Kā darbojas radiokarbona iepazīšanās metode un vai tā ir uzticama?

Radiokarbona iepazīšanās ir viena no pazīstamākajām arheoloģiskās iepazīšanās metodes ir pieejami zinātniekiem, un daudzi cilvēki no tā vismaz ir par to dzirdējuši. Tomēr ir daudz nepareizu priekšstatu par to, kā darbojas ogleklis un cik uzticama tā ir tehnika.

Radiokarbona iepazīšanos 20. gadsimta 50. gados izgudroja amerikāņu ķīmiķis Villards F. Libbijs un daži viņa studenti Čikāgas universitātē: 1960. gadā par izgudrojumu viņš ieguva Nobela prēmiju ķīmijā. Tā bija pirmā absolūtā zinātniskā metode, kas jebkad izgudrota: proti, šī metode bija pirmā, kas pētniekam ļāva noteikt, cik sen organiskais objekts nomira, vai tas atrodas konteksts vai nē. Kautrīgs no datuma zīmoga uz objekta, tas joprojām ir labākais un precīzākais no izstrādātajiem iepazīšanās paņēmieniem.

Visas dzīvās lietas apmaina ar gāzi Ogleklis 14 (C14) ar apkārtējo atmosfēru - dzīvnieki un augi apmainās ar oglekli 14 ar atmosfēru, zivis un koraļļi apmainās ar oglekli ar ūdenī izšķīdušu C14. Visu dzīvnieka vai auga dzīves laikā C14 daudzums ir lieliski līdzsvarots ar apkārtnes daudzumu. Kad organisms nomirst, līdzsvars tiek sagrauts. C14 mirušā organismā lēnām sadalās ar zināmu ātrumu: tā "pusperiods".

An pussabrukšanas periods izotops līdzīgi kā C14 ir laiks, kas nepieciešams, lai puse no tā noārdītos: C14, ik pēc 5730 gadiem puse no tā vairs nav. Tātad, izmērot C14 daudzumu mirušā organismā, varat uzzināt, cik sen tas pārtrauca apmainīties ar oglekli ar atmosfēru. Ņemot vērā relatīvi senatnīgos apstākļus, radiokarbona laboratorija var precīzi izmērīt radiokarbona daudzumu mirušā organismā jau pirms 50 000 gadiem; pēc tam C14 nav atlicis pietiekami daudz, lai izmērītu.

Tomēr pastāv problēma. Oglekļa daudzums atmosfērā svārstās ar zemes magnētiskais lauks un saules aktivitāte. Jums jāzina, kāds tajā laikā bija atmosfēras oglekļa līmenis (radiokarbona “rezervuārs”) par organisma nāvi, lai varētu aprēķināt, cik daudz laika pagājis kopš organisma nomira. Jums nepieciešams lineāls, uzticama rezervuāra karte: citiem vārdiem sakot, organisks objektu kopums, kuru jūs esat var droši piespraust datumu, izmērīt tā C14 saturu un tādējādi izveidot bāzes rezervuāru attiecīgajā gadā.

Par laimi, mums ir organisks objekts, kas katru gadu izseko oglekli atmosfērā: koku gredzeni. Koki augšanas gredzenos uztur 14 oglekļa līdzsvaru, un koki katru gadu ir dzīvi. Lai arī mums nav neviena 50 000 gadus vecu koku, tomēr pārklājošo koku gredzenu kopas ir 12 594 gadi. Tātad, citiem vārdiem sakot, mums ir diezgan drošs veids, kā kalibrēt neapstrādātu oglekļa oglekļa datumus pēdējiem 12 594 gadiem mūsu planētas pagātnē.

Bet pirms tam ir pieejami tikai fragmentāri dati, padarot ļoti grūti precīzi noteikt kaut ko vecāku par 13 000 gadiem. Ir iespējamas ticamas aplēses, taču ar lieliem +/- faktoriem.

Kā jūs varētu iedomāties, zinātnieki kopš Libbija atklāšanas ir mēģinājuši atklāt citus organiskus objektus, kuru drošs datums var būt stabils. Citās pārbaudītajās organisko datu kopās ir ietvertas variācijas (nogulumiežu slāņi, kas katru gadu tiek nolaisti un satur organiskos materiālus, dziļo okeāna koraļļus, speleotems (alu atradnes) un vulkāniskās tefras; taču ar katru no šīm metodēm ir problēmas. Alu nogulumos un klājumos ir iespējama vecā augsnes oglekļa iekļaušana, un pagaidām nav atrisinātas problēmas ar mainīgo C14 daudzumu okeāna koraļļi.

Sākot ar 1990. gadu, Paula Dž vadītā pētnieku koalīcija Reimers CHRONO Klimata, vides un hronoloģijas centrs, Belfāstas Karalienes universitātē, sāka veidot plašu datu kopu un kalibrēšanas rīku, kuru viņi vispirms sauca par CALIB. Kopš tā laika CALIB, tagad pārdēvēts par IntCal, ir vairākkārt uzlabots. IntCal apvieno un pastiprina datus no koku gredzeniem, ledus serdeņiem, tefras, koraļļiem un speleotēmām nākt klajā ar ievērojami uzlabotu kalibrēšanas komplektu c14 datumiem no 12 000 līdz 50 000 gadu pirms. Jaunākās līknes tika ratificētas 21. Starptautiskā radiokarbonu konference 2012. gada jūlijā.

Dažu pēdējo gadu laikā jauns potenciāls avots turpmākai radio oglekļa līkņu uzlabošanai ir Suigetsu ezers Japānā. Suigetsu ezera ikgadējie nogulumi satur detalizētu informāciju par vides izmaiņām pēdējos 50 000 gadu, kuru oglekļa oglekļa speciālists PJ Reimers uzskata, ka tas būs tikpat labs un varbūt labāks nekā paraugi serdeņiem no Grenlandes ledus lapa.

Pētnieki Bronk-Ramsay et al. ziņot par 808 AMS datumiem, pamatojoties uz nogulumu variācijām, ko mēra trīs dažādās radio oglekļa laboratorijās. Datumi un atbilstošās vides izmaiņas sola radīt tiešas korelācijas starp citiem galvenajiem klimata ierakstiem, ļaujot tādiem pētniekiem kā Reimer precīzi kalibrēt radiokarbona datumus no 12 500 līdz c14 datēšanas praktiskajai robežai 52,800.

Reimers un kolēģi norāda, ka IntCal13 ir tikai jaunākais kalibrēšanas komplektos, un ir gaidāmi turpmāki uzlabojumi. Piemēram, veicot IntCal09 kalibrēšanu, viņi atklāja pierādījumus, ka Jaunāko sauso laiku laikā (12,550–12,900 cal BP) Ziemeļatlantijas dziļūdens veidošanās pārtraukšana vai vismaz straujš samazinājums, kas noteikti bija klimata pārmaiņu atspoguļojums; viņiem bija jāizmet dati par šo periodu no Ziemeļatlantijas un jāizmanto cita datu kopa. Tam vajadzētu dot interesantus turpmākus rezultātus.

• _{Bronks Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. Pilnīgs zemes radiokarbona ieraksts par 11,2 līdz 52,8 kyriem B.P. Zinātne 338: 370-374.}
• _{Reimers PJ. 2012. Atmosfēras zinātne. Radio oglekļa laika skalas uzlabošana. Zinātne 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. et al.. 2013. IntCal13 un Marine13 radiokarbona vecuma kalibrēšanas līknes 0–50 000 gadu cal BP. Radiokarbons 55(4):1869–1887.}
• _{Reimeris P, Beilija M, Bards E, Bailiss A, Beks J, Blekvela PG, Bronks Ramsejs C, Bukss C, Burrs G, Edvards R et al. 2009. IntCal09 un Marine09 radiokarbona vecuma kalibrēšanas līknes, 0-50 000 gadu cal BP.Radiokarbons 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M un Reimer PJ. 1993. Paplašināta C14 datu bāze un pārskatītā Calib 3.0 c14 vecuma kalibrēšanas programma. Radiokarbons 35(1):215-230.}