Radiokarbonska analiza je spremenila naše razumevanje zadnjih 50.000 let. Profesor Willard Libby ga je prvič pokazal leta 1949, za kar je kasneje prejel Nobelovo nagrado.
Način zmenkov
Bistvo radiokarbonske analize je primerjava treh različnih izotopov ogljika. Izotopi določenega elementa imajo v jedru enako število protonov, vendar različno število nevtronov. To pomeni, da imajo kljub veliki kemični podobnosti različne mase.
Skupna masa izotopa je označena s številčnim indeksom. Medtem ko so lažji izotopi 12C in 13C stabilni, je najtežji izotop 14C (radioogljik) je radioaktivna. Njegovo jedro je tako veliko, da je nestabilno.
Sčasoma, 14C, osnova radiokarbonskega datiranja, razpade v dušik 14N. Večina ogljika-14 nastane v zgornji atmosferi, kjer nevtroni, ki jih proizvajajo kozmični žarki, reagirajo z atomi 14N.
Potem oksidira v 14CO2, vstopi v ozračje in se meša z 12 CO2 in 13CO2. Uporablja se ogljikov dioksidrastline med fotosintezo in od tam skozi prehranjevalno verigo. Zato bo imela vsaka rastlina in žival v tej verigi (vključno z ljudmi) enako količino 14C v primerjavi z 12C v ozračju (razmerje14S:12S).
Omejitve metode
Ko živa bitja umrejo, se tkivo ne nadomesti več in radioaktivni razpad 14C postane očiten. Po 55.000 letih je 14C tako zelo razpadel, da njegovih ostankov ni več mogoče izmeriti.
Kaj je radiokarbonsko datiranje? Radioaktivni razpad se lahko uporablja kot "ura", saj je neodvisen od fizikalnih (npr. temperatura) in kemičnih (npr. vsebnost vode) pogojev. Polovica 14C, vsebovanega v vzorcu, razpade v 5730 letih.
Zato, če poznate razmerje 14C:12C v času smrti in današnje razmerje, potem lahko izračunate koliko časa je minilo. Žal jih ni tako enostavno prepoznati.
Radiokarbonska analiza: meja napake
Količina 14C v ozračju, torej v rastlinah in živalih, ni bila vedno konstantna. Na primer, razlikuje se glede na to, koliko kozmičnih žarkov doseže Zemljo. Odvisno je od sončne aktivnosti in magnetnega polja našega planeta.
Na srečo je mogoče ta nihanja izmeriti v vzorcih, datiranih z drugimi metodami. Lahko preštejete letne obroče dreves in spremembo njihove vsebineradiokarbonski. Iz teh podatkov je mogoče sestaviti "kalibracijsko krivuljo".
Trenutno je v teku, da bi ga razširili in izboljšali. Leta 2008 je bilo mogoče kalibrirati le radiokarbonske datume do 26.000 let. Danes je bila krivulja razširjena na 50.000 let.
Kaj je mogoče izmeriti?
S to metodo ni mogoče datirati vseh materialov. Večina, če ne vse, organskih spojin omogoča radiokarbonsko datiranje. Nekatere anorganske materiale, kot je aragonit v školjkah, je mogoče datirati tudi, saj je bil pri tvorbi minerala uporabljen ogljik-14.
Materiali, ki so bili datirani od začetka metode, vključujejo oglje, les, vejice, semena, kosti, školjke, usnje, šoto, mulj, zemljo, lase, lončenino, cvetni prah, stenske slike, korale, ostanke krvi, tkanina, papir, pergament, smola in voda.
Radioogljična analiza kovine ni mogoča, če ne vsebuje ogljika-14. Izjema so izdelki iz železa, ki so izdelani iz premoga.
Dvojno štetje
Zaradi tega zapleta so radiokarbonski datumi predstavljeni na dva načina. Nekalibrirane meritve so podane v letih pred letom 1950 (BP). Umerjeni datumi so predstavljeni tudi kot BC. e., in pozneje, pa tudi z uporabo enote calBP (umerjeno do danes, pred letom 1950). To je "najboljša ocena" dejanske starosti vzorca, vendar se je treba nanjo vrnitistare podatke in jih kalibrirajte, saj nove študije posodabljajo umeritveno krivuljo.
Količina in kakovost
Druga težava je izjemno nizka razširjenost 14С. Samo 0,0000000001 % ogljika v današnjem ozračju je 14C, zaradi česar je izjemno težko meriti in je izjemno občutljiv na onesnaževanje.
V zgodnjih letih je radiokarbonska analiza produktov razpada zahtevala ogromne vzorce (npr. polovico človeške stegnenice). Številni laboratoriji zdaj uporabljajo pospeševalni masni spektrometer (AMS), ki lahko zazna in izmeri prisotnost različnih izotopov ter šteje posamezne atome ogljika-14.
Ta metoda zahteva manj kot 1 gram kosti, vendar si le malo držav lahko privošči več kot eno ali dve AMS, ki staneta več kot 500.000 $. Avstralija ima na primer samo 2 od teh instrumentov, ki omogočata radiokarbonsko datiranje, in sta izven dosega večjega dela sveta v razvoju.
Čistoča je ključ do natančnosti
Poleg tega je treba vzorce skrbno očistiti pred onesnaženjem z ogljikom iz lepila in zemlje. To je še posebej pomembno za zelo stare materiale. Če 1 % elementa v 50.000 let starem vzorcu izvira iz sodobnega onesnaževalca, bo datirano na 40.000 let.
Zaradi tega raziskovalci nenehno razvijajo novemetode za učinkovito čiščenje materialov. Lahko pomembno vplivajo na rezultat, ki ga daje radiokarbonska analiza. Natančnost metode se je močno povečala z razvojem nove metode čiščenja z aktivnim ogljem ABOx-SC. To je na primer omogočilo preložitev datuma prihoda prvih ljudi v Avstralijo za več kot 10 tisoč let.
Radiokarbonska analiza: kritika
Kreacionisti so večkrat kritizirali metodo, ki dokazuje, da je od začetka Zemlje minilo veliko več kot 10 tisoč let, omenjeno v Svetem pismu. Na primer, trdijo, da bi morali biti vzorci v 50.000 letih brez ogljika-14, vendar pa premog, nafta in zemeljski plin, za katere se domneva, da so stari milijone let, vsebujejo merljive količine tega izotopa, kar potrjuje radiokarbonsko datiranje. Merilna napaka je v tem primeru večja od sevanja ozadja, ki ga v laboratoriju ni mogoče odpraviti. To pomeni, da bo vzorec, ki ne vsebuje niti enega radioaktivnega ogljikovega atoma, pokazal datum 50 tisoč let. Vendar to dejstvo ne postavlja pod vprašaj datiranja predmetov, še bolj pa ne pomeni, da so nafta, premog in zemeljski plin mlajši od te starosti.
Prav tako kreacionisti opažajo nekaj nenavadnosti pri radiokarbonskem datiranju. Na primer, datiranje sladkovodnih mehkužcev je določilo njihovo starost nad 2000 let, kar po njihovem mnenju diskreditira to metodo. Pravzaprav je bilo ugotovljeno, da školjke večino ogljika dobijo iz apnenca in humusa, ki imata zelo nizko vsebnost 14C, saj so ti minerali zelo stari in nimajo dostopa dozračni ogljik. Radiokarbonska analiza, katere natančnost v tem primeru lahko dvomimo, sicer drži. Les na primer nima te težave, ker rastline dobijo ogljik neposredno iz zraka, ki vsebuje polno dozo 14C.
Še en argument proti metodi je dejstvo, da lahko drevesa tvorijo več kot en obroč v enem letu. To je res, vendar se pogosteje zgodi, da sploh ne tvorijo rastnih obročev. Ščetinasti bor, iz katerega temelji večina meritev, ima 5 % manj kolobarjev od njegove dejanske starosti.
Nastavitev datuma
Radiokarbonska analiza ni le metoda, ampak razburljiva odkritja v naši preteklosti in sedanjosti. Metoda je arheologom omogočila, da so najdbe razporedili po kronološkem vrstnem redu brez potrebe po pisnih zapisih ali kovancih.
V 19. in zgodnjem 20. stoletju so neverjetno potrpežljivi in previdni arheologi povezovali lončenino in kamnita orodja iz različnih geografskih območij tako, da so iskali podobnosti v obliki in vzorcih. Nato bi lahko z uporabo ideje, da so se predmetni slogi razvili in sčasoma postali bolj zapleteni, razporedili po vrstnem redu.
Tako so velike kupolaste grobnice (znane kot tholos) v Grčiji veljale za predhodnike podobnih struktur na škotskem otoku Maeshowe. To je podprlo idejo, da sta bili klasični civilizaciji Grčije in Rima v središču vseh inovacij.
Vendar pa vKot rezultat radiokarbonske analize se je izkazalo, da so bile škotske grobnice tisoče let starejše od grških. Severni barbari so bili sposobni oblikovati kompleksne strukture, podobne klasičnim.
Drugi pomembni projekti so bili dodelitev Torinskega plašča v srednjeveško obdobje, datiranje zvitkov Mrtvega morja v Kristusov čas in nekoliko kontroverzna periodizacija risb v jami Chauvet pri 38.000 calBP (približno 32.000 BP), tisoče let prej, kot je bilo pričakovano.
Radiokarbonska analiza je bila uporabljena tudi za določitev časa izumrtja mamutov in je prispevala k razpravi o tem, ali so se sodobni ljudje in neandertalci srečali ali ne.
Izotop 14С se ne uporablja samo za določanje starosti. Metoda radiokarbonske analize nam omogoča preučevanje kroženja oceana in sledenje gibanju zdravil po telesu, vendar je to tema drugega članka.
