Raadiosüsiniku analüüs on muutnud meie arusaama viimase 50 000 aasta kohta. Professor Willard Libby demonstreeris seda esimest korda 1949. aastal, mille eest ta hiljem pälvis Nobeli preemia.
Tutvumisviis
Raadiosüsiniku analüüsi põhiolemus on võrrelda kolme erinevat süsiniku isotoopi. Konkreetse elemendi isotoopidel on tuumas sama arv prootoneid, kuid erinev arv neutroneid. See tähendab, et vaatamata suurele keemilisele sarnasusele on neil erinev mass.
Isotoobi kogumassi näitab arvindeks. Kui kergemad isotoobid 12C ja 13C on stabiilsed, siis kõige raskem isotoop 14C (radiosüsinik) on radioaktiivne. Selle tuum on nii suur, et see on ebastabiilne.
Aja jooksul laguneb radiosüsiniku dateerimise aluseks olev 14C lämmastikuks 14N. Suurem osa süsinik-14 tekib atmosfääri ülemistes kihtides, kus kosmiliste kiirte tekitatud neutronid reageerivad aatomitega 14N.
Siis see oksüdeerub 14CO2, siseneb atmosfääri ja seguneb 12 CO2 ja 13CO2. Kasutatakse süsinikdioksiiditaimed fotosünteesi käigus ja se alt edasi toiduahela kaudu. Seetõttu on igal selle ahela taimel ja loomal (kaasa arvatud inimestel) võrdne kogus 14C võrreldes 12C atmosfääris (suhe14S:12S).
Meetodi piirangud
Elusolendite suremisel kude enam ei asendata ja radioaktiivne lagunemine 14C ilmneb. 55 000 aasta pärast on 14C nii palju lagunenud, et selle jäänuseid ei saa enam mõõta.
Mis on radiosüsiniku dateerimine? Radioaktiivset lagunemist saab kasutada "kellana", kuna see ei sõltu füüsikalistest (nt temperatuur) ja keemilistest (nt veesisaldus) tingimustest. Pool proovis sisalduvast 14C-st laguneb 5730 aastaga.
Seega, kui tead suhet 14C:12C surma hetkel ja tänast suhet, siis saad arvutada kui palju aega on möödunud. Kahjuks pole neid nii lihtne tuvastada.
Raadiosüsiniku analüüs: veapiir
14C kogus atmosfääris, seega ka taimedes ja loomades, ei ole alati olnud püsiv. Näiteks varieerub see sõltuv alt sellest, kui palju kosmilisi kiiri Maale jõuab. See sõltub päikese aktiivsusest ja meie planeedi magnetväljast.
Õnneks on neid kõikumisi võimalik mõõta muude meetoditega dateeritud proovides. Lugeda saab puude aastarõngaid ja nende sisu muutumistradiosüsinik. Nende andmete põhjal saab koostada "kalibreerimiskõvera".
Praegu käib töö selle laiendamiseks ja täiustamiseks. 2008. aastal suudeti kalibreerida ainult kuni 26 000 aasta vanuseid radiosüsiniku daatleid. Tänaseks on kõverat pikendatud 50 000 aastani.
Mida saab mõõta?
Kõiki materjale ei saa selle meetodiga dateerida. Enamik, kui mitte kõik, orgaanilised ühendid võimaldavad radiosüsiniku dateerimist. Mõned anorgaanilised materjalid, näiteks kestade aragoniitkomponent, võivad samuti olla dateeritud, kuna mineraali moodustamisel kasutati süsinik-14.
Materjalid, mida on dateeritud alates meetodi loomisest, on süsi, puit, oksad, seemned, luud, kestad, nahk, turvas, muda, muld, juuksed, keraamika, õietolm, seinamaalingud, korallid, verejäänused, kangas, paber, pärgament, vaik ja vesi.
Metalli radiosüsiniku analüüs ei ole võimalik, kui see ei sisalda süsinik-14. Erandiks on rauatooted, mille valmistamisel kasutatakse kivisütt.
Topeltarve
Selle komplikatsiooni tõttu esitatakse radiosüsiniku kuupäevi kahel viisil. Kalibreerimata mõõtmised on antud aastatel 1950 (BP). Kalibreeritud kuupäevad esitatakse ka kui eKr. e. ja pärast seda, samuti calBP ühiku kasutamine (kalibreeritud kuni praeguseni, enne 1950. aastat). See on valimi tegeliku vanuse "parim hinnang", kuid see on vajalik, et oleks võimalik tagasi pöördudavanad andmed ja kalibreerige need, kuna uued uuringud uuendavad kalibreerimiskõverat.
Kogus ja kvaliteet
Teine raskus on 14С äärmiselt madal levimus. Ainult 0,0000000001% tänapäeva atmosfääri süsinikust on 14C, mistõttu on mõõtmine uskumatult keeruline ja see on saaste suhtes äärmiselt tundlik.
Esimestel aastatel vajas lagunemissaaduste radiosüsiniku analüüs tohutuid proove (nt pool inimese reieluust). Paljud laborid kasutavad nüüd kiirendi massispektromeetrit (AMS), mis suudab tuvastada ja mõõta erinevate isotoopide olemasolu, samuti loendada üksikuid süsiniku-14 aatomeid.
See meetod nõuab vähem kui 1 grammi luu, kuid vähesed riigid saavad endale lubada rohkem kui ühte või kahte AMS-i, mis maksavad üle 500 000 dollari. Näiteks Austraalias on neist radiosüsiniku dateerimiseks ainult 2 seadet ja need ei ole suurele osale arengumaadest kättesaadavad.
Puhtus on täpsuse võti
Lisaks tuleb proove hoolik alt puhastada liimi ja pinnase süsiniku saastumisest. See on eriti oluline väga vanade materjalide puhul. Kui 1% 50 000 aasta vanuse proovi elemendist pärineb kaasaegsest saasteainest, dateeritakse selle vanuseks 40 000 aastat.
Sel põhjusel töötavad teadlased pidev alt välja uusimeetodid materjalide tõhusaks puhastamiseks. Need võivad oluliselt mõjutada radiosüsiniku analüüsi tulemust. Meetodi täpsus on oluliselt tõusnud uue aktiivsöega ABOx-SC puhastusmeetodi väljatöötamisega. See võimaldas näiteks esimeste inimeste Austraaliasse saabumise kuupäeva rohkem kui 10 tuhande aasta võrra edasi lükata.
Raadiosüsiniku analüüs: kriitika
Piiblis mainitud meetodit, mis tõestab, et Maa algusest on möödunud palju rohkem kui 10 tuhat aastat, on kreatsionistid korduv alt kritiseerinud. Näiteks väidavad nad, et 50 000 aasta jooksul peaksid proovid olema süsinik-14 vabad, kuid kivisüsi, nafta ja maagaas, mis arvatakse olevat miljoneid aastaid vanad, sisaldavad seda isotoopi mõõdetavas koguses, mida kinnitab radiosüsiniku dateerimine. Mõõtmisviga on sel juhul suurem kui taustkiirgus, mida laboris ei ole võimalik kõrvaldada. See tähendab, et proovil, mis ei sisalda ühtegi radioaktiivset süsinikuaatomit, on kuupäev 50 tuhat aastat. See asjaolu aga ei sea kahtluse alla objektide dateeringut ja veelgi enam ei viita sellele, et nafta, kivisüsi ja maagaas on sellest vanusest nooremad.
Samuti märgivad kreatsionistid radiosüsiniku dateerimisel mõningaid veidrusi. Näiteks magevee molluskite dateerimine on määranud nende vanuseks üle 2000 aasta, mis nende hinnangul diskrediteerib seda meetodit. Tegelikult on leitud, et karbid saavad suurema osa süsinikust lubjakivist ja huumusest, mille 14C on väga madal, kuna need mineraalid on väga vanad ja neil puudub juurdepääsõhu süsinik. Radiosüsiniku analüüs, mille õigsuses võib antud juhul kahtluse alla seada, vastab muidu tõele. Näiteks puidul seda probleemi pole, sest taimed saavad süsinikku otse õhust, mis sisaldab täisannust 14C.
Teine meetodi vastuargument on asjaolu, et puud võivad ühe aasta jooksul moodustada rohkem kui ühe rõnga. See on tõsi, kuid sagedamini juhtub, et nad ei moodusta üldse kasvurõngaid. Harjasmännil, millel enamik mõõtmisi põhinevad, on 5% vähem rõngaid kui selle tegelik vanus.
Kuupäeva määramine
Raadiosüsiniku analüüs pole mitte ainult meetod, vaid ka põnevad avastused meie minevikus ja olevikus. See meetod võimaldas arheoloogidel järjestada leiud kronoloogilises järjekorras, ilma et oleks vaja kasutada kirjalikke ülestähendusi või münte.
19. sajandil ja 20. sajandi alguses ühendasid uskumatult kannatlikud ja hoolikad arheoloogid erinevatest geograafilistest piirkondadest pärit keraamikat ja kivitööriistu, otsides kuju ja mustrite sarnasusi. Seejärel, kasutades ideed, et objektistiilid arenesid ja muutusid aja jooksul keerukamaks, said nad need järjestada.
Seega peeti Kreeka suuri kuplikujulisi haudu (tuntud kui tholos) sarnaste ehitiste eelkäijateks Šotimaal Maeshowe saarel. See toetas ideed, et Kreeka ja Rooma klassikalised tsivilisatsioonid olid kõigi uuenduste keskmes.
Kuid sisseRadiosüsiniku analüüsi tulemusena selgus, et Šoti hauad olid Kreeka omadest tuhandeid aastaid vanemad. Põhjabarbarid suutsid kujundada keerukaid struktuure, mis olid sarnased klassikalistele.
Teised tähelepanuväärsed projektid olid Torino surilina omistamine keskajale, Surnumere kirjarullide dateerimine Kristuse aega ja Chauvet' koopas olevate jooniste mõnevõrra vastuoluline periodiseerimine 38 000 calBP juures (umbes 32 000 BP), tuhandeid aastaid oodatust varem.
Radiosüsiniku analüüsi on kasutatud ka mammutite väljasuremise aja määramiseks ning see on aidanud kaasa arutelule selle üle, kas nüüdisinimesed ja neandertallased kohtusid või mitte.
Isotoopi 14С ei kasutata ainult vanuse määramiseks. Radiosüsiniku analüüsi meetod võimaldab meil uurida ookeani tsirkulatsiooni ja jälgida ravimite liikumist kogu kehas, kuid see on teise artikli teema.
