Kako deluje metoda radiokarbonskih zmenkov in ali je zanesljiva?

Radiokarbonsko zmenkanje je eno najbolj znanih arheološke tehnike datiranja na voljo znanstvenikom, in veliko ljudi v širši javnosti je vsaj slišalo o tem. Vendar pa obstaja veliko napačnih predstav o tem, kako deluje ogljikovodik in kako zanesljiva je tehnika.

Radiokarbonsko datiranje je izumil v petdesetih letih prejšnjega stoletja ameriški kemik Willard F. Libby in nekaj njegovih študentov na univerzi v Chicagu: leta 1960 je za izum prejel Nobelovo nagrado za kemijo. To je bila prva absolutna znanstvena metoda, ki je bila kdaj izumljena: to je, da je tehnika prva omogočila raziskovalcu, da ugotovi, kako dolgo je organski predmet umrl, ali je v kontekst ali ne. Sramežljiv datumski žig na predmetu, je še vedno najboljša in najbolj natančna tehnika oblikovanja zmenkov.

Vsa živa bitja izmenjujejo plin Ogljik 14 (C14) z ozračjem okoli sebe - živali in rastline izmenjujejo ogljik 14 z ozračjem, ribe in korale izmenjujejo ogljik z raztopljenim C14 v vodi. Količino C14 skozi celotno življenjsko dobo živali ali rastline popolnoma uravnotežimo s količino okolice. Ko organizem umre, se to ravnovesje poruši. C14 v mrtvem organizmu počasi razpada z znano hitrostjo: "razpolovno dobo".

Razpolovna doba an izotop podobno kot pri C14 je potreben čas, da se polovica razpade: pri C14 vsakih 5.730 let polovice ne bo več. Če torej izmerite količino C14 v mrtvem organizmu, lahko ugotovite, kako dolgo nazaj je prenehal izmenjati ogljik s svojo atmosfero. Glede na neokrnjene okoliščine lahko radiokarbonski laboratorij natančno izmeri količino ogljikovodika v mrtvem organizmu že pred 50.000 leti; po tem ni dovolj C14 za merjenje.

Vendar obstaja težava. Ogljik v ozračju niha z močjo zemeljsko magnetno polje in sončna aktivnost. Vedeti morate, kakšna je bila takrat atmosferska raven ogljika (rezervoar za ogljikovodike) smrti organizma, da bi lahko izračunali, koliko časa je minilo od organizma umrl. Potrebujete ravnilo, zanesljiv zemljevid rezervoarja: z drugimi besedami, organski nabor predmetov, ki ga imate lahko varno pripne datum, izmeri vsebnost C14 in tako vzpostavi osnovno rezervoar v danem letu.

Na srečo imamo organski objekt, ki vsako leto sledi ogljiku v atmosferi: drevesni obroči. Drevesa ohranjajo ravnovesje ogljika 14 v svojih rastnih obročih - drevesa pa ustvarijo obroč za vsako leto, ko so živi. Čeprav nimamo nobenega drevesa, starega 50.000 let, imamo prekrivajoče se drevesne obročke, ki segajo v 12.594 let. Torej, z drugimi besedami, imamo precej trden način za umerjanje surovih datumov radiokarbona za zadnjih 12.594 let preteklosti našega planeta.

Pred tem pa so na voljo le fragmentarni podatki, zato je zelo težko dokončno datirati vse starejše od 13.000 let. Zanesljive ocene so možne, vendar z velikimi faktorji +/-.

Kot si morda predstavljate, znanstveniki že od Libbyjevega odkritja poskušajo odkriti druge organske predmete, ki jim je mogoče varno datirati datum. Drugi preučeni nabor podatkov o organskih podatkih je vključeval varve (plasti v sedimentni kamnini, ki so bile letno položene in vsebujejo organske materiale, globoke oceanske korale, speleoteme (jamski nanosi) in vulkanski tefra; vendar obstajajo težave z vsako od teh metod. V jamskih nahajališčih in virih lahko vključujejo stari ogljik v zemlji, še vedno pa obstajajo nerešena vprašanja s fluktuacijo količin C14 v oceanske korale.

Začetek v 90. letih prejšnjega stoletja je koalicija raziskovalcev pod vodstvom Paula J. Reimer CHRONO Center za podnebje, okolje in kronologijo, na Queen's University Belfast, začela graditi obsežno orodje za nabor podatkov in umerjanje, ki so ga najprej poimenovali CALIB. Od takrat je bil CALIB, ki je zdaj preimenovan v IntCal, že večkrat izpopolnjen. IntCal združuje in krepi podatke iz drevesnih obročkov, ledenih jeder, tefra, koralov in speleoteme do pripravijo bistveno izboljšan kalibracijski set za c14 datume med 12.000 in 50.000 leti nazaj. Najnovejše krivulje so bile potrjene na 21. mednarodna konferenca o ogljikovodikih julija 2012.

V zadnjih nekaj letih je nov potencialni vir za nadaljnjo rafiniranje krivulj radiokarbona na Japonskem jezero Suigetsu. Letno oblikovane usedline jezera Suigetsu vsebujejo podrobne informacije o spremembah okolja v zadnjih 50.000 let, za katere verjame, da je specialist za radiokarbonske ogljike PJ Reimer tako dober kot morda in boljši od vzorcev jeder the Grenlandski ledeni list.

Raziskovalci Bronk-Ramsay et al. poročajo o 808 datumih AMS, ki temeljijo na usedlinah, izmerjenih v treh različnih radiokarbonskih laboratorijih. Datumi in ustrezne okoljske spremembe obljubljajo neposredno povezavo med drugimi ključnimi podnebnimi zapisi, ki raziskovalcem, kot je Reimer, omogoča natančno umerjanje datumov radiokarbona med 12.500 do praktične meje datumov c14 52,800.

Reimer in sodelavci poudarjajo, da je IntCal13 le najnovejši v kalibracijskih kompletih, zato je pričakovati nadaljnje izboljšave. Na primer, v kalibraciji IntCal09 so odkrili dokaze, da je med mlajšim Dryasom (12,550-12,900 cal BP) obstajal zaustavitev ali vsaj strmo zmanjšanje tvorbe globoke vode severnega Atlantika, ki je bil gotovo odraz podnebnih sprememb; morali so metati podatke za to obdobje iz severnega Atlantika in uporabiti drug nabor podatkov. To bi moralo prinesti zanimive rezultate naprej.

• _{Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF idr. 2012. Popoln zemeljski radiokarbonski zapis za 11,2 do 52,8 kyr B.P. Znanost 338: 370-374.}
• _{Reimer PJ. 2012. Atmosferska znanost. Izpopolnjevanje časovne lestvice z radioaktivnim ogljikom. Znanost 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. Kalibracijske krivulje za radiokarbonsko obdobje IntCal13 in Marine13 0–50 000 let cal BP. Radiokarbon 55(4):1869–1887.}
• _{Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et al. 2009. Kalibracijske krivulje za radiokarbonske dobe IntCal09 in Marine09, 0–50 000 let cal.Radiokarbon 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M in Reimer PJ. 1993. Razširjena baza podatkov C14 in popravljen starostni kalibracijski program Calib 3.0 c14. Radiokarbon 35(1):215-230.}