Радиовъглеродният анализ промени разбирането ни за последните 50 000 години. Професор Уилард Либи го демонстрира за първи път през 1949 г., за което по-късно е удостоен с Нобелова награда.
Метод за запознанства
Същността на радиовъглеродния анализ е да се сравнят три различни изотопа на въглерода. Изотопите на даден елемент имат еднакъв брой протони в ядрото, но различен брой неутрони. Това означава, че въпреки голямото си химическо сходство, те имат различни маси.
Общата маса на изотоп се обозначава с числов индекс. Докато по-леките изотопи 12C и 13C са стабилни, най-тежкият изотоп 14C (радиовъглерод) е радиоактивен. Ядрото му е толкова голямо, че е нестабилно.
С течение на времето, 14C, основата на радиовъглеродното датиране, се разпада до азот 14N. Повечето въглерод-14 се създава в горните слоеве на атмосферата, където неутроните, произведени от космическите лъчи, реагират с атоми 14N.
След това се окислява до 14CO2, навлиза в атмосферата и се смесва с 12 CO2 и 13CO2. Използва се въглероден диоксидрастенията по време на фотосинтезата и оттам през хранителната верига. Следователно всяко растение и животно в тази верига (включително хората) ще имат еднакво количество 14C в сравнение с 12C в атмосферата (съотношение14S:12S).
Ограничения на метода
Когато живите същества умират, тъканта вече не се замества и радиоактивният разпад 14C става очевиден. След 55 000 години 14C се е разложил толкова много, че останките му вече не могат да бъдат измерени.
Какво е радиовъглеродно датиране? Радиоактивният разпад може да се използва като "часовник", тъй като е независим от физически (напр. температура) и химични (напр. водно съдържание) условия. Половината от 14C, съдържащи се в пробата, се разпада за 5730 години.
Ето защо, ако знаете съотношението 14C:12C към момента на смъртта и днешното съотношение, тогава можете да изчислите колко време е минало. За съжаление, не е толкова лесно да ги идентифицирате.
Радиовъглероден анализ: граница на грешка
Количеството 14C в атмосферата, следователно в растенията и животните, не винаги е било постоянно. Например, той варира в зависимост от това колко космически лъчи достигат до Земята. Зависи от слънчевата активност и магнитното поле на нашата планета.
За щастие е възможно да се измерят тези колебания в проби, датирани по други методи. Можете да преброите годишните пръстени на дърветата и промяната в тяхното съдържаниерадиовъглерод. От тези данни може да се изгради "калибровъчна крива".
В момента се работи за разширяването и подобряването му. През 2008 г. можеха да бъдат калибрирани само радиовъглеродни дати до 26 000 години. Днес кривата е разширена до 50 000 години.
Какво може да се измери?
Не всички материали могат да бъдат датирани с този метод. Повечето, ако не всички, органични съединения позволяват радиовъглеродно датиране. Някои неорганични материали, като арагонитния компонент на черупките, също могат да бъдат датирани, тъй като въглерод-14 е използван при образуването на минерала.
Материали, които са датирани от началото на метода, включват въглен, дърво, клонки, семена, кости, черупки, кожа, торф, тиня, пръст, коса, керамика, цветен прашец, стенни рисунки, корали, останки от кръв, плат, хартия, пергамент, смола и вода.
Радиовъглероден анализ на метал не е възможен, ако не съдържа въглерод-14. Изключение правят продуктите от желязо, които се произвеждат с въглища.
Двойно броене
Поради това усложнение радиовъглеродните дати се представят по два начина. Некалибрираните измервания са дадени в години преди 1950 г. (BP). Калибрираните дати също се представят като BC. д., и след това, както и използването на единицата calBP (калибрирана до момента, преди 1950 г.). Това е "най-добрата оценка" за действителната възраст на пробата, но е необходимо да може да се върнем къмстари данни и ги калибрирайте, тъй като новите проучвания продължават да актуализират кривата на калибриране.
Количество и качество
Втората трудност е изключително ниското разпространение на 14С. Само 0,0000000001% от въглерода в днешната атмосфера е 14C, което го прави невероятно труден за измерване и изключително чувствителен към замърсяването.
В първите години радиовъглеродният анализ на продуктите от разпада изискваше огромни проби (напр. половината човешка бедрена кост). Много лаборатории вече използват ускорителния мас спектрометър (AMS), който може да открива и измерва наличието на различни изотопи, както и да преброява отделни въглерод-14 атоми.
Този метод изисква по-малко от 1 грам кост, но малко страни могат да си позволят повече от един или два AMS, които струват над $500 000. Например, Австралия има само 2 от тези инструмента, способни за радиовъглеродно датиране и те са извън обсега на голяма част от развиващия се свят.
Чистотата е ключът към точността
В допълнение, пробите трябва да бъдат внимателно почистени от въглеродно замърсяване от лепилото и почвата. Това е особено важно за много стари материали. Ако 1% от елемент в проба на 50 000 години идва от съвременен замърсител, той ще бъде датиран на 40 000 години.
По тази причина изследователите непрекъснато разработват новиметоди за ефективно почистване на материалите. Те могат да окажат значително влияние върху резултата, който дава радиовъглеродния анализ. Точността на метода се повиши значително с разработването на нов метод за почистване с активен въглен ABOx-SC. Това даде възможност например да се отложи датата на пристигането на първите хора в Австралия с повече от 10 хиляди години.
Радиовъглероден анализ: критика
Методът, доказващ, че са минали много повече от 10 хиляди години от началото на Земята, споменат в Библията, е многократно критикуван от креационистите. Например, те твърдят, че в рамките на 50 000 години пробите трябва да са без въглерод-14, но въглищата, петролът и природният газ, за които се смята, че са на милиони години, съдържат измерими количества от този изотоп, което се потвърждава от радиовъглеродно датиране. Грешката на измерването в този случай е по-голяма от фоновата радиация, която не може да бъде елиминирана в лабораторията. Тоест, проба, която не съдържа нито един радиоактивен въглероден атом, ще покаже дата от 50 хиляди години. Този факт обаче не поставя под въпрос датирането на предметите и още повече не показва, че нефтът, въглищата и природният газ са по-млади от тази възраст.
Също така, креационистите отбелязват някои странности в радиовъглеродното датиране. Например датирането на сладководни мекотели е определило тяхната възраст над 2000 години, което според тях дискредитира този метод. Всъщност беше установено, че мидите получават по-голямата част от въглерода си от варовик и хумус, които са много ниски в 14C, тъй като тези минерали са много стари и нямат достъп довъздушен въглерод. Радиовъглеродният анализ, чиято точност в този случай може да бъде поставена под въпрос, иначе е верен. Дървото например няма този проблем, защото растенията получават въглерод директно от въздуха, който съдържа пълна доза от 14C.
Друг аргумент срещу метода е фактът, че дърветата могат да образуват повече от един пръстен за една година. Това е вярно, но по-често се случва те изобщо да не образуват пръстени на растеж. Боровият бор, от който се базират повечето измервания, има 5% по-малко пръстени от действителната му възраст.
Задаване на дата
Радиовъглеродният анализ е не само метод, но и вълнуващи открития в нашето минало и настояще. Методът позволява на археолозите да подредят находките в хронологичен ред, без да са необходими писмени записи или монети.
През 19-ти и началото на 20-ти век невероятно търпеливи и внимателни археолози свързват керамика и каменни инструменти от различни географски области, като търсят прилики във форми и модели. След това, използвайки идеята, че стиловете на обекта се развиват и стават по-сложни с времето, те могат да ги подредят.
По този начин големите куполни гробници (известни като толос) в Гърция се смятат за предшественици на подобни структури на шотландския остров Мейшоу. Това подкрепя идеята, че класическите цивилизации на Гърция и Рим са в центъра на всички иновации.
Въпреки това, вВ резултат на радиовъглероден анализ се оказа, че шотландските гробници са с хиляди години по-стари от гръцките. Северните варвари са били способни да проектират сложни структури, подобни на класическите.
Други забележителни проекти са приписването на Торинската плащеница към средновековния период, датирането на свитъците от Мъртво море до времето на Христос и донякъде противоречивата периодизация на рисунките в пещерата Шове при 38 000 calBP (около 32 000 BP), хиляди години по-рано от очакваното.
Радиовъглеродният анализ също е използван за определяне на времето на изчезването на мамутите и е допринесъл за дебата за това дали съвременните хора и неандерталците са се срещали или не.
Изотоп 14С се използва не само за определяне на възрастта. Методът на радиовъглеродния анализ ни позволява да изследваме циркулацията на океана и да проследим движението на лекарствата в тялото, но това е тема за друга статия.
