Radiokarboninis datavimas (C-14) — kas tai ir kaip veikia

Sužinokite, kas yra radiokarboninis datavimas (C‑14), kaip jis veikia, ribos iki ~60 000 m., kalibravimas, klaidos ir istorinių radinių pavyzdžiai aiškiai ir suprantamai.

Radiokarbono datavimas, dar žinomas kaip C14 datavimo metodas, yra būdas nustatyti objekto amžių. Tai radiometrinio datavimo rūšis.

Taikant šį metodą naudojamas radioaktyvusis izotopas anglies-14. Daugumoje organinių medžiagų yra anglies. Anglis turi įvairių izotopų, kurie paprastai nėra radioaktyvūs. ^14C yra radioaktyvusis, jo pusėjimo trukmė (laikas, per kurį radioaktyvumas sumažėja perpus) yra apie 5730 metų. Tai leidžia nustatyti medžiagų, kuriose yra anglies, amžių. Šis metodas veikia maždaug iki 60 000 metų. Gautos datos paprastai rašomos iki dabarties ("dabartis" - 1950 m.).

Fotosintezės metu augalai ima atmosferos anglies dioksidą, o gyvūnai juos suėda, todėl kiekviena gyva būtybė, kol ji gyvena, nuolat keičiasi anglies-14 kiekiu su aplinka. Tačiau mirus šis mainų procesas nutrūksta.

1958 m. Hesselis de Vriesas įrodė, kad anglies-14 koncentracija atmosferoje kinta priklausomai nuo laiko ir vietovės. Palyginti trumpai išliekantis ^14C nuolat atsinaujina dėl atmosferos azoto bombardavimo kosminiais spinduliais. Kadangi bombardavimas šiek tiek kinta ir dėl kitų priežasčių, ^14C, patekęs į organinę medžiagą, taip pat šiek tiek kinta. Tai lemia chronologijos klaidas. Tačiau maždaug 20 000 metų senumo rezultatus galima palyginti su dendrochronologija, pagrįsta medžių žiedais. Kad darbas būtų kuo tikslesnis, svyravimai kompensuojami kalibravimo kreivėmis.

Šį metodą 1949 m. Čikagos universitete sukūrė Willardas Libby ir jo kolegos. Už šį darbą 1960 m. jam buvo paskirta Nobelio chemijos premija. Jis pirmasis pademonstravo radiokarboninio datavimo tikslumą, tiksliai nustatydamas senovės Egipto karališkosios baržos medienos, kurios amžius buvo žinomas iš istorinių dokumentų, amžių.

Kaip veikia radiokarboninis datavimas

Trumpai: kosminiai spinduliai atmosferoje sukuria neutronus, kurie reaguodami su azotu (¹⁴N) paverčia jį į ¹⁴C; šis anglies-14 oksiduojasi iki CO2 ir įsijungia į anglies apykaitą. Gyvos organizmai nuolat atnaujina ¹⁴C kiekį mainais su aplinka; mirusios medžiagos nebeįsisavina naujo ¹⁴C ir jo kiekis mažėja dėl radioaktyvaus skilimo (β skilimo į ¹⁴N).

Esminės savybės:

• Pusėjimo trukmė ~5730 metų — tai leidžia datuoti objektus nuo kelių šimtų iki kelių dešimčių tūkstančių metų.
• Rezultatai pateikiami kaip radiokarboninis amžius "BP" (angl. Before Present), kur "present" standartizuotas kaip 1950 m.
• Dėl gamtinių svyravimų ¹⁴C koncentracijoje reikia kalibravimo, kad radiokarboninis amžius būtų paverstas į kalendorinį.

Imčių tipai ir paruošimas

Dažniausiai datuojamos organinės medžiagos, pavyzdžiui:

• mediena ir anglis (charcoal),
• žievė, sėklos, sėklinių augalų dalys, augalų pluoštai, tekstilė, popierius, oda, odos produktai, polenai, uogos, sėklos, žuvų kaulai ir kt.,
• kaulai (datavimui naudojamas išimtas kolagenas),
• kriauklės ir kitokios kalcitinės medžiagos (reikalauja atsargumo dėl rezervuaro efekto).

Imties paruošimas yra kritinis: pašalinami kontaminantai (humusinės medžiagos, pesticidai, restauravimo klijai, šiuolaikinė organika). Populiarios procedūros — acid–base–acid (A/B/A), specialūs oksidaciniai gydymai (ABOx) ir kolageno išskyrimas kaulams (kartais su ultrafiltracija). Net nedidelė modernios anglies priemaiša gali labai pakeisti amžiaus nustatymą, ypač senesnėms imtims.

Matuojimo būdai

• Beta skaitikliai — tradicinis būdas, matuojamas radioaktyvumo aktyvumas. Reikalingos didesnės imčių masės ir ilgesnis matavimo laikas.
• AMS (Accelerator Mass Spectrometry) — skaičiuojami atskiri ¹⁴C atomai; leidžia datuoti labai mažas imtis (miligramų tvarka) ir suteikia didesnį jautrumą bei trumpesnį matavimo laiką.

Kalibravimas ir apribojimai

Atmosferos ¹⁴C koncentracija keičiasi dėl kosminių spindulių intensyvumo, Saulės aktyvumo, geomagnetinio lauko ir žmogaus veiklos (pvz., branduoliniai bandymai XX a. viduryje smarkiai padidino ¹⁴C — vadinamasis "bomb peak"). Todėl radiokarboninis amžius turi būti paverstas į kalendorinį amžių naudojant kalibravimo kreives (pvz., IntCal serijas), kurios remiasi dendrochronologija, koralais, varvų metrika ir kitais nepriklausomais laikrodžiais.

Dažniausios problemos ir ribotumai:

• Amžiaus riba: praktinė riba dažniausiai ~40–60 tūkst. metų; už to ribos ¹⁴C likučiai per mažai reikšmingi.
• Rezervuaro efektas: jūrinės arba gėlavandenės ekosistemos gali turėti senesnį (atsilikusį) anglies izotopinį signalą, todėl kriauklių ir jūros organizmų datavimas reikalauja korekcijų.
• Izotopinė frakcionacija: natūralios anglies izotopų santykio skirtumai (¹³C/¹²C) turi įtakos rezultatams — atliekamos δ13C korekcijos.
• Kontaminacija: moderni arba senesnė teršalų prisidėjimas gali klaidingai pakeisti amžių.
• Atmosferiniai svyravimai: de Vries efektas ir kiti ilgalaikiai svyravimai reikalauja calibravimo; dėl to radiokarboniniai metai nėra tiesiogiai kalendoriniai metai be kalibravimo.

Rezultatų pateikimas ir tikslumas

Radiokarboninis rezultatas paprastai pateikiamas kaip "xxx ± yyy BP" — tai reiškia radiokarboninius metus prieš 1950 m. ± statistinė paklaida (1σ). Norint gauti kalendorinį intervalą, šis skaičius kalibruojamas naudojant kalibravimo kreives ir dažnai pateikiamas su 68 % arba 95 % tikimybiniais intervalais. Modernios analizės naudoja ir Bayes'o metodus (pvz., stratigrafijos informacija arba eiliškumas), kad pagerintų amžiaus interpretaciją.

Keli istorijos ir praktikos faktai

• Willardas Libby metodą pristatė 1949 m. ir vėliau gavo 1960 m. Nobelio chemijos premiją už šį darbą.
• Libby metodo patikimumas buvo parodytas, lyginant su istorinėmis žiniomis (pvz., senovės Egipto karališkosios baržos mediena).
• Po 1950 m. vykę branduoliniai bandymai sukūrė aiškų ¹⁴C "bombos signalą", kuris dabar naudojamas datuoti pastarųjų dešimtmečių medžiagas (pvz., žuvų audinių, medžių žiedų ar žmogaus audinių atnaujinimus).

Kai kuriais atvejais geriau naudoti kartu su kitais metodais

Radiokarboninis datavimas dažnai derinamas su kitais metodais (dendrochronologija, varvų analizė, tefrochronologija, U/Th datavimas ir kt.) tam, kad būtų gauti tikslesni ir patikimesni chronologiniai rėmai. Geriausi rezultatai gaunami, jeigu 1) imtys paruoštos atidžiai, 2) taikomas tinkamas matavimo būdas (AMS arba beta), ir 3) rezultatai kalibruojami naudojant aktualias kalibravimo kreives.

Apibendrinant: radiokarboninis datavimas yra galingas ir plačiai taikomas įrankis organinės kilmės medžiagų amžiui nustatyti, tačiau jo teisingam naudojimui būtinas kruopštus imčių paruošimas, tinkamas matavimas ir kalibravimas, taip pat dėmesys rezervuaro ir kitiems vietiniams efektams.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra radiokarbono datavimas?

K: Kaip tai veikia?

K: Kas sukūrė šį metodą?

K: Kiek tikslus yra radiokarbono datavimas?

K: Kokios rūšies spinduliuotė naudojama radiokarboniniam datavimui?

Paieška pagal raidę