Radioaktyviosios anglies datos patikimumas
Kaip veikia pirmoji ir geriausiai žinoma archeologinė datavimo technika?
JAMES KING-HOLMES / MOKSLO NUOTRAUKŲ BIBLIOTEKA / Getty Images
Radioaktyviosios anglies datavimas yra vienas žinomiausių archeologiniai datavimo metodai prieinamas mokslininkams, o daugelis plačiosios visuomenės žmonių bent jau apie tai girdėjo. Tačiau yra daug klaidingų nuomonių apie tai, kaip veikia radioaktyvioji anglis ir kokia tai patikima technika.
Radioaktyviosios anglies datavimą šeštajame dešimtmetyje išrado amerikiečių chemikas Willardas F. Libby ir keli jo studentai iš Čikagos universiteto: 1960 m. už išradimą jis gavo Nobelio chemijos premiją. Tai buvo pirmasis kada nors išrastas absoliutus mokslinis metodas: tai yra, ši technika buvo pirmoji, leidžianti tyrėjui nustatyti, prieš kiek laiko mirė organinis objektas, ar jis yra kontekste arba ne. Nesidrovus datos antspaudo ant objekto, tai vis dar yra geriausias ir tiksliausias pažinties metodas.
Kaip veikia radioaktyvioji anglis?
Visi gyvi dalykai keičia dujas Anglies 14 (C14) su juos supančia atmosfera — gyvūnai ir augalai keičia anglies dioksidą 14 su atmosfera, žuvys ir koralai keičia anglį su ištirpusiu C14 vandenyje. Per visą gyvūno ar augalo gyvenimą C14 kiekis yra puikiai subalansuotas su jo aplinkos kiekiu. Kai organizmas miršta, ta pusiausvyra nutrūksta. Negyvame organizme esantis C14 lėtai skyla žinomu greičiu: jo „pusėjimo laikas“.
Pusinės eliminacijos laikas an izotopas kaip C14 yra laikas, per kurį pusė jo suyra: C14 kas 5730 metų pusės jo nebelieka. Taigi, jei matuojate C14 kiekį negyvame organizme, galite išsiaiškinti, prieš kiek laiko jis nustojo keistis anglimi su savo atmosfera. Atsižvelgiant į palyginti nesugadintas aplinkybes, radioaktyviosios anglies laboratorija gali tiksliai išmatuoti radioaktyviosios anglies kiekį mirusiame organizme net prieš 50 000 metų; po to C14 nebeliko pakankamai išmatuoti.
Medžių žiedai ir radioaktyvioji anglis
Tačiau yra problema. Anglies kiekis atmosferoje svyruoja priklausomai nuo stiprumo žemės magnetinis laukas ir saulės aktyvumas. Turite žinoti, koks buvo atmosferos anglies lygis (radiokarbono „rezervuaras“) organizmo mirties metu, kad galėtumėte apskaičiuoti, kiek laiko praėjo nuo organizmo mirties. Jums reikia liniuotės, patikimo rezervuaro žemėlapio: kitaip tariant, organinio objektų rinkinio, ant kurio galite saugiai prisegti datą, išmatuoti jo C14 kiekį ir taip nustatyti bazinį rezervuarą konkrečiais metais.
Laimei, mes turime organinį objektą, kuris kasmet seka anglies kiekį atmosferoje: medžių žiedai . Medžiai savo augimo žieduose palaiko anglies 14 pusiausvyrą, o medžiai sukuria žiedą kiekvienais gyvavimo metais. Nors neturime 50 000 metų senumo medžių, mes turime persidengiančių medžių žiedų rinkinius iki 12 594 metų. Taigi, kitaip tariant, turime gana tvirtą būdą kalibruoti neapdorotos radioaktyviosios anglies datą, skirtą paskutiniams 12 594 mūsų planetos praeities metams.
Tačiau prieš tai turimi tik fragmentiniai duomenys, todėl labai sunku galutinai nustatyti senesnius nei 13 000 metų duomenis. Galimi patikimi įverčiai, bet su dideliais +/- koeficientais.
Kalibravimo paieška
Kaip galite įsivaizduoti, mokslininkai nuo Libby atradimo bandė atrasti kitus organinius objektus, kurių data gali būti patikima. Į kitus ištirtus organinių duomenų rinkinius buvo įtraukti varvai (nuosėdinių uolienų sluoksniai, kurie kasmet klojami ir kuriuose yra organinių medžiagų, giliavandenių koralų, speleotemos (urvų nuosėdos) ir vulkaninės tefras; tačiau su kiekvienu iš šių metodų kyla problemų. Urvų nuosėdose ir grioviuose gali būti senos dirvožemio anglies, todėl yra dar neišspręstų problemų, susijusių su svyruojančiais C14 kiekiais vandenyno koralai .
Nuo dešimtojo dešimtmečio mokslininkų koalicija, kuriai vadovavo Paula J. Reimer CHRONO klimato, aplinkos ir chronologijos centras Karalienės universitete Belfaste pradėjo kurti platų duomenų rinkinį ir kalibravimo įrankį, kurį pirmą kartą pavadino CALIB. Nuo to laiko CALIB, dabar pervadintas į IntCal, buvo kelis kartus patobulintas. „IntCal“ sujungia ir sustiprina duomenis iš medžių žiedų, ledo šerdies, tefros, koralų ir speleotemų, kad sukurtų žymiai patobulintą c14 datų kalibravimo rinkinį prieš 12 000–50 000 metų. Naujausios kreivės buvo ratifikuotos 21-oji tarptautinė radioaktyviosios anglies konferencija 2012 metų liepos mėnesį.
Suigetsu ežeras, Japonija
Per pastaruosius kelerius metus naujas potencialus šaltinis tolesniam radioaktyviosios anglies kreivių rafinavimui yra Suigetsu ežeras Japonijoje. Kasmet susidarančiose Suigetsu ežero nuosėdose yra išsami informacija apie aplinkos pokyčius per pastaruosius 50 000 metų, o tai, radioaktyviosios anglies specialisto PJ Reimerio nuomone, bus tokia pat gera ir galbūt geriau nei branduolių mėginiai iš Grenlandijos ledo lapas .
Tyrėjai Bronk-Ramsay ir kt. ataskaita 808 AMS datos, pagrįstos trijų skirtingų radioaktyviųjų anglies laboratorijų išmatuotais nuosėdų rodikliais. Datos ir atitinkami aplinkos pokyčiai žada tiesiogiai susieti kitus pagrindinius klimato įrašus, o tai leidžia tyrėjams, tokiems kaip Reimeris, tiksliai kalibruoti radioaktyviosios anglies datas nuo 12 500 iki praktinės c14 datos ribos - 52 800.
Konstantos ir ribos
Reimeris ir kolegos pabrėžia, kad „IntCal13“ yra tik naujausias kalibravimo rinkinių rinkinys, todėl reikia tikėtis tolesnių patobulinimų. Pavyzdžiui, „IntCal09“ kalibravime jie aptiko įrodymų, kad per Younger Dryas (12 550–12 900 cal BP) Šiaurės Atlanto giluminio vandens susidarymas buvo sustabdytas arba bent jau staigus sumažėjo, o tai neabejotinai atspindėjo klimato kaitą; jie turėjo išmesti to laikotarpio duomenis iš Šiaurės Atlanto ir naudoti kitą duomenų rinkinį. Tai turėtų duoti įdomių rezultatų ateityje.
Šaltiniai
- Bronkas Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF ir kt. 2012 m. Visas antžeminės radioaktyviosios anglies rekordas nuo 11,2 iki 52,8 kyr B.P . Science 338:370-374.
- Reimeris PJ. 2012 m. Atmosferos mokslas. Radioaktyviosios anglies laiko skalės tobulinimas . Mokslas 338(6105):337-338.
- Reimeris PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M ir kt. . 2013 m. IntCal13 ir Marine13 radioaktyviosios anglies amžiaus kalibravimo kreivės 0–50 000 metų cal BP . Radioaktyvioji anglis 55(4):1869–1887.
- Reimeris P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R ir kt. 2009 m. IntCal09 ir Marine09 radioaktyviosios anglies amžiaus kalibravimo kreivės, 0-50 000 metų cal BP. Radioaktyvioji anglis 51(4):1111-1150.
- Stuiveris M ir Reimeris PJ. 1993 m. Išplėsta C14 duomenų bazė ir peržiūrėta Calib 3.0 c14 amžiaus kalibravimo programa . Radioaktyvioji anglis 35(1):215-230.