Ako funguje metóda rádiokarbónového zoznamovania a je spoľahlivá?

Rádiokarbónový zoznamka je jedným z najznámejších archeologické techniky datovania dostupné pre vedcov a mnoho ľudí v širokej verejnosti o tom aspoň počulo. Existuje však veľa mylných predstáv o tom, ako rádioaktívny uhlík funguje a ako spoľahlivá je technika.

Rádiokarbónový rande bol vynájdený v 50-tych rokoch minulého storočia americkou chemikkou Willard F. Libby a niekoľko jeho študentov z University of Chicago: v roku 1960 získal za vynález Nobelovu cenu za chémiu. Bola to prvá absolútna vedecká metóda, ktorá bola kedy vynájdená: to znamená, že táto technika bola prvou, ktorá výskumníkovi umožnila určiť, ako dávno organický objekt zomrel, či je v kontext alebo nie. Plachta s dátumovou pečiatkou na objekte, je stále najlepšia a najpresnejšia navrhnutá technika na datovanie.

Všetky živé veci vymieňajú plyn Uhlík 14 (C14) s atmosférou okolo nich - zvieratá a rastliny si vymieňajú uhlík 14 s atmosférou, ryby a koraly si vymieňajú uhlík s rozpusteným C14 vo vode. Počas celého života zvieraťa alebo rastliny je množstvo C14 dokonale vyvážené s množstvom jeho okolia. Keď organizmus zomrie, táto rovnováha je narušená. C14 v mŕtvom organizme sa pomaly rozpadá známym tempom: jeho „polčas rozpadu“.

Polčas rozpadu izotop ako C14 je čas, ktorý trvá, kým sa jej polovica rozpadne: v C14 je každých 5 730 rokov, z toho polovica preč. Takže, ak zmeráte množstvo C14 v mŕtvom organizme, môžete zistiť, ako dávno prestal vymieňať uhlík so svojou atmosférou. Za relatívne nedotknutých okolností môže rádiokarbónové laboratórium presne merať množstvo rádioaktívneho uhlia v mŕtvom organizme už pred 50 000 rokmi; potom už nie je dosť C14 na meranie.

Je tu však problém. Uhlík v atmosfére kolíše so silou magnetické pole Zeme a slnečná aktivita. Musíte vedieť, aká bola v tom čase atmosférická hladina uhlíka („uhlíková nádrž“) o smrti organizmu, aby bolo možné vypočítať, koľko času uplynulo od organizmu zomrel. Potrebujete pravítko, spoľahlivú mapu k nádrži: inými slovami, organickú množinu objektov, ktoré vy môže bezpečne pripnúť dátum, zmerať jeho obsah C14 a vytvoriť tak základnú nádrž v danom roku.

Našťastie máme organický objekt, ktorý každoročne sleduje uhlík v atmosfére: prstene stromov. Stromy udržiavajú vo svojich rastových prstenciách rovnováhu uhlíka 14 a stromy vytvárajú kruh pre každý rok, keď žijú. Aj keď nemáme žiadne 50 000-ročné stromy, máme prekrývajúce sa sady stromov späť do 12 594 rokov. Inými slovami, máme celkom solídny spôsob, ako kalibrovať surové údaje o uhlíkových atómoch za posledných 12 594 rokov minulosti našej planéty.

Predtým sú však k dispozícii iba fragmentárne údaje, takže je veľmi ťažké definitívne datovať niečo staršie ako 13 000 rokov. Sú možné spoľahlivé odhady, ale s veľkými +/- faktormi.

Ako si viete predstaviť, vedci sa snažili objaviť ďalšie organické objekty, ktoré je možné bezpečne datovať od objavu Libbyho. Medzi ďalšie skúmané súbory organických údajov patria variácie (vrstvy sedimentárnej horniny, ktoré boli stanovené každoročne a obsahujú organické materiály, hlboké morské koraly, speleotémy (vklady v jaskyniach) a vulkanické tephry; ale s každou z týchto metód sú problémy. Vklady a variácie jaskýň majú potenciál zahrňovať starý pôdny uhlík a stále existujú nevyriešené problémy s kolísajúcimi množstvami C14 v oceánske koraly.

Začiatok v 90. rokoch 20. storočia, koalícia vedcov pod vedením Paula J. Reimer z Centrum CHRONO pre podnebie, životné prostredie a chronológiu, na Queen's University Belfast, začali budovať rozsiahly súbor údajov a kalibračný nástroj, ktorý prvýkrát nazvali CALIB. Od tej doby sa CALIB, teraz premenovaný na IntCal, niekoľkokrát vylepšil. IntCal kombinuje a posilňuje údaje zo stromových krúžkov, ľadových jadier, tephuru, koralov a speleotémov na prísť s významne vylepšenou kalibračnou súpravou pre dátumy c14 medzi 12.000 a 50.000 rokmi Pred. Najnovšie krivky boli ratifikované na 21. medzinárodná rádiokarbónová konferencia v júli 2012.

Za posledných niekoľko rokov je novým potenciálnym zdrojom ďalšej rafinácie rádiokarbónových kriviek jazero Suigetsu v Japonsku. Každoročne vytvárané sedimenty jazera Suigetsu obsahujú podrobné informácie o zmenách životného prostredia za posledných 50 000 rokov, o ktorých sa špecialista na rádiové uhľovodíky PJ Reimer domnieva, že bude rovnako dobrý a možno lepší ako vzorky jadier Grónsky ľad.

Vedci Bronk-Ramsay a kol. report 808 AMS dáta založené na variantoch sedimentov meraných tromi rôznymi laboratóriami s rádioaktívnym uhlím. Dátumy a zodpovedajúce zmeny životného prostredia sľubujú priame korelácie medzi ostatnými kľúčovými záznamami o klíme, čo umožňuje výskumníkom, ako je Reimer, podrobne kalibrovať údaje o uhlíkových atómoch medzi 12 500 až do praktického limitu z roku 1414 52,800.

Reimer a kolegovia poukazujú na to, že IntCal13 je len posledný v kalibračných súpravách a je potrebné očakávať ďalšie vylepšenia. Napríklad pri kalibrácii IntCal09 objavili dôkazy, že počas programu Younger Dryas (12 550 - 12 900 kal) došlo k zastavenie alebo prinajmenšom prudké zníženie tvorby hlbokých vôd v severnom Atlantiku, ktoré bolo určite odrazom zmeny klímy; museli za toto obdobie vyhodiť údaje zo severného Atlantiku a použiť iný súbor údajov. To by malo v budúcnosti priniesť zaujímavé výsledky.

• _{Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF a kol. 2012. Kompletný pozemský rádiokarbonový záznam pre 11,2 až 52,8 kyr B.P. Science 338: 370-374.}
• _{Reimer PJ. 2012. Atmosférická veda. Zdokonaľovanie časovej stupnice rádioaktívnych uhľovodíkov. veda 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. a kol. 2013. IntCal13 a Marine13 Rádiokarbónové kalibračné krivky veku 0-50 000 rokov kal BP. Radiocarbon 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 a kol. 2009. IntCal09 a Marine09 vekové kalibračné krivky veku, 0-50 000 rokov kal.Radiocarbon 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M a Reimer PJ. 1993. Rozšírená databáza C14 a revidovaný kalibračný program Calib 3.0 c14. Radiocarbon 35(1):215-230.}