Radiokarbonová analýza změnila naše chápání posledních 50 000 let. Profesor Willard Libby to poprvé předvedl v roce 1949, za což mu byla později udělena Nobelova cena.
Metoda seznamování
Podstatou radiokarbonové analýzy je porovnat tři různé izotopy uhlíku. Izotopy určitého prvku mají v jádře stejný počet protonů, ale různý počet neutronů. To znamená, že navzdory jejich velké chemické podobnosti mají různé hmotnosti.
Celková hmotnost izotopu je indikována číselným indexem. Zatímco lehčí izotopy 12C a 13C jsou stabilní, nejtěžší izotop 14C (radiokarbon) je radioaktivní. Jeho jádro je tak velké, že je nestabilní.
Postupem času se 14C, základ radiokarbonového datování, rozpadá na dusík 14N. Většina uhlíku-14 vzniká v horních vrstvách atmosféry, kde neutrony produkované kosmickým zářením reagují s atomy 14N.
Poté oxiduje na 14CO2, vstupuje do atmosféry a mísí se s 12 CO2 a 13CO2. Používá se oxid uhličitýrostlin během fotosyntézy a odtud potravním řetězcem. Proto každá rostlina a zvíře v tomto řetězci (včetně lidí) bude mít stejné množství 14C v porovnání s 12C v atmosféře (poměr14S:12S).
Omezení metody
Když živé bytosti zemřou, tkáň již není nahrazována a radioaktivní rozpad se projeví 14C. Po 55 000 letech se 14C rozpadl natolik, že jeho zbytky již nelze změřit.
Co je radiokarbonové datování? Radioaktivní rozpad lze použít jako „hodiny“, protože je nezávislý na fyzikálních (např. teplota) a chemických (např. obsah vody) podmínkách. Polovina 14C obsažená ve vzorku se rozpadne za 5730 let.
Pokud tedy znáte poměr 14C:12C v době smrti a dnešní poměr, můžete vypočítat kolik času uplynulo. Bohužel není tak snadné je identifikovat.
Radiokarbonová analýza: tolerance chyb
Množství 14C v atmosféře, potažmo v rostlinách a zvířatech, nebylo vždy konstantní. Například se liší v závislosti na tom, kolik kosmických paprsků dopadá na Zemi. Závisí na sluneční aktivitě a magnetickém poli naší planety.
Naštěstí je možné měřit tyto výkyvy ve vzorcích datovaných jinými metodami. Můžete spočítat letokruhy stromů a změnu jejich obsahuradiokarbon. Z těchto dat lze sestavit „kalibrační křivku“.
V současné době se pracuje na jeho rozšíření a vylepšení. V roce 2008 mohla být kalibrována pouze radiokarbonová data do 26 000 let. Dnes byla křivka prodloužena na 50 000 let.
Co lze měřit?
Ne všechny materiály lze touto metodou datovat. Většina, pokud ne všechny organické sloučeniny umožňují radiokarbonové datování. Některé anorganické materiály, jako je aragonitová složka skořápek, mohou být také datovány, protože uhlík-14 byl použit při tvorbě minerálu.
Materiály, které se datují od počátku metody zahrnují dřevěné uhlí, dřevo, větvičky, semena, kosti, lastury, kůže, rašelina, bahno, půda, vlasy, keramika, pyl, nástěnné malby, korály, zbytky krve, látka, papír, pergamen, pryskyřice a voda.
Radiokarbonová analýza kovu není možná, pokud neobsahuje uhlík-14. Výjimkou jsou železné výrobky, které jsou vyrobeny z uhlí.
Dvojitý počet
Vzhledem k této komplikaci jsou radiokarbonová data uváděna dvěma způsoby. Nekalibrovaná měření jsou uvedena v letech před rokem 1950 (BP). Kalibrovaná data jsou také prezentována jako BC. e. a poté, stejně jako pomocí jednotky calBP (kalibrované až do současnosti, před rokem 1950). Jedná se o „nejlepší odhad“skutečného stáří vzorku, ale je nutné mít možnost se k němu vrátitstará data a kalibrujte je, protože nové studie neustále aktualizují kalibrační křivku.
Množství a kvalita
Druhým problémem je extrémně nízká prevalence 14С. Pouze 0,0000000001 % uhlíku v dnešní atmosféře je 14C, takže je neuvěřitelně obtížné měřit a extrémně citlivé na znečištění.
V prvních letech vyžadovala radiokarbonová analýza produktů rozpadu obrovské vzorky (např. polovina lidské stehenní kosti). Mnoho laboratoří nyní používá Accelerator Mass Spectrometer (AMS), který dokáže detekovat a měřit přítomnost různých izotopů a také počítat jednotlivé atomy uhlíku-14.
Tato metoda vyžaduje méně než 1 gram kosti, ale jen málo zemí si může dovolit více než jeden nebo dva AMS, které stojí více než 500 000 $. Například Austrálie má pouze 2 z těchto přístrojů schopné radiokarbonového datování a jsou mimo dosah velké části rozvojového světa.
Čistota je klíčem k přesnosti
Vzorky navíc musí být pečlivě očištěny od uhlíkové kontaminace z lepidla a nečistot. To je důležité zejména u velmi starých materiálů. Pokud 1 % prvku v 50 000 let starém vzorku pochází z moderní znečišťující látky, bude datováno jako 40 000 let staré.
Z tohoto důvodu výzkumníci neustále vyvíjejí novézpůsoby efektivního čištění materiálů. Mohou mít významný dopad na výsledek, který poskytuje radiouhlíková analýza. Přesnost metody se výrazně zvýšila s vývojem nové metody čištění aktivním uhlím ABOX-SC. To umožnilo například posunout datum příchodu prvních lidí do Austrálie o více než 10 tisíc let.
Radiokarbonová analýza: kritika
Metoda dokazující, že od počátku Země uplynulo mnohem více než 10 tisíc let, zmíněná v Bibli, byla opakovaně kritizována kreacionisty. Například tvrdí, že do 50 000 let by vzorky neměly obsahovat uhlík-14, ale uhlí, ropa a zemní plyn, o kterých se předpokládá, že jsou miliony let staré, obsahují měřitelná množství tohoto izotopu, což je potvrzeno radiokarbonovým datováním. Chyba měření je v tomto případě větší než záření pozadí, které nelze v laboratoři eliminovat. To znamená, že vzorek, který neobsahuje jediný atom radioaktivního uhlíku, ukáže datum 50 tisíc let. Tato skutečnost však nezpochybňuje datování objektů a ještě více nenaznačuje, že ropa, uhlí a zemní plyn jsou mladší než tento věk.
Kreacionisté si také všímají některých zvláštností v radiokarbonovém datování. Například datování sladkovodních měkkýšů určilo jejich stáří na více než 2000 let, což podle nich tuto metodu diskredituje. Ve skutečnosti bylo zjištěno, že korýši získávají většinu uhlíku z vápence a humusu, které mají velmi nízký obsah 14C, protože tyto minerály jsou velmi staré a nemají přístup kvzdušný uhlík. Radiokarbonová analýza, o jejíž přesnosti lze v tomto případě pochybovat, je jinak pravdivá. Například dřevo tento problém nemá, protože rostliny získávají uhlík přímo ze vzduchu, který obsahuje plnou dávku 14C.
Dalším argumentem proti této metodě je skutečnost, že stromy mohou vytvořit více než jeden prsten v jednom roce. To je sice pravda, ale častěji se stává, že růstové prstence netvoří vůbec. Borovice štětinová, z níž většina měření vychází, má o 5 % méně letokruhů, než je její skutečný věk.
Nastavení data
Radiokarbonová analýza není jen metoda, ale vzrušující objevy v naší minulosti i současnosti. Metoda umožnila archeologům uspořádat nálezy v chronologickém pořadí bez nutnosti písemných záznamů nebo mincí.
V 19. a na počátku 20. století neuvěřitelně trpěliví a pečliví archeologové spojovali keramiku a kamenné nástroje z různých geografických oblastí hledáním podobností ve tvaru a vzorech. Poté pomocí myšlenky, že se styly objektů postupem času vyvíjely a stávaly se složitějšími, je mohli seřadit.
Velké kupolovité hrobky (známé jako tholos) v Řecku byly tedy považovány za předchůdce podobných staveb na skotském ostrově Maeshowe. To podpořilo myšlenku, že klasické civilizace Řecka a Říma byly středem všech inovací.
Nicméně vV důsledku radiokarbonové analýzy se ukázalo, že skotské hrobky byly o tisíce let starší než řecké. Severní barbaři byli schopni navrhovat složité struktury podobné těm klasickým.
Dalšími pozoruhodnými projekty bylo přiřazení Turínského plátna do středověku, datování svitků od Mrtvého moře do doby Krista a poněkud kontroverzní periodizace kreseb v jeskyni Chauvet na 38 000 calBP (asi 32 000 BP), o tisíce let dříve, než se očekávalo.
Radiokarbonová analýza byla také použita k určení načasování vyhynutí mamutů a přispěla k debatě o tom, zda se moderní lidé a neandrtálci setkali nebo ne.
Izotop 14С se používá nejen k určení věku. Metoda radiokarbonové analýzy nám umožňuje studovat cirkulaci oceánu a sledovat pohyb drog v těle, ale to je téma na jiný článek.