Radiooglekļa datēšanas uzticamība
Kā darbojas pirmā un pazīstamākā arheoloģiskās datēšanas tehnika?
Džeimss KINGHOLMS / ZINĀTNES FOTO BIBLIOTĒKA / Getty Images
Radiooglekļa datēšana ir viena no pazīstamākajām arheoloģiskās datēšanas metodes pieejams zinātniekiem, un daudzi cilvēki plašākā sabiedrībā par to ir vismaz dzirdējuši. Taču ir daudz nepareizu priekšstatu par radiooglekļa darbību un to, cik tā ir uzticama tehnika.
Radiooglekļa datēšanu pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados izgudroja amerikāņu ķīmiķis Vilards F. Libijs un daži viņa studenti Čikāgas Universitātē: 1960. gadā viņš par izgudrojumu ieguva Nobela prēmiju ķīmijā. Tā bija pirmā absolūtā zinātniskā metode, kas jebkad izgudrota: tā bija pirmā metode, kas ļāva pētniekam noteikt, cik sen nomira organiskais objekts, vai tas atrodas kontekstā vai nē. Kautrīgi no datuma zīmoga uz objekta, tā joprojām ir labākā un precīzākā no izdomātajām iepazīšanās metodēm.
Kā darbojas radiokarbons?
Visas dzīvās būtnes apmainās ar gāzi Carbon 14 (C14) ar apkārtējo atmosfēru — dzīvnieki un augi apmaina oglekli 14 ar atmosfēru, zivis un koraļļi apmaina oglekli ar ūdenī izšķīdušo C14. Visā dzīvnieka vai auga dzīves laikā C14 daudzums ir lieliski līdzsvarots ar apkārtējo vidi. Kad organisms nomirst, šis līdzsvars tiek izjaukts. C14 mirušā organismā lēnām sadalās zināmā ātrumā: tā “pusperiods”.
Pussabrukšanas periods an izotops piemēram, C14 ir laiks, kas nepieciešams, lai puse no tā sabrūk: C14 ik pēc 5730 gadiem puse no tā ir pazudusi. Tātad, izmērot C14 daudzumu mirušā organismā, varat noskaidrot, cik sen tas pārtrauca oglekļa apmaiņu ar savu atmosfēru. Ņemot vērā salīdzinoši senatnīgos apstākļus, radiooglekļa laboratorija var precīzi izmērīt radiooglekļa daudzumu mirušā organismā pat pirms 50 000 gadu; pēc tam nav pietiekami daudz C14, lai izmērītu.
Koku gredzeni un radiokarbons
Tomēr pastāv problēma. Ogleklis atmosfērā svārstās atkarībā no stipruma zemes magnētiskais lauks un saules aktivitāte. Ir jāzina, kāds bija atmosfēras oglekļa līmenis (radiooglekļa 'rezervuārs') organisma nāves brīdī, lai varētu aprēķināt, cik daudz laika pagājis kopš organisma nāves. Jums ir nepieciešams lineāls, uzticama rezervuāra karte: citiem vārdiem sakot, organisks objektu kopums, uz kura varat droši piespraust datumu, izmērīt tā C14 saturu un tādējādi noteikt bāzes rezervuāru attiecīgajā gadā.
Par laimi, mums ir organisks objekts, kas katru gadu izseko oglekli atmosfērā: koku gredzeni . Koki uztur oglekļa 14 līdzsvaru savos augšanas gredzenos, un koki veido gredzenu katru gadu, kad tie ir dzīvi. Lai gan mums nav 50 000 gadus vecu koku, mums ir koku gredzenu kopas, kas pārklājas līdz 12 594 gadiem. Tātad, citiem vārdiem sakot, mums ir diezgan stabils veids, kā kalibrēt neapstrādāta radiooglekļa datumus mūsu planētas pagātnes pēdējiem 12 594 gadiem.
Bet pirms tam ir pieejami tikai fragmentāri dati, tāpēc ir ļoti grūti galīgi datēt kaut ko, kas vecāks par 13 000 gadiem. Ir iespējami uzticami aprēķini, taču ar lieliem +/- faktoriem.
Kalibrēšanas meklēšana
Kā jūs varētu iedomāties, kopš Libija atklājuma zinātnieki ir mēģinājuši atklāt citus organiskus objektus, kurus var droši datēt. Citās pārbaudītajās organisko datu kopās ir iekļautas varvas (nogulumiežu slāņi, kas tika uzkrāti katru gadu un satur organiskas vielas, dziļūdens koraļļi, speleotēmas (alu iegulas) un vulkāniskās tefras; bet ar katru no šīm metodēm ir problēmas. Alu nogulsnēs un slāņos ir potenciāls ietvert veco augsnes oglekli, un joprojām ir neatrisinātas problēmas, kas saistītas ar C14 daudzuma svārstībām. okeāna koraļļi .
Sākot ar 90. gadiem, pētnieku koalīcija, kuru vadīja Paula J. Reimer CHRONO klimata, vides un hronoloģijas centrs Karalienes universitātē Belfāstā sāka veidot plašu datu kopu un kalibrēšanas rīku, ko viņi vispirms sauca par CALIB. Kopš tā laika CALIB, kas tagad pārdēvēts par IntCal, ir vairākkārt uzlabots. IntCal apvieno un pastiprina datus no koku gredzeniem, ledus serdeņiem, tefras, koraļļiem un speleotēmām, lai izstrādātu ievērojami uzlabotu kalibrēšanas komplektu c14 datumiem pirms 12 000 līdz 50 000 gadiem. Jaunākās līknes tika ratificētas plkst 21. starptautiskā radiooglekļa konference 2012. gada jūlijā.
Suigetsu ezers, Japāna
Dažu pēdējo gadu laikā jauns potenciāls avots radiooglekļa līkņu turpmākai attīrīšanai ir Suigetsu ezers Japānā. Suigetsu ezera ik gadu veidotajos nogulumos ir detalizēta informācija par vides izmaiņām pēdējo 50 000 gadu laikā, kas, pēc radiooglekļa speciālista PJ Reimera domām, būs tikpat laba un, iespējams, arī labāka par kodolu paraugiem no Grenlandes ledus sega .
Pētnieki Bronk-Ramsay et al. Ziņojums par 808 AMS datumiem, pamatojoties uz nogulumu variācijām, ko mērījušas trīs dažādas radiooglekļa laboratorijas. Datumi un atbilstošās vides izmaiņas sola radīt tiešu korelāciju starp citiem galvenajiem klimata ierakstiem, ļaujot pētniekiem, piemēram, Reimeram, precīzi kalibrēt radiooglekļa datumus no 12 500 līdz praktiskajai c14 datēšanas robežai 52 800.
Konstantes un ierobežojumi
Reimers un kolēģi norāda, ka IntCal13 ir tikai jaunākais kalibrēšanas komplekts, un ir gaidāmi turpmāki uzlabojumi. Piemēram, IntCal09 kalibrēšanā viņi atklāja pierādījumus tam, ka Younger Dryas laikā (12 550–12 900 cal BP) Ziemeļatlantijas dziļūdens veidošanās tika pārtraukta vai vismaz krasa samazināšanās, kas noteikti atspoguļoja klimata pārmaiņas; viņiem bija jāizmet dati par šo periodu no Ziemeļatlantijas un jāizmanto cita datu kopa. Tam vajadzētu dot interesantus rezultātus turpmāk.
Avoti
- Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF u.c. 2012. gads. Pilnīgs sauszemes radiooglekļa rekords no 11,2 līdz 52,8 kyr B.P . Science 338:370-374.
- Reimers PJ. 2012. gads. Atmosfēras zinātne. Radiooglekļa laika skalas precizēšana . Zinātne 338(6105): 337-338.
- Reimers PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M u.c. . 2013. gads. IntCal13 un Marine13 radiooglekļa vecuma kalibrēšanas līknes 0–50 000 gadu cal BP . Radiokarbons 55(4):1869–1887.
- Reimers P, Beilijs M, Bards E, Beiliss A, Beks J, Blekvels PG, Bronks Remzijs C, Baks C, Burrs G, Edvardss R u.c. 2009. gads. IntCal09 un Marine09 radiooglekļa vecuma kalibrēšanas līknes, 0-50 000 gadu cal BP. Radiokarbons 51(4):1111-1150.
- Stuivers M un Reimers PJ. 1993. gads. Paplašināta C14 datu bāze un pārskatīta Calib 3.0 c14 vecuma kalibrēšanas programma . Radiokarbons 35(1):215-230.