Radiocarbonanalyse har ændret vores forståelse af de sidste 50.000 år. Professor Willard Libby demonstrerede det første gang i 1949, som han senere blev tildelt Nobelprisen for.
Datingmetode
Essensen af radiocarbonanalyse er at sammenligne tre forskellige isotoper af kulstof. Isotoper af et bestemt grundstof har det samme antal protoner i kernen, men et andet antal neutroner. Det betyder, at trods deres store kemiske lighed har de forskellige masser.
Den samlede masse af en isotop er angivet med et numerisk indeks. Mens de lettere isotoper 12C og 13C er stabile, er den tungeste isotop 14C (radiocarbon) er radioaktiv. Dens kerne er så stor, at den er ustabil.
Over tid henfalder 14C, grundlaget for radiocarbondatering, til nitrogen 14N. Det meste kulstof-14 dannes i den øvre atmosfære, hvor neutroner produceret af kosmiske stråler reagerer med atomer 14N.
Derefter oxideres det til 14CO2, kommer ind i atmosfæren og blandes med 12 CO2 og 13CO2. Der bruges kuldioxidplanter under fotosyntesen og derfra gennem fødekæden. Derfor vil hver plante og dyr i denne kæde (inklusive mennesker) have en lige mængde 14C sammenlignet med 12C i atmosfæren (forhold14S:12S).
Metodebegrænsninger
Når levende væsener dør, erstattes væv ikke længere, og radioaktivt henfald 14C bliver tydeligt. Efter 55.000 år er 14C forfaldet så meget, at dets rester ikke længere kan måles.
Hvad er radiocarbon-datering? Radioaktivt henfald kan bruges som et "ur", da det er uafhængigt af fysiske (f.eks. temperatur) og kemiske (f.eks. vandindhold) forhold. Halvdelen af 14C indeholdt i prøven henfalder om 5730 år.
Derfor, hvis du kender forholdet 14C:12C på dødstidspunktet og dagens forhold, så kan du beregne hvor lang tid der er gået. Desværre er det ikke så nemt at identificere dem.
Radiocarbonanalyse: fejlmargin
Mængden af 14C i atmosfæren, derfor i planter og dyr, har ikke altid været konstant. For eksempel varierer det afhængigt af hvor mange kosmiske stråler der når Jorden. Det afhænger af solaktivitet og vores planets magnetfelt.
Heldigvis er det muligt at måle disse fluktuationer i prøver dateret med andre metoder. Du kan tælle træernes årringe og ændringen i deres indholdradiocarbon. Ud fra disse data kan en "kalibreringskurve" konstrueres.
I øjeblikket arbejdes der på at udvide og forbedre det. I 2008 kunne kun radiocarbondatoer op til 26.000 år kalibreres. I dag er kurven blevet forlænget til 50.000 år.
Hvad kan måles?
Ikke alle materialer kan dateres med denne metode. De fleste, hvis ikke alle, organiske forbindelser tillader radiocarbondatering. Nogle uorganiske materialer, såsom aragonitkomponenten i skaller, kan også dateres, da kulstof-14 blev brugt til dannelsen af mineralet.
Materialer, der er blevet dateret siden starten af metoden, omfatter trækul, træ, kviste, frø, knogler, skaller, læder, tørv, silt, jord, hår, keramik, pollen, vægmalerier, koraller, blodrester, stof, papir, pergament, harpiks og vand.
Radiocarbonanalyse af et metal er ikke mulig, hvis det ikke indeholder carbon-14. Undtagelsen er jernprodukter, som er fremstillet ved hjælp af kul.
Dobbelttælling
På grund af denne komplikation præsenteres radiocarbondatoer på to måder. Ukalibrerede målinger er givet i år før 1950 (BP). Kalibrerede datoer præsenteres også som BC. e. og efter, samt at bruge calBP-enheden (kalibreret op til nutiden, før 1950). Dette er et "bedste skøn" af prøvens faktiske alder, men det er nødvendigt at kunne gå tilbage tilgamle data og kalibrer dem, efterhånden som nye undersøgelser bliver ved med at opdatere kalibreringskurven.
Mængde og kvalitet
Den anden vanskelighed er den ekstremt lave forekomst af 14С. Kun 0,0000000001 % af kulstoffet i dagens atmosfære er 14C, hvilket gør det utroligt svært at måle og ekstremt følsomt over for forurening.
I de tidlige år krævede radiocarbonanalyse af henfaldsprodukter enorme prøver (f.eks. et halvt menneskelig lårben). Mange laboratorier bruger nu Accelerator Mass Spectrometer (AMS), som kan detektere og måle tilstedeværelsen af forskellige isotoper, samt tælle individuelle carbon-14-atomer.
Denne metode kræver mindre end 1 gram knogle, men få lande har råd til mere end en eller to AMS, som koster mere end $500.000. For eksempel har Australien kun 2 af disse instrumenter, der er i stand til radiocarbondatering, og de er uden for rækkevidde af store dele af udviklingslandene.
Renhed er nøglen til nøjagtighed
Desuden skal prøverne omhyggeligt renses for kulstofforurening fra klæbemidlet og jord. Dette er især vigtigt for meget gamle materialer. Hvis 1 % af et grundstof i en 50.000 år gammel prøve kommer fra et moderne forurenende stof, vil det blive dateret til 40.000 år gammelt.
Af denne grund udvikler forskere konstant nyemetoder til effektiv rengøring af materialer. De kan have en væsentlig indflydelse på det resultat, som radiocarbonanalyse giver. Metodens nøjagtighed er steget markant med udviklingen af en ny metode til rengøring med aktivt kul ABOx-SC. Dette gjorde det for eksempel muligt at udskyde ankomstdatoen for de første mennesker til Australien med mere end 10 tusind år.
Radiocarbonanalyse: kritik
Den metode, der beviser, at der er gået meget mere end 10 tusind år siden jordens begyndelse, nævnt i Bibelen, er gentagne gange blevet kritiseret af kreationister. For eksempel argumenterer de for, at prøver inden for 50.000 år skulle være fri for kulstof-14, men kul, olie og naturgas, der menes at være millioner af år gamle, indeholder målbare mængder af denne isotop, hvilket bekræftes af radiocarbondatering. Målefejlen er i dette tilfælde større end baggrundsstrålingen, som ikke kan elimineres i laboratoriet. Det vil sige, at en prøve, der ikke indeholder et enkelt radioaktivt kulstofatom, vil vise en dato på 50 tusind år. Denne kendsgerning sætter dog ikke spørgsmålstegn ved dateringen af genstandene, og endnu mere indikerer det ikke, at olie, kul og naturgas er yngre end denne alder.
Kreationister bemærker også nogle mærkværdigheder i radiocarbon-datering. For eksempel har dateringen af ferskvandsbløddyr bestemt deres alder til at være over 2.000 år, hvilket efter deres mening miskrediterer denne metode. Man har faktisk fundet ud af, at skaldyr får det meste af deres kulstof fra kalksten og humus, som er meget lave i 14C, da disse mineraler er meget gamle og ikke har adgang tilluft kulstof. Radiocarbonanalyse, hvis nøjagtighed i dette tilfælde kan stilles spørgsmålstegn ved, er ellers sand. Træ har for eksempel ikke dette problem, fordi planter får kulstof direkte fra luften, som indeholder en fuld dosis 14C.
Et andet argument imod metoden er, at træer kan danne mere end én ring på et år. Det er rigtigt, men oftere sker det, at de slet ikke danner vækstringe. Den bristlecone fyrretræ, som de fleste målinger er baseret på, har 5 % færre ringe end dens faktiske alder.
Indstilling af dato
Radiocarbonanalyse er ikke kun en metode, men spændende opdagelser i vores fortid og nutid. Metoden gjorde det muligt for arkæologer at arrangere fundene i kronologisk rækkefølge uden behov for skriftlige optegnelser eller mønter.
I det 19. og det tidlige 20. århundrede forbandt utroligt tålmodige og omhyggelige arkæologer keramik og stenredskaber fra forskellige geografiske områder ved at lede efter ligheder i form og mønstre. Så ved at bruge ideen om, at objektstilarter udviklede sig og blev mere komplekse med tiden, kunne de placere dem i rækkefølge.
Således blev de store kuppelformede grave (kendt som tholos) i Grækenland anset for at være forløbere for lignende strukturer på den skotske ø Maeshowe. Dette understøttede ideen om, at de klassiske civilisationer i Grækenland og Rom var i centrum for al innovation.
Men iSom et resultat af radiocarbonanalyse viste det sig, at de skotske grave var tusinder af år ældre end de græske. Nordlige barbarer var i stand til at designe komplekse strukturer svarende til klassiske.
Andre bemærkelsesværdige projekter var tildelingen af Ligklædet i Torino til middelalderen, dateringen af Dødehavsrullerne til Kristi tid og den noget kontroversielle periodisering af tegningerne i Chauvet-hulen ved 38.000 calBP (omkring 32.000 BP), tusinder af år tidligere end forventet.
Radiocarbonanalyse er også blevet brugt til at bestemme tidspunktet for udryddelsen af mammuterne og har bidraget til debatten om, hvorvidt moderne mennesker og neandertalere mødtes eller ej.
Isotop 14С bruges ikke kun til at bestemme alder. Metoden til radiocarbonanalyse giver os mulighed for at studere havets cirkulation og spore bevægelser af stoffer i hele kroppen, men dette er et emne for en anden artikel.
