania
Ako funguje prvá a najznámejšia archeologická datovacia technika?
JAMES KING-HOLMES / KNIŽNICA VEDECKÝCH FOTOGRAFIÍ / Getty Images
Rádiokarbónové datovanie je jedno z najznámejších archeologické techniky datovania dostupný pre vedcov a mnoho ľudí v širokej verejnosti o ňom aspoň počulo. Existuje však veľa mylných predstáv o tom, ako rádiokarbón funguje a aká spoľahlivá je to technika.
Rádiokarbónové datovanie vynašiel v 50. rokoch 20. storočia americký chemik Willard F. Libby a niekoľko jeho študentov na Chicagskej univerzite: v roku 1960 za tento vynález získal Nobelovu cenu za chémiu. Bola to prvá absolútna vedecká metóda, ktorá bola kedy vynájdená: to znamená, že táto technika bola prvou, ktorá umožnila výskumníkovi určiť, ako dlho organický objekt zomrel, či je v kontext alebo nie. Vyhýba sa dátumovej pečiatke na predmete, ale stále je to najlepšia a najpresnejšia datovacia technika.
Ako funguje rádiokarbón?
Všetky živé veci si vymieňajú plyn Uhlík 14 (C14) s atmosférou okolo seba — živočíchy a rastliny si vymieňajú uhlík 14 s atmosférou, ryby a koraly si vymieňajú uhlík s rozpusteným C14 vo vode. Počas života zvieraťa alebo rastliny je množstvo C14 dokonale vyvážené s množstvom v jeho okolí. Keď organizmus zomrie, táto rovnováha je narušená. C14 v mŕtvom organizme sa pomaly rozkladá známou rýchlosťou: jeho „polčas rozpadu“.
Polčas rozpadu an izotop ako C14 je čas, ktorý potrebuje na to, aby sa jeho polovica rozpadla: v C14 každých 5 730 rokov je polovica preč. Ak teda zmeriate množstvo C14 v mŕtvom organizme, môžete zistiť, ako dávno si prestal vymieňať uhlík s atmosférou. Vzhľadom na relatívne nedotknuté okolnosti môže rádiouhlíkové laboratórium presne merať množstvo rádioaktívneho uhlíka v mŕtvom organizme už pred 50 000 rokmi; potom už nezostáva dostatok C14 na meranie.
letokruhy a rádiokarbón
Je tu však problém. Uhlík v atmosfére kolíše so silou magnetické pole zeme a slnečná aktivita. Musíte vedieť, aká bola hladina uhlíka v atmosfére (rádiokarbónová „zásobník“) v čase smrti organizmu, aby ste vedeli vypočítať, koľko času uplynulo od smrti organizmu. Potrebujete pravítko, spoľahlivú mapu k rezervoáru: inými slovami, organický súbor predmetov, na ktorý môžete bezpečne pripnúť dátum, zmerať jeho obsah C14 a tak stanoviť základnú líniu rezervoáru v danom roku.
Našťastie máme organický objekt, ktorý každoročne sleduje uhlík v atmosfére: letokruhy stromov . Stromy udržiavajú vo svojich rastových prstencoch rovnováhu uhlíka 14 – a stromy vytvárajú prstenec za každý rok, kedy sú nažive. Hoci nemáme žiadne 50 000-ročné stromy, máme prekrývajúce sa letokruhy staré 12 594 rokov. Takže inými slovami, máme celkom solídny spôsob, ako kalibrovať surové rádiokarbónové dáta za posledných 12 594 rokov minulosti našej planéty.
Predtým sú však dostupné len útržkovité údaje, vďaka ktorým je veľmi ťažké definitívne datovať čokoľvek staršie ako 13 000 rokov. Sú možné spoľahlivé odhady, ale s veľkými faktormi +/-.
Hľadanie kalibrácií
Ako si viete predstaviť, vedci sa od Libbyho objavu pokúšali objaviť ďalšie organické objekty, ktoré možno bezpečne a stabilne datovať. Ďalšie skúmané súbory organických údajov zahŕňali varve (vrstvy v sedimentárnej hornine, ktoré sa ukladali každoročne a obsahujú organické materiály, hlbokomorské koraly, speleotémy (jaskynné usadeniny) a sopečné tephra; ale s každou z týchto metód sú problémy. Jaskynné nánosy a varvy majú potenciál obsahovať starý pôdny uhlík a zatiaľ existujú nevyriešené problémy s kolísavým množstvom C14 v oceánske koraly .
Počnúc 90. rokmi 20. storočia koalícia výskumníkov vedená Paulou J. Reimerovou z r Centrum CHRONO pre klímu, životné prostredie a chronológiu , na Queen's University Belfast, začali budovať rozsiahly súbor údajov a kalibračný nástroj, ktorý najprv nazvali CALIB. Odvtedy bol CALIB, teraz premenovaný na IntCal, niekoľkokrát vylepšený. IntCal kombinuje a posilňuje údaje z letokruhov, ľadových jadier, tefry, koralov a speleotém, aby prišiel s výrazne vylepšenou kalibračnou sadou pre dátumy c14 medzi 12 000 a 50 000 rokmi. Najnovšie krivky boli schválené na 21. medzinárodná rádiokarbónová konferencia v júli 2012.
Jazero Suigetsu, Japonsko
V priebehu niekoľkých posledných rokov je novým potenciálnym zdrojom pre ďalšiu rafináciu rádiouhlíkových kriviek jazero Suigetsu v Japonsku. Každoročne sa tvoriace sedimenty jazera Suigetsu obsahujú podrobné informácie o zmenách životného prostredia za posledných 50 000 rokov, o ktorých sa špecialista na rádiokarbón PJ Reimer domnieva, že budú rovnako dobré a možno lepšie ako vzorky jadier z Grónska ľadová pokrývka .
Výskumníci Bronk-Ramsay a kol. správa 808 dátumov AMS na základe sedimentových varov nameraných tromi rôznymi rádiouhlíkovými laboratóriami. Dátumy a zodpovedajúce environmentálne zmeny sľubujú priame korelácie medzi ďalšími kľúčovými klimatickými záznamami, čo umožňuje výskumníkom, ako je Reimer, jemne kalibrovať rádiokarbónové dátumy medzi 12 500 až po praktický limit datovania c14 52 800.
Konštanty a limity
Reimer a kolegovia poukazujú na to, že IntCal13 je len najnovší v kalibračných súpravách a možno očakávať ďalšie vylepšenia. Napríklad pri kalibrácii IntCal09 objavili dôkazy, že počas Mladšieho Dryasu (12 550 – 12 900 cal BP) došlo k odstaveniu alebo aspoň prudkému zníženiu formácie Severoatlantickej hlbinnej vody, čo bolo určite odrazom klimatických zmien; museli vyhodiť údaje za toto obdobie zo severného Atlantiku a použiť iný súbor údajov. Do budúcnosti by to malo priniesť zaujímavé výsledky.
Zdroje
- Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF a kol. 2012. Kompletný pozemský rádiouhlíkový záznam pre 11,2 až 52,8 kyr B.P . Science 338:370-374.
- Reimer PJ. 2012. Atmosférická veda. Spresnenie rádiouhlíkovej časovej stupnice . Veda 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 a kol. . 2013. IntCal13 a Marine13 Radiocarbon Age Kalibračné krivky 0–50 000 rokov cal BP . Rádiokarbón 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 a kol. 2009. Kalibračné krivky rádiokarbónového veku IntCal09 a Marine09, 0-50 000 rokov cal BP. Rádiokarbón 51(4):1111-1150.
- Stuiver M a Reimer PJ. 1993. Rozšírená databáza C14 a revidovaný program kalibrácie veku Calib 3.0 c14 . Rádiokarbón 35(1):215-230.