Radiokarbonska analiza je promijenila naše razumijevanje posljednjih 50.000 godina. Profesor Willard Libby to je prvi put demonstrirao 1949. godine, za što je kasnije dobio Nobelovu nagradu.
Način upoznavanja
Suština radiokarbonske analize je da se uporede tri različita izotopa ugljenika. Izotopi određenog elementa imaju isti broj protona u jezgru, ali različit broj neutrona. To znači da uprkos velikoj hemijskoj sličnosti, imaju različite mase.
Ukupna masa izotopa je označena numeričkim indeksom. Dok su lakši izotopi 12C i 13C stabilni, najteži izotop 14C (radiougljik) je radioaktivan. Njegovo jezgro je toliko veliko da je nestabilno.
Tokom vremena, 14C, osnova radiokarbonskog datiranja, raspada se u azot 14N. Većina ugljika-14 stvara se u gornjoj atmosferi, gdje neutroni proizvedeni kosmičkim zracima reaguju s atomima 14N.
Potom oksidira u 14CO2, ulazi u atmosferu i miješa se sa 12 CO2 i 13CO2. Koristi se ugljični dioksidbiljke tokom fotosinteze i odatle kroz lanac ishrane. Stoga će svaka biljka i životinja u ovom lancu (uključujući ljude) imati jednaku količinu 14C u poređenju sa 12C u atmosferi (omjer14S:12S).
Ograničenja metode
Kada živa bića umru, tkivo se više ne zamjenjuje i radioaktivni raspad 14C postaje očigledan. Nakon 55.000 godina, 14C je toliko raspao da se njegovi ostaci više ne mogu izmjeriti.
Šta je radiokarbonsko datiranje? Radioaktivni raspad se može koristiti kao "sat" jer je nezavisan od fizičkih (npr. temperatura) i hemijskih (npr. sadržaj vode) uslova. Polovina 14C sadržanog u uzorku raspada se za 5730 godina.
Dakle, ako znate omjer 14C:12C u trenutku smrti i današnji omjer, tada možete izračunati koliko je vremena prošlo. Nažalost, nije ih tako lako identificirati.
Radiokarbonska analiza: margina greške
Količina 14C u atmosferi, dakle u biljkama i životinjama, nije uvijek bila konstantna. Na primjer, varira ovisno o tome koliko kosmičkih zraka stiže do Zemlje. Zavisi od sunčeve aktivnosti i magnetnog polja naše planete.
Na sreću, moguće je izmjeriti ove fluktuacije u uzorcima datirani drugim metodama. Možete prebrojati godišnje godove drveća i promjenu njihovog sadržajaradiokarbon. Iz ovih podataka može se konstruirati "kalibracijska kriva".
Trenutno se radi na njegovom proširenju i poboljšanju. Godine 2008. mogli su se kalibrirati samo radiokarbonski datumi do 26.000 godina. Danas je kriva proširena na 50.000 godina.
Šta se može izmjeriti?
Ne mogu se svi materijali datirati ovom metodom. Većina, ako ne i sva, organska jedinjenja omogućavaju radiokarbonsko datiranje. Neki neorganski materijali, kao što je aragonit komponenta školjki, također se mogu datirati, jer je ugljik-14 korišten u formiranju minerala.
Materijali koji su datirani od početka metode uključuju ugalj, drvo, grančice, sjemenke, kosti, školjke, kožu, treset, mulj, tlo, kosu, grnčariju, polen, zidne slike, koralje, ostatke krvi, tkanina, papir, pergament, smola i voda.
Radiokarbonska analiza metala nije moguća ako ne sadrži ugljenik-14. Izuzetak su proizvodi od gvožđa koji se prave od uglja.
Dvostruko brojanje
Zbog ove komplikacije, radiokarbonski datumi su predstavljeni na dva načina. Nekalibrirana mjerenja su data u godinama prije 1950. (BP). Kalibrirani datumi su također predstavljeni kao BC. e., i poslije, kao i korištenje calBP jedinice (kalibrirane do danas, prije 1950.). Ovo je "najbolja procjena" stvarne starosti uzorka, ali je neophodno moći da se vratimo na tostare podatke i kalibrirajte ih kako nove studije stalno ažuriraju krivulju kalibracije.
Količina i kvalitet
Druga poteškoća je izuzetno niska prevalencija 14S. Samo 0,0000000001% ugljika u današnjoj atmosferi je 14C, što ga čini nevjerovatno teškim za mjerenje i izuzetno osjetljivim na zagađenje.
U ranim godinama, radiokarbonska analiza produkata raspadanja zahtijevala je ogromne uzorke (npr. pola ljudske butne kosti). Mnoge laboratorije sada koriste akceleratorski maseni spektrometar (AMS), koji može otkriti i mjeriti prisustvo različitih izotopa, kao i brojati pojedinačne atome ugljika-14.
Ova metoda zahtijeva manje od 1 grama kosti, ali nekoliko zemalja može priuštiti više od jednog ili dva AMS-a, koji koštaju više od 500.000 dolara. Na primjer, Australija ima samo 2 ova instrumenta sposobna za radiokarbonsko datiranje, i oni su izvan dosega većeg dijela svijeta u razvoju.
Čistoća je ključ tačnosti
Pored toga, uzorci moraju biti pažljivo očišćeni od ugljične kontaminacije sa ljepila i zemlje. Ovo je posebno važno za vrlo stare materijale. Ako 1% elementa u uzorku starom 50.000 godina dolazi od modernog zagađivača, on će biti star 40.000 godina.
Iz tog razloga, istraživači stalno razvijaju novemetode za efikasno čišćenje materijala. Oni mogu imati značajan uticaj na rezultat koji daje radiokarbonska analiza. Preciznost metode je značajno povećana razvojem nove metode čišćenja aktivnim ugljenom ABOx-SC. To je omogućilo, na primjer, da se datum dolaska prvih ljudi u Australiju odgodi za više od 10 hiljada godina.
Radiokarbonska analiza: kritika
Metod koji dokazuje da je od nastanka Zemlje prošlo mnogo više od 10 hiljada godina, a koji se spominje u Bibliji, više puta je kritikovan od strane kreacionista. Na primjer, oni tvrde da bi uzorci unutar 50.000 godina trebali biti bez ugljika-14, ali ugalj, nafta i prirodni plin, za koje se vjeruje da su stari milionima godina, sadrže mjerljive količine ovog izotopa, što je potvrđeno radiokarbonskim datiranjem. Greška mjerenja je u ovom slučaju veća od pozadinskog zračenja, što se ne može eliminisati u laboratoriji. Odnosno, uzorak koji ne sadrži niti jedan radioaktivni atom ugljika pokazat će datum od 50 hiljada godina. Međutim, ova činjenica ne dovodi u pitanje datiranje predmeta, a još više ne ukazuje da su nafta, ugalj i prirodni plin mlađi od ove starosti.
Također, kreacionisti primećuju neke neobičnosti u radiokarbonskom datiranju. Na primjer, datiranje slatkovodnih mekušaca odredilo je njihovu starost preko 2.000 godina, što, po njihovom mišljenju, diskredituje ovu metodu. U stvari, otkriveno je da školjke većinu svog ugljika dobivaju iz krečnjaka i humusa, koji imaju vrlo malo 14C, jer su ovi minerali vrlo stari i nemaju pristupvazdušni ugljenik. Radiokarbonska analiza, čija se tačnost u ovom slučaju može dovesti u pitanje, inače je tačna. Drvo, na primjer, nema ovaj problem, jer biljke dobijaju ugljik direktno iz zraka, koji sadrži punu dozu 14C.
Još jedan argument protiv metode je činjenica da stabla mogu formirati više od jednog prstena u jednoj godini. To je istina, ali češće se dešava da uopće ne formiraju prstenove rasta. Bor od čekinje, na kojem se zasniva većina mjerenja, ima 5% manje kolutova od svoje stvarne starosti.
Postavljanje datuma
Radiokarbonska analiza nije samo metoda, već i uzbudljiva otkrića u našoj prošlosti i sadašnjosti. Metoda je omogućila arheolozima da poređaju nalaze hronološkim redom bez potrebe za pisanim zapisima ili novčićima.
U 19. i ranom 20. vijeku, nevjerovatno strpljivi i pažljivi arheolozi povezivali su grnčariju i kameno oruđe iz različitih geografskih područja tražeći sličnosti u obliku i uzorcima. Zatim, koristeći ideju da su stilovi objekata evoluirali i postali složeniji tokom vremena, mogli su ih postaviti u red.
Tako su se velike grobnice s kupolom (poznate kao tholos) u Grčkoj smatrale pretečama sličnih građevina na škotskom ostrvu Maeshowe. Ovo je podržalo ideju da su klasične civilizacije Grčke i Rima bile u središtu svih inovacija.
Međutim, inKao rezultat radiokarbonske analize, pokazalo se da su škotske grobnice hiljadama godina starije od grčkih. Sjeverni varvari bili su sposobni projektirati složene strukture slične klasičnim.
Drugi značajni projekti bili su pripisivanje Torinskog pokrova srednjovjekovnom periodu, datiranje svitaka s Mrtvog mora u vrijeme Krista, i pomalo kontroverzna periodizacija crteža u pećini Chauvet na 38.000 calBP (oko 32.000 BP), hiljadama godina ranije nego što se očekivalo.
Radiokarbonska analiza je također korištena za određivanje vremena izumiranja mamuta i doprinijela je debati o tome da li su se moderni ljudi i neandertalci sreli ili ne.
Izotop 14S se ne koristi samo za određivanje starosti. Metoda radiokarbonske analize nam omogućava da proučavamo cirkulaciju okeana i pratimo kretanje droga kroz tijelo, ali ovo je tema za drugi članak.
