A radiokarbon elemzés megváltoztatta az elmúlt 50 000 évről alkotott képünket. Willard Libby professzor először 1949-ben mutatta be, amiért később Nobel-díjat kapott.
Ismerkedési mód
A radiokarbon elemzés lényege a szén három különböző izotópjának összehasonlítása. Egy adott elem izotópjai ugyanannyi protont tartalmaznak az atommagban, de eltérő számú neutront. Ez azt jelenti, hogy nagy kémiai hasonlóságuk ellenére eltérő tömegűek.
Egy izotóp teljes tömegét numerikus index jelzi. Míg a könnyebb izotópok 12C és 13C stabilak, a legnehezebb izotóp: 14C (radiokarbon) radioaktív. Magja olyan nagy, hogy instabil.
Idővel 14C, a radiokarbonos kormeghatározás alapja, nitrogénné bomlik 14N. A legtöbb szén-14 a felső légkörben keletkezik, ahol a kozmikus sugarak által termelt neutronok reakcióba lépnek az atomokkal 14N.
Ezután 14CO2-ra oxidálódik, belép a légkörbe és összekeveredik 12 CO2 és 13CO2. Szén-dioxidot használnaknövények a fotoszintézis során, majd onnan a táplálékláncon keresztül. Ezért ebben a láncban minden növényben és állatban (beleértve az embert is) egyenlő mennyiségű 14C lesz, mint 12C a légkörben (arány)14S:12S).
Módszerkorlátozások
Amikor az élőlények meghalnak, a szövetek többé nem cserélődnek ki, és a radioaktív bomlás 14C nyilvánvalóvá válik. 55 000 év után 14C annyira lebomlott, hogy a maradványait már nem lehet mérni.
Mi az a radiokarbonos kormeghatározás? A radioaktív bomlás „óraként” használható, mivel független a fizikai (pl. hőmérséklet) és kémiai (pl. víztartalom) körülményektől. A mintában található 14C fele 5730 év alatt bomlik el.
Ezért, ha ismeri a 14C:12C arányt a halál időpontjában és a mai arányt, akkor ki tudja számolni mennyi idő telt el. Sajnos nem olyan könnyű azonosítani őket.
Radiokarbon elemzés: hibahatár
A 14C mennyisége a légkörben, így a növényekben és állatokban sem volt mindig állandó. Például attól függően változik, hogy hány kozmikus sugár éri el a Földet. Ez a naptevékenységtől és bolygónk mágneses terétől függ.
Szerencsére ezek az ingadozások más módszerekkel kelt mintákban is mérhetők. Megszámolhatja a fák évgyűrűit és azok tartalmának változásátradiokarbon. Ezekből az adatokból egy "kalibrációs görbe" készíthető.
Jelenleg a bővítésén és fejlesztésén dolgoznak. 2008-ban csak a legfeljebb 26 000 éves radiokarbon dátumokat lehetett kalibrálni. Ma a görbét 50 000 évre kiterjesztették.
Mit lehet mérni?
Nem minden anyag keltezhető ezzel a módszerrel. A legtöbb, ha nem az összes szerves vegyület lehetővé teszi a radiokarbonos kormeghatározást. Egyes szervetlen anyagok, például a kagylók aragonit komponense is keltezhető, mivel az ásvány keletkezéséhez szén-14-et használtak.
A módszer kezdete óta keltezett anyagok közé tartozik a szén, fa, gallyak, magvak, csontok, kagylók, bőr, tőzeg, iszap, talaj, haj, kerámia, virágpor, falfestmények, korall, vérmaradványok, szövet, papír, pergamen, gyanta és víz.
Egy fém radiokarbon elemzése nem lehetséges, ha nem tartalmaz szén-14-et. Ez alól kivételt képeznek a vasból készült termékek, amelyek szén felhasználásával készülnek.
Dupla szám
E komplikáció miatt a radiokarbonos dátumokat kétféleképpen mutatjuk be. A kalibrálatlan mérések 1950 előtti években (BP) vannak megadva. A kalibrált dátumokat Kr. e. e., és utána, valamint a calBP egység használatával (a mai napig, 1950 előtt kalibrálva). Ez a minta tényleges életkorának "legjobb becslése", de szükséges ahhoz, hogy vissza tudjunk mennirégi adatokat, és kalibrálja azokat, mivel az új vizsgálatok folyamatosan frissítik a kalibrációs görbét.
Mennyiség és minőség
A második nehézség a 14С rendkívül alacsony előfordulása. A mai légkör széntartalmának mindössze 0,0000000001%-a 14C, ami hihetetlenül megnehezíti a mérést és rendkívül érzékeny a szennyezésre.
A korai években a bomlástermékek radiokarbon elemzéséhez hatalmas mintákra volt szükség (pl. fél emberi combcsont). Ma már sok laboratórium használja a gyorsító tömegspektrométert (AMS), amely képes kimutatni és mérni a különféle izotópok jelenlétét, valamint meg tudja számolni az egyes szén-14 atomokat.
Ehhez a módszerhez kevesebb, mint 1 gramm csontra van szükség, de kevés ország engedhet meg magának egy vagy két AMS-t, ami több mint 500 000 dollárba kerül. Például Ausztráliában mindössze 2 ilyen műszer van, amely képes radiokarbon kormeghatározásra, és ezek a fejlődő világ nagy része számára elérhetetlenek.
A tisztaság a pontosság kulcsa
Ezenkívül a mintákat gondosan meg kell tisztítani a ragasztóból és a szennyeződésből származó szénszennyeződéstől. Ez különösen fontos a nagyon régi anyagok esetében. Ha egy 50 000 éves mintában lévő elem 1%-a modern szennyező anyagból származik, akkor az 40 000 évesre datálódik.
Ezért a kutatók folyamatosan újakat fejlesztenek kimódszerek az anyagok hatékony tisztítására. Jelentős hatással lehetnek a radiokarbon-analízis eredményére. A módszer pontossága jelentősen megnőtt egy új, aktív szén ABOx-SC tisztítási módszer kifejlesztésével. Ez lehetővé tette például, hogy az első emberek Ausztráliába érkezésének időpontját több mint 10 ezer évvel eltolja.
Radiokarbon elemzés: kritika
A Bibliában említett módszert, amely bebizonyítja, hogy a Föld kezdete óta jóval több mint 10 ezer év telt el, a kreacionisták többször is bírálták. Például azzal érvelnek, hogy 50 000 éven belül a mintáknak mentesnek kell lenniük a szén-14-től, de a szén, az olaj és a földgáz, amelyek vélhetően több millió évesek, mérhető mennyiségben tartalmazzák ezt az izotópot, amit radiokarbon kormeghatározás is megerősít. A mérési hiba ebben az esetben nagyobb, mint a háttérsugárzás, ami laboratóriumban nem küszöbölhető ki. Azaz egy radioaktív szénatomot sem tartalmazó minta 50 ezer éves dátumot mutat. Ez a tény azonban nem kérdőjelezi meg a tárgyak keltezését, és még inkább nem utal arra, hogy az olaj, a szén és a földgáz fiatalabbak ennél a kornál.
A kreacionisták is felfigyelnek néhány furcsaságra a radiokarbonos kormeghatározásban. Például az édesvízi puhatestűek korhatára 2000 év feletti kort állapított meg, ami véleményük szerint hiteltelenné teszi ezt a módszert. Valójában azt találták, hogy a kagylók a szén nagy részét a mészkőből és humuszból nyerik, amelyek 14C-ban nagyon alacsonyak, mivel ezek az ásványok nagyon régiek és nem férnek hozzálevegő szén. A radiokarbon elemzés, amelynek pontossága ebben az esetben megkérdőjelezhető, egyébként igaz. A fánál például nincs ilyen probléma, mert a növények közvetlenül a levegőből nyerik a szenet, amely teljes adag 14C.
A másik érv a módszer ellen az a tény, hogy a fák egy év alatt több gyűrűt is alkothatnak. Ez igaz, de gyakrabban előfordul, hogy egyáltalán nem képeznek növekedési gyűrűt. A legtöbb mérés alapjául szolgáló sörtéjű fenyőnek 5%-kal kevesebb gyűrűje van, mint a tényleges kora.
Dátum beállítása
A radiokarbon elemzés nemcsak módszer, hanem izgalmas felfedezések múltunkban és jelenünkben. A módszer lehetővé tette a régészek számára, hogy a leleteket időrendi sorrendbe rendezzék anélkül, hogy írásos feljegyzésekre vagy pénzérmékre lett volna szükség.
A 19. században és a 20. század elején hihetetlenül türelmes és gondos régészek összekapcsolták a különböző földrajzi területekről származó kerámiákat és kőeszközöket, keresve a hasonlóságokat az alakban és a mintákban. Aztán abból az elképzelésből, hogy az objektumstílusok idővel fejlődtek és bonyolultabbá váltak, sorba tudták őket rakni.
Így Görögországban a nagy kupolás sírokat (más néven tholoszokat) a skót Maeshowe szigetén található hasonló építmények előfutárainak tekintették. Ez alátámasztotta azt az elképzelést, hogy Görögország és Róma klasszikus civilizációja áll minden innováció középpontjában.
Azonban beA radiokarbon elemzés eredményeként kiderült, hogy a skót sírok több ezer évvel idősebbek, mint a görögök. Az északi barbárok képesek voltak a klasszikusokhoz hasonló összetett szerkezeteket tervezni.
További figyelemre méltó projektek voltak a torinói lepel hozzárendelése a középkorhoz, a Holt-tengeri tekercsek Krisztus idejéhez való datálása, valamint a Chauvet-barlangban lévő rajzok kissé ellentmondásos periodizálása 38 000 calBP-vel (körülbelül 32 000 BP), több ezer évvel korábban a vártnál.
A radiokarbon elemzést a mamutok kihalásának időpontjának meghatározására is használták, és ez hozzájárult ahhoz a vitához, hogy a modern ember és a neandervölgyi ember találkozott-e vagy sem.
A
Izotóp 14С nem csak az életkor meghatározására szolgál. A radiokarbon elemzés módszere lehetővé teszi, hogy tanulmányozzuk az óceán keringését és nyomon kövessük a kábítószerek mozgását a szervezetben, de ez egy másik cikk témája.