Rádiokarbónová analýza zmenila naše chápanie posledných 50 000 rokov. Profesor Willard Libby to prvýkrát predviedol v roku 1949, za čo mu neskôr udelili Nobelovu cenu.
Spôsob zoznamovania
Podstatou rádiokarbónovej analýzy je porovnanie troch rôznych izotopov uhlíka. Izotopy určitého prvku majú v jadre rovnaký počet protónov, ale rôzny počet neutrónov. To znamená, že napriek ich veľkej chemickej podobnosti majú rôzne hmotnosti.
Celková hmotnosť izotopu je indikovaná číselným indexom. Zatiaľ čo ľahšie izotopy 12C a 13C sú stabilné, najťažší izotop 14C (rádiokarbón) je rádioaktívny. Jeho jadro je také veľké, že je nestabilné.
Časom sa 14C, základ rádiokarbónového datovania, rozpadá na dusík 14N. Väčšina uhlíka-14 sa vytvára v hornej atmosfére, kde neutróny produkované kozmickým žiarením reagujú s atómami 14N.
Potom oxiduje na 14CO2, vstupuje do atmosféry a mieša sa s 12 CO2 a 13CO2. Používa sa oxid uhličitýrastlín počas fotosyntézy a odtiaľ cez potravinový reťazec. Preto bude mať každá rastlina a zviera v tomto reťazci (vrátane ľudí) rovnaké množstvo 14C v porovnaní s 12C v atmosfére (pomer14S:12S).
Obmedzenia metódy
Keď živé bytosti umierajú, tkanivo už nie je nahradené a rádioaktívny rozpad sa prejavuje 14C. Po 55 000 rokoch sa 14C rozpadla natoľko, že jej zvyšky sa už nedajú zmerať.
Čo je rádiokarbónové datovanie? Rádioaktívny rozpad možno použiť ako „hodiny“, pretože je nezávislý od fyzikálnych (napr. teplota) a chemických (napr. obsah vody) podmienok. Polovica 14C obsiahnutého vo vzorke sa rozpadne za 5730 rokov.
Ak teda poznáte pomer 14C:12C v čase smrti a dnešný pomer, môžete vypočítať koľko času prešlo. Bohužiaľ, nie je také ľahké ich identifikovať.
Rádiouhlíková analýza: prípustná chyba
Množstvo 14C v atmosfére, teda v rastlinách a živočíchoch, nebolo vždy konštantné. Napríklad sa mení v závislosti od toho, koľko kozmických lúčov dopadá na Zem. Závisí to od slnečnej aktivity a magnetického poľa našej planéty.
Našťastie je možné merať tieto výkyvy vo vzorkách datovaných inými metódami. Môžete spočítať letokruhy stromov a zmenu ich obsahurádiokarbón. Z týchto údajov možno zostaviť „kalibračnú krivku“.
V súčasnosti sa pracuje na jej rozšírení a zlepšení. V roku 2008 bolo možné kalibrovať iba rádiokarbónové dátumy do 26 000 rokov. Dnes sa krivka predĺžila na 50 000 rokov.
Čo sa dá merať?
Nie všetky materiály sa dajú touto metódou datovať. Väčšina, ak nie všetky, organické zlúčeniny umožňujú rádiokarbónové datovanie. Niektoré anorganické materiály, ako je aragonitová zložka schránok, môžu byť tiež datované, pretože uhlík-14 bol použitý pri tvorbe minerálu.
Materiály, ktoré sa datujú od začiatku metódy zahŕňajú drevené uhlie, drevo, vetvičky, semená, kosti, mušle, kožu, rašelinu, bahno, pôdu, vlasy, keramiku, peľ, nástenné maľby, koraly, zvyšky krvi, látka, papier, pergamen, živica a voda.
Rádiokarbónová analýza kovu nie je možná, ak neobsahuje uhlík-14. Výnimkou sú výrobky zo železa, ktoré sa vyrábajú s použitím uhlia.
Dvojitý počet
Pre túto komplikáciu sú rádiokarbónové dátumy prezentované dvoma spôsobmi. Nekalibrované merania sú uvedené v rokoch pred rokom 1950 (BP). Kalibrované dátumy sú tiež prezentované ako BC. a potom, ako aj pomocou jednotky calBP (kalibrovanej až do súčasnosti, pred rokom 1950). Ide o „najlepší odhad“skutočného veku vzorky, ale je potrebné sa k nemu vedieť vrátiťstaré údaje a kalibrujte ich, pretože nové štúdie neustále aktualizujú kalibračnú krivku.
Množstvo a kvalita
Druhým problémom je extrémne nízka prevalencia 14С. Iba 0,0000000001 % uhlíka v dnešnej atmosfére je 14C, čo sťažuje meranie a je mimoriadne citlivé na znečistenie.
V prvých rokoch si rádiokarbónová analýza produktov rozpadu vyžadovala obrovské vzorky (napr. polovicu ľudskej stehennej kosti). Mnoho laboratórií teraz používa akcelerátorový hmotnostný spektrometer (AMS), ktorý dokáže detekovať a merať prítomnosť rôznych izotopov, ako aj počítať jednotlivé atómy uhlíka-14.
Táto metóda vyžaduje menej ako 1 gram kosti, ale len málo krajín si môže dovoliť viac ako jeden alebo dva AMS, ktoré stoja viac ako 500 000 USD. Napríklad Austrália má len 2 z týchto prístrojov schopné rádiokarbónového datovania a sú mimo dosahu veľkej časti rozvojového sveta.
Čistota je kľúčom k presnosti
Okrem toho musia byť vzorky starostlivo očistené od uhlíkovej kontaminácie z lepidla a pôdy. Toto je obzvlášť dôležité pre veľmi staré materiály. Ak 1 % prvku vo vzorke starej 50 000 rokov pochádza z modernej znečisťujúcej látky, bude mať 40 000 rokov.
Z tohto dôvodu výskumníci neustále vyvíjajú novémetódy efektívneho čistenia materiálov. Môžu mať významný vplyv na výsledok rádiokarbónovej analýzy. Presnosť metódy sa výrazne zvýšila s vývojom novej metódy čistenia aktívnym uhlím ABOX-SC. To umožnilo napríklad posunúť dátum príchodu prvých ľudí do Austrálie o viac ako 10 tisíc rokov.
Rádiouhlíková analýza: kritika
Metóda dokazujúca, že od počiatku Zeme uplynulo viac ako 10 tisíc rokov, spomínaná v Biblii, bola opakovane kritizovaná kreacionistami. Napríklad tvrdia, že do 50 000 rokov by vzorky mali byť bez uhlíka-14, ale uhlie, ropa a zemný plyn, o ktorých sa predpokladá, že sú milióny rokov staré, obsahujú merateľné množstvá tohto izotopu, čo potvrdzuje rádiokarbónové datovanie. Chyba merania je v tomto prípade väčšia ako žiarenie pozadia, ktoré nie je možné v laboratóriu eliminovať. To znamená, že vzorka, ktorá neobsahuje jediný rádioaktívny atóm uhlíka, ukáže dátum 50-tisíc rokov. Táto skutočnosť však nespochybňuje datovanie objektov a ešte viac nenaznačuje, že ropa, uhlie a zemný plyn sú mladšie ako tento vek.
Tiež kreacionisti si všimli niektoré zvláštnosti v rádiokarbónovom datovaní. Napríklad datovanie sladkovodných mäkkýšov určilo ich vek na viac ako 2000 rokov, čo podľa nich túto metódu diskredituje. V skutočnosti sa zistilo, že mäkkýše získavajú väčšinu uhlíka z vápenca a humusu, ktoré majú veľmi nízky obsah 14C, keďže tieto minerály sú veľmi staré a nemajú prístup kvzdušný uhlík. Rádiokarbónová analýza, o ktorej správnosti možno v tomto prípade pochybovať, je inak pravdivá. Drevo napríklad tento problém nemá, pretože rastliny získavajú uhlík priamo zo vzduchu, ktorý obsahuje plnú dávku 14C.
Ďalším argumentom proti metóde je skutočnosť, že stromy môžu vytvoriť viac ako jeden prstenec za jeden rok. To je pravda, ale častejšie sa stáva, že rastové krúžky netvoria vôbec. Borovica štetinová, z ktorej vychádza väčšina meraní, má o 5 % menej letokruhov, ako je jej skutočný vek.
Nastavenie dátumu
Rádiokarbónová analýza nie je len metóda, ale aj vzrušujúce objavy v našej minulosti a súčasnosti. Metóda umožnila archeológom usporiadať nálezy v chronologickom poradí bez potreby písomných záznamov alebo mincí.
V 19. a na začiatku 20. storočia neuveriteľne trpezliví a starostliví archeológovia spájali keramiku a kamenné nástroje z rôznych geografických oblastí hľadaním podobností v tvare a vzoroch. Potom pomocou myšlienky, že štýly objektov sa časom vyvíjali a stávali sa zložitejšími, ich mohli usporiadať.
Veľké kupolovité hrobky (známe ako tholos) v Grécku boli teda považované za predchodcov podobných stavieb na škótskom ostrove Maeshowe. To podporilo myšlienku, že klasické civilizácie Grécka a Ríma boli v centre všetkých inovácií.
VV dôsledku rádiokarbónovej analýzy sa ukázalo, že škótske hrobky boli o tisíce rokov staršie ako tie grécke. Severskí barbari boli schopní navrhnúť zložité štruktúry podobné tým klasickým.
Ďalšie pozoruhodné projekty boli priradenie Turínskeho plátna do obdobia stredoveku, datovanie zvitkov od Mŕtveho mora do doby Krista a trochu kontroverzná periodizácia kresieb v jaskyni Chauvet pri 38 000 calBP (asi 32 000 BP), o tisíce rokov skôr, ako sa očakávalo.
Rádiokarbónová analýza sa tiež použila na určenie načasovania vyhynutia mamutov a prispela k diskusii o tom, či sa moderní ľudia a neandertálci stretli alebo nie.
Izotop 14С sa používa nielen na určenie veku. Metóda rádiokarbónovej analýzy nám umožňuje študovať cirkuláciu oceánu a sledovať pohyb drog v tele, ale toto je téma na iný článok.