Pred sedemdesetimi leti je ameriški kemik Willard Libby zasnoval domiselno metodo za zmenke z organskimi materiali. Njegova tehnika, znana kot datiranje z ogljikom, je spremenila področje arheologije.
Sorodne vsebine
- Podnebne spremembe Might Break Carbon Dating
Zdaj so raziskovalci lahko natančno izračunali starost katerega koli predmeta iz organskih materialov, tako da so opazovali, koliko preostale oblike ogljika je ostalo, in nato izračunali nazaj, da bi ugotovili, kdaj je rastlina ali žival, iz katere je material prišel, umrla. Ta tehnika, ki je leta 1960 dobila Libbyjevo Nobelovo nagrado, je raziskovalcem omogočila, da si dajejo tetovaže na starodavnih mumijah, ugotovijo, da je v britanski knjižnici eden najstarejših Kuranov na svetu, in ugotovili, da večina slovesne slonovine izvira iz slonov, ubitih v zadnjih treh let.
Danes količina človekovega ogljikovega dioksida, ki se črpa v Zemljino atmosfero, grozi, da bo spodbudila natančnost te tehnike za prihodnje arheologe, ki bodo gledali na naš čas. To je zato, ker lahko fosilna goriva danes prestavijo radiokarbonsko dobo novih organskih materialov, zaradi česar jih je težko ločiti od starodavnih. Na srečo raziskave, objavljene včeraj v reviji Environmental Research Letters, ponujajo način, kako rešiti Libbyjevo delo in oživiti to ključno tehniko zmenkov: preprosto poglejte še en izotop ogljika.
Izotop je oblika elementa z določenim številom nevtronov, to so subatomski delci, ki jih najdemo v jedru atoma in nimajo naboja. Medtem ko število protonov in elektronov v atomu določa, za kakšen element gre, se lahko število nevtronov močno razlikuje med različnimi atomi istega elementa. Skoraj 99 odstotkov vsega ogljika na Zemlji je ogljik-12, kar pomeni, da ima vsak atom 12 nevtronov v svojem jedru. Srajca, ki jo nosite, ogljikov dioksid, ki ga vdihnete, in živali in rastline, ki jih jeste, so večinoma sestavljeni iz ogljika-12.
Ogljik-12 je stabilen izotop, kar pomeni, da njegova količina v katerem koli materialu ostane enaka za letom za stoletjem. Libbyjeva prelomna tehnika zmenovanja z ogljikovodiki je namesto tega gledala na veliko bolj redek izotop ogljika: Carbon-14. Za razliko od ogljika-12 je ta izotop ogljika nestabilen in njegovi atomi razpadajo v izotop dušika v obdobju tisoč let. Novi ogljik-14 pa nastaja enakomerno v zgornji Zemljini atmosferi, ko Sončni žarki zadenejo dušikove atome.
Radiokarbonsko datiranje izkorišča to nasprotje med stabilnim in nestabilnim izotopom ogljika. V svoji življenjski dobi rastlina skozi fotosintezo nenehno jemlje ogljik iz ozračja. Živali namreč uživajo ta ogljik, ko jedo rastline, ogljik pa se širi skozi cikel hrane. Ogljik vsebuje enakomerno razmerje ogljika-12 in ogljika-14.
Ko te rastline in živali umrejo, prenehajo jemati ogljik. Od tega trenutka naprej se bo količina ogljika-14 v materialih, ki ostanejo iz rastline ali živali, sčasoma zmanjšala, količina ogljika-12 pa bo ostala nespremenjena. Znanstvenik lahko z radioaktivnim ogljikom dati organski material izmeri razmerje preostalega ogljika-14 do nespremenjenega ogljika-12, da bi videl, kako dolgo je minilo, odkar je vir materiala umrl. Napredna tehnologija je v številnih desetletjih omogočila natančno določanje radiokarbonskih datumov v samo nekaj desetletjih.
Ogljično datiranje je arheologi odličen način, da izkoristijo naravne načine propadanja atomov. Na žalost so ljudje na robu, da se stvari zmešajo.
Počasen in enakomeren proces ustvarjanja ogljika-14 v zgornjem ozračju je bil v preteklih stoletjih osupnjen s tem, da so ljudje v zrak črpali ogljik iz fosilnih goriv. Ker so fosilna goriva stara več milijonov let, ne vsebujejo več merljive količine ogljika-14. Tako, ko se milijoni ton ogljika-12 potisnejo v ozračje, se enakomerno razmerje teh dveh izotopov poruši. V lanski študiji, londonska fizičarka Imperial College, Heather Graven, je poudarila, kako bodo te dodatne emisije ogljika zmotile radiokarbonsko datiranje.
Do leta 2050 se zdi, da bodo novi vzorci organskega materiala imeli enak datum z radiokarboni kot vzorci izpred 1.000 let, pravi Peter Köhler, glavni avtor nove študije in fizik na Inštitutu za polarne in morske raziskave Alfred Wegener. Nenehne emisije ogljikovega dioksida iz izgorevanja fosilnih goriv bodo razmerja še bolj pokosila. "Čez nekaj desetletij ne bomo mogli razločiti, ali bi lahko kakšna radiokarbonska doba ali ogljik izhajali iz preteklosti ali iz prihodnosti, " pravi Köhlerjeva.
Navdušen od Graven-ove raziskave je Köhler usmeril pozornost na drugi naravno prisotni stabilni izotop ogljika: Carbon-13. Čeprav ogljik-13 obsega nekaj več kot 1 odstotek Zemljine atmosfere, rastline med fotosintezo zavzamejo njegove večje, težje atome s precej nižjo hitrostjo kot ogljik-12. Tako se ogljik-13 nahaja v zelo nizkih ravneh v fosilnih gorivih, ki jih proizvajajo rastline in živali, ki jih jedo. Z drugimi besedami, sežiganje teh fosilnih goriv duha tudi atmosferske ravni ogljika-13.
Z merjenjem, ali so te ravni ogljika-13 poševne v predmetu z datumom radioaktivnega ogljika, bodo bodoči znanstveniki lahko vedeli, ali so ravni ogljika-14 v objektu poševne zaradi emisij fosilnih goriv. Nižja vsebnost ogljika-13 v nekem predmetu bi služila kot rdeča zastava, ki ji datuma radiokarbona ni mogoče zaupati. Raziskovalci lahko nato zanemarjajo datum in poskusijo z drugimi metodami datiranja predmeta.
"Jasno vidite, da če vplivate na ogljik-14, ki bi vam dal precej problematičen starostni podpis, imate ta podpis tudi v ogljiku-13, " je dejal Köhler. "Zato lahko s pomočjo ogljika-13 ugotovite, ali je radiokarbonski prizadet in zato napačen ali ne."
Köhler priznava, da njegova tehnika ne bi delovala za materiale, pridobljene iz globokih oceanskih območij, kjer se ogljik počasi izmenjuje s preostalim ozračjem, vendar verjame, da bo pomagal bodočim arheologovom razrešiti ostanke naše onesnaževalne dobe.
Queen's University paleoklimatologinja Paula Reimer poudarja, da merjenje ogljika-13 pogosto ne bo potrebno, saj lahko arheologi običajno uporabijo sedimentno plast, v kateri so našli predmet, za dvojno preverjanje njegove starosti. Toda za predmete, ki jih najdemo na območjih, kjer plasti zemlje niso jasne ali jih ni mogoče pravilno datirati, bi ta tehnika lahko služila kot dodatno preverjanje. Delo Köhlerja "zagotavlja nekaj zagotovila, da bodo [radiokarbonski zmenki] v prihodnosti ostali uporabni za posamezne vzorce, " pravi Reimer.
Opomba urednika: Ta članek je bil posodobljen, da vključuje pripadnost Petra Köhlerja.
