Siedemdziesiąt lat temu amerykański chemik Willard Libby opracował genialną metodę datowania materiałów organicznych. Jego technika, znana jako datowanie węglowe, zrewolucjonizowała dziedzinę archeologii.
powiązana zawartość
- Zmiany klimatu mogą zerwać datowanie węgla
Teraz badacze mogli dokładnie obliczyć wiek dowolnego obiektu wykonanego z materiałów organicznych, obserwując, ile pozostała pewna forma węgla, a następnie obliczając wstecz, aby ustalić, kiedy umarła roślina lub zwierzę, z którego pochodzi materiał. Ta technika, która zdobyła Nagrodę Nobla w Libby w 1960 r., Pozwoliła badaczom datować tatuaże na starożytnych mumiach, ustalić, że w brytyjskiej bibliotece znajduje się jeden z najstarszych na świecie Koranów, i dowiedzieć się, że większość ofiar handlu kością słoniową pochodzi od słoni zabitych w ciągu ostatnich trzech lat lat
Dzisiaj ilość dwutlenku węgla pompowanego do atmosfery ziemskiej grozi zakłóceniem dokładności tej techniki dla przyszłych archeologów spoglądających na nasz własny czas. Wynika to z faktu, że paliwa kopalne mogą obecnie zmienić wiek nowych materiałów organicznych w dziedzinie radiowęglowej, co czyni je trudnymi do odróżnienia od starożytnych. Na szczęście badania opublikowane wczoraj w czasopiśmie Environmental Research Letters oferują sposób na uratowanie pracy Libby i zrewitalizowanie tej ważnej techniki randkowej: wystarczy spojrzeć na inny izotop węgla.
Izotop jest formą pierwiastka z pewną liczbą neutronów, które są cząsteczkami subatomowymi znajdującymi się w jądrze atomu, które nie mają ładunku. Podczas gdy liczba protonów i elektronów w atomie określa, jaki to element, liczba neutronów może się znacznie różnić między różnymi atomami tego samego pierwiastka. Prawie 99 procent całego węgla na Ziemi to węgiel-12, co oznacza, że każdy atom ma 12 neutronów w swoim jądrze. Koszula, którą nosisz, dwutlenek węgla, który wdychasz, a także zwierzęta i rośliny, które jesz, składają się głównie z węgla-12.
Węgiel-12 jest stabilnym izotopem, co oznacza, że jego ilość w jakimkolwiek materiale pozostaje taka sama rok po roku, wiek po wieku. Przełomowa technika datowania radiowęglowego Libby skupiła się na znacznie rzadszym izotopie węgla: Carbon-14. W przeciwieństwie do węgla-12 ten izotop węgla jest niestabilny, a jego atomy rozpadają się w izotop azotu na przestrzeni tysięcy lat. Nowy węgiel-14 produkowany jest jednakowo w górnej atmosferze ziemskiej, gdy promienie słoneczne uderzają w atomy azotu.
Datowanie radiowęglowe wykorzystuje ten kontrast między stabilnym i niestabilnym izotopem węgla. Podczas swojego życia roślina nieustannie pobiera węgiel z atmosfery poprzez fotosyntezę. Zwierzęta z kolei zużywają ten węgiel, gdy jedzą rośliny, a węgiel rozprzestrzenia się w cyklu pokarmowym. Ten węgiel zawiera stały stosunek węgla-12 i węgla-14.
Kiedy te rośliny i zwierzęta umierają, przestają przyjmować węgiel. Od tego momentu ilość węgla-14 w materiałach pozostałych po roślinie lub zwierzęciu z czasem będzie się zmniejszać, podczas gdy ilość węgla-12 pozostanie niezmieniona. Aby radiowęglować datę materiału organicznego, naukowiec może zmierzyć stosunek pozostałego Węgla-14 do niezmienionego Węgla-12, aby zobaczyć, ile czasu minęło od śmierci tego materiału. Zaawansowana technologia pozwoliła w wielu przypadkach na dokładne określenie datowania radiowęglowego w ciągu zaledwie kilku dekad.
Datowanie węglem jest świetnym sposobem dla archeologów na wykorzystanie naturalnych sposobów rozpadu atomów. Niestety ludzie są na skraju zepsucia.
Powolny, stały proces wytwarzania węgla-14 w górnej atmosferze został w ostatnich stuleciach przyćmiony przez ludzi wyrzucających węgiel z paliw kopalnych w powietrze. Ponieważ paliwa kopalne mają miliony lat, nie zawierają już żadnej mierzalnej ilości węgla-14. Zatem, gdy miliony ton węgla-12 są wypychane do atmosfery, stały stosunek tych dwóch izotopów jest zaburzony. W badaniu opublikowanym w zeszłym roku fizyk z Imperial College w Londynie Heather Graven wskazała, w jaki sposób te dodatkowe emisje węgla wypaczą datowanie radiowęglowe.
Do 2050 r. Nowe próbki materiału organicznego będą miały taką samą datę radiowęglową jak próbki sprzed 1000 lat, mówi Peter Köhler, główny autor nowych badań i fizyk z Instytutu Badań Polarnych i Morskich Alfreda Wegenera. Dalsza emisja dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych jeszcze bardziej przekrzywi stosunki. „Za kilka dziesięcioleci nie będziemy w stanie stwierdzić, czy wydarzy się jakaś epoka radiowęglowa, czy węgiel może pochodzić z przeszłości lub przyszłości” - mówi Köhler.
Zainspirowany badaniami Gravena, Köhler zwrócił uwagę na inny naturalnie występujący stabilny izotop węgla: Carbon-13. Chociaż węgiel-13 stanowi nieco ponad 1 procent ziemskiej atmosfery, rośliny pochłaniają jego większe, cięższe atomy z dużo mniejszą szybkością niż węgiel-12 podczas fotosyntezy. Tak więc węgiel-13 znajduje się w bardzo niskich ilościach w paliwach kopalnych wytwarzanych z roślin i zwierząt, które je jedzą. Innymi słowy, spalanie tych paliw kopalnych powoduje także zmniejszenie poziomu węgla-13 w atmosferze.
Mierząc, czy te poziomy węgla-13 są wypaczone w obiekcie datowanym na radiowęglowodór, przyszli naukowcy będą mogli dowiedzieć się, czy poziomy węgla-14 tego obiektu zostały wypaczone przez emisję paliw kopalnych. Niższy niż oczekiwano poziom węgla-13 w obiekcie służyłby za czerwoną flagę, której nie można ufać jego datowaniu radiowęglowemu. Badacze mogli wówczas zignorować datę i wypróbować inne metody datowania obiektu.
„Wyraźnie widzisz, że jeśli masz wpływ na Carbon-14, co dałoby ci raczej problematyczną sygnaturę wieku, masz tę sygnaturę również w Carbon-13” - powiedział Köhler. „Dlatego możesz użyć Carbon-13, aby rozróżnić, czy wpływ na radiowęglowodór jest nieprawidłowy, a zatem czy nie.”
Köhler przyznaje, że jego technika nie zadziałałaby w przypadku materiałów wydobywanych z głębokich obszarów oceanicznych, w których węgiel wolno wymienia się z resztą atmosfery, ale wierzy, że pomoże to przyszłym archeologom uporządkować resztki naszego zanieczyszczającego wieku.
Paleoklimatolog z Queen's University Paula Reimer zwraca uwagę, że pomiar węgla-13 często nie będzie konieczny, ponieważ archeolodzy mogą zwykle użyć warstwy osadowej, w której znaleziono obiekt, aby dwukrotnie sprawdzić jego wiek. Ale w przypadku obiektów znalezionych w obszarach, w których warstwy Ziemi nie są jasne lub nie można ich odpowiednio datować, technika ta może służyć jako dodatkowa kontrola. Praca Köhlera „zapewnia pewne zapewnienie, że [datowanie radiowęglowe] pozostanie przydatne dla pojedynczych próbek w przyszłości”, mówi Reimer.
Uwaga edytora: ten artykuł został zaktualizowany, aby uwzględnić przynależność Petera Köhlera.
