Η χρονολόγηση των ραδιοκαρκίνων είναι μία από τις πιο γνωστές τεχνικές αρχαιολογικής χρονολόγησης που έχουν στη διάθεσή τους οι επιστήμονες, και πολλοί άνθρωποι στο ευρύ κοινό έχουν τουλάχιστον ακούσει για αυτό. Υπάρχουν όμως πολλές παρανοήσεις σχετικά με το πώς λειτουργεί το ραδιοκάρδιο και πόσο αξιόπιστη είναι η τεχνική.
Η ραδιοφωνική χρονολόγηση δημιουργήθηκε στη δεκαετία του 1950 από τον Αμερικανό χημικό Willard F. Libby και μερικοί από τους μαθητές του στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο: το 1960, κέρδισε βραβείο Νόμπελ Χημείας για την εφεύρεση. Ήταν η πρώτη απόλυτη επιστημονική μέθοδος που εφευρέθηκε ποτέ: δηλαδή η τεχνική ήταν η πρώτη που επέτρεπε σε έναν ερευνητή να καθορίσει πόσο καιρό πέθανε ένα οργανικό αντικείμενο, είτε είναι συμφραζόμενα ή όχι. Ντροπαλός μιας σφραγίδας ημερομηνίας σε ένα αντικείμενο, εξακολουθεί να είναι η καλύτερη και πιο ακριβής των τεχνικών χρονολόγησης που επινοήθηκε.
Πώς λειτουργεί η ακτινοβολία άνθρακα;
Όλα τα ζωντανά αντικείμενα ανταλλάσσουν το αέριο Ο άνθρακας 14 (C14)
με την ατμόσφαιρα γύρω τους - τα ζώα και τα φυτά ανταλλάσσουν άνθρακα 14 με την ατμόσφαιρα, τα ψάρια και τα κοράλλια ανταλλάσσουν άνθρακα με διαλυμένη C14 στο νερό. Καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής ενός ζώου ή ενός φυτού, η ποσότητα του C14 είναι τέλεια ισορροπημένη με εκείνη του περιβάλλοντος. Όταν ένας οργανισμός πεθαίνει, η ισορροπία αυτή σπάει. Το C14 σε έναν νεκρό οργανισμό αποσυντίθεται αργά με ένα γνωστό ρυθμό: την "ημίσεια ζωή" του.Ο χρόνος ημίσειας ζωής ενός ισότοπο όπως το C14 είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να αποσυντεθεί το ήμισυ: στο C14, κάθε 5.730 χρόνια, το ήμισυ του έχει φύγει. Έτσι, εάν μετρήσετε το ποσό του C14 σε έναν νεκρό οργανισμό, μπορείτε να υπολογίσετε πόσο καιρό σταμάτησε να ανταλλάσσει άνθρακα με την ατμόσφαιρά του. Λαμβάνοντας υπόψη σχετικά παρθένες περιστάσεις, ένα εργαστήριο ραδιοανθράκων μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια την ποσότητα ραδιοανθράκων σε έναν νεκρό οργανισμό για όσο διάστημα 50.000 χρόνια πριν. μετά από αυτό, δεν υπάρχει αρκετό C14 αριστερά για να μετρήσει.
Δαχτυλίδια δέντρου και ακτινοβολία άνθρακα
Υπάρχει όμως πρόβλημα. Ο άνθρακας στην ατμόσφαιρα κυμαίνεται με τη δύναμη του μαγνητικό πεδίο της γης και την ηλιακή δραστηριότητα. Πρέπει να γνωρίζετε ποιο ήταν το επίπεδο του ατμοσφαιρικού άνθρακα (η «δεξαμενή» του ραδιενεργού άνθρακα) εκείνη τη στιγμή του θανάτου ενός οργανισμού, για να μπορέσει να υπολογίσει πόσο χρόνο έχει περάσει από τον οργανισμό πέθανε. Αυτό που χρειάζεστε είναι ένας κυβερνήτης, ένας αξιόπιστος χάρτης στην δεξαμενή: με άλλα λόγια, ένα οργανικό σύνολο αντικειμένων που εσείς μπορεί να καθορίσει με ασφάλεια την ημερομηνία, να μετρήσει την περιεκτικότητά του σε C14 και, συνεπώς, να καθορίσει τη δεξαμενή αναφοράς σε ένα δεδομένο έτος.
Ευτυχώς, έχουμε ένα οργανικό αντικείμενο που παρακολουθεί τον άνθρακα στην ατμόσφαιρα σε ετήσια βάση: δαχτυλίδια δέντρων. Τα δέντρα διατηρούν την ισορροπία του άνθρακα 14 στους δακτυλίους ανάπτυξης - και τα δέντρα παράγουν ένα δαχτυλίδι για κάθε έτος που ζουν. Παρόλο που δεν έχουμε δέντρα ηλικίας 50.000 ετών, έχουμε αλληλεπικαλυπτόμενα δέντρα δαχτυλιδιών πίσω σε 12.594 χρόνια. Έτσι, με άλλα λόγια, έχουμε έναν αρκετά σταθερό τρόπο να βαθμονομήσουμε τις ακατέργαστες ημερομηνίες ραδιοανθράκων για τα τελευταία 12.594 χρόνια του παρελθόντος του πλανήτη μας.
Αλλά πριν από αυτό, υπάρχουν μόνο αποσπασματικά δεδομένα, καθιστώντας πολύ δύσκολο να οριστεί οριστικά οτιδήποτε παλαιότερο από 13.000 χρόνια. Είναι δυνατές αξιόπιστες εκτιμήσεις, αλλά με μεγάλους συντελεστές +/-.
Η αναζήτηση για βαθμονόμηση
Όπως θα μπορούσατε να φανταστείτε, οι επιστήμονες προσπαθούν να ανακαλύψουν άλλα οργανικά αντικείμενα που μπορεί να χρονολογηθούν σταθερά από την ανακάλυψη του Libby. Άλλα σύνολα οργανικών δεδομένων που εξετάστηκαν συμπεριέλαβαν varves (στρώματα σε ιζηματογενή πετρώματα που καθορίστηκαν ετησίως και περιέχουν οργανικά υλικά, βαθιά κοράλλια των ωκεανών, speleothems (αποθέσεις σπηλαίων) και ηφαιστειακών τεφρών. αλλά υπάρχουν προβλήματα με καθεμία από αυτές τις μεθόδους. Οι αποθέσεις σπηλαίων και οι βράβοι έχουν τη δυνατότητα να συμπεριλάβουν τον παλαιό άνθρακα στο έδαφος και υπάρχουν ακόμη ανεπίλυτα ζητήματα με κυμαινόμενα ποσά C14 σε κοράλλια των ωκεανών.
Αρχίζοντας τη δεκαετία του 1990, ένας συνασπισμός ερευνητών με επικεφαλής τον Paula J. Reimer του Κέντρο Κλινικής, Περιβάλλοντος και Χρονολογίας CHRONO, στο Queen's University Belfast, άρχισε να κατασκευάζει ένα εκτεταμένο σύνολο δεδομένων και εργαλείο βαθμονόμησης που κάλεσε για πρώτη φορά το CALIB. Από τότε, η CALIB, που μετονομάστηκε πλέον στο IntCal, έχει βελτιωθεί αρκετές φορές. Το IntCal συνδυάζει και ενισχύει τα δεδομένα από δέντρα-δαχτυλίδια, πάγο-πυρήνες, tephra, κοράλλια και speleothems να έρχονται με μια σημαντικά βελτιωμένη σειρά βαθμονόμησης για τις ημερομηνίες c14 μεταξύ 12.000 και 50.000 ετών πριν. Οι τελευταίες καμπύλες επικυρώθηκαν στο 21ο Διεθνές Συνέδριο Ραδιοκαρβονισμού τον Ιούλιο του 2012.
Λίμνη Suigetsu, Ιαπωνία
Εντός των τελευταίων ετών, μια νέα πιθανή πηγή περαιτέρω καμπυλών ραδιενεργού άνθρακα είναι η Lake Suigetsu στην Ιαπωνία. Τα ετησίως σχηματισθέντα ιζήματα της λίμνης Suigetsu περιέχουν αναλυτικές πληροφορίες για τις περιβαλλοντικές αλλαγές στις τελευταίες 50.000 χρόνια, που ο ειδικός ραδιοανθράκων PJ Reimer πιστεύει ότι θα είναι τόσο καλό όσο, και ίσως καλύτερα από, δείγματα πυρήνων από ο Γήπεδο πάγου της Γροιλανδίας.
Οι ερευνητές Bronk-Ramsay et al. αναφέρουν 808 ημερομηνίες AMS βασισμένες σε ιζήματα ιζημάτων που μετρήθηκαν από τρία διαφορετικά εργαστήρια ραδιοανθράκων. Οι ημερομηνίες και οι αντίστοιχες περιβαλλοντικές αλλαγές υπόσχονται να κάνουν άμεσες συσχετίσεις μεταξύ άλλων βασικών κλιματικών δεδομένων, επιτρέποντας σε ερευνητές όπως το Reimer να βαθμονομούν με ακρίβεια τις ημερομηνίες ραδιοανθράκων μεταξύ 12.500 έως το πρακτικό όριο της C14 χρονολογείται 52,800.
Όρια και Όρια
Οι Reimer και οι συνεργάτες του επισημαίνουν ότι το IntCal13 είναι μόνο το τελευταίο σετ βαθμονόμησης, ενώ αναμένεται περαιτέρω βελτίωση. Για παράδειγμα, στη βαθμονόμηση του IntCal09, ανακάλυψαν στοιχεία ότι κατά τη διάρκεια του νεότερου Dryas (12.550-12.900 cal BP), υπήρξε διακοπή λειτουργίας ή τουλάχιστον μια απότομη μείωση του σχηματισμού βυθού του βόρειου Ατλαντικού, η οποία σίγουρα αντικατοπτρίζει την αλλαγή του κλίματος · έπρεπε να πετάξουν δεδομένα για την περίοδο αυτή από τον Βόρειο Ατλαντικό και να χρησιμοποιήσουν ένα διαφορετικό σύνολο δεδομένων. Αυτό θα έπρεπε να έχει ενδιαφέροντα αποτελέσματα.
Πηγές
- Bronk Ramsey C, Προσωπικό RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa Η, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall ΜΗ, Brauer Α, Lamb HF et αϊ. 2012. Ένα πλήρες επίγειο αρχείο ραδιοανθράκων για 11,2 έως 52,8 kyr B.P. Science 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Ατμοσφαιρική επιστήμη. Διευκόλυνση της χρονικής κλίμακας των ραδιοανθράκων. Επιστήμη 338(6105):337-338.
- Reimer PJ, Bard Ε, Bayliss Α, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng Η, Edwards RL, Friedrich Μ et al. 2013. IntCal13 και Marine13 Καμπύλες βαθμονόμησης ηλικίας Radiocarbon 0-50.000 Χρόνια cal BP. Radiocarbon 55(4):1869–1887.
- Reimer Ρ, Baillie Μ, Bard Ε, Bayliss Α, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et αϊ. 2009. IntCal09 και Marine09 καμπύλες βαθμονόμησης ηλικίας ραδιοφώνου, 0-50.000 έτη cal BP.Radiocarbon 51(4):1111-1150.
- Stuiver M και Reimer PJ. 1993. Εκτεταμένη βάση δεδομένων C14 και αναθεωρημένο πρόγραμμα βαθμονόμησης Calib 3.0 c14. Radiocarbon 35(1):215-230.