Η ανάλυση ραδιοανθράκων άλλαξε την κατανόησή μας για τα τελευταία 50.000 χρόνια. Ο καθηγητής Willard Libby το έδειξε για πρώτη φορά το 1949, για το οποίο αργότερα τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ.
Μέθοδος ραντεβού
Η ουσία της ανάλυσης ραδιοάνθρακα είναι η σύγκριση τριών διαφορετικών ισοτόπων άνθρακα. Τα ισότοπα ενός συγκεκριμένου στοιχείου έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων στον πυρήνα, αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Αυτό σημαίνει ότι παρά τη μεγάλη χημική τους ομοιότητα, έχουν διαφορετικές μάζες.
Η συνολική μάζα ενός ισοτόπου υποδεικνύεται με έναν αριθμητικό δείκτη. Ενώ τα ελαφρύτερα ισότοπα 12C και 13C είναι σταθερά, το βαρύτερο ισότοπο 14C (ραδιοάνθρακας) είναι ραδιενεργό. Ο πυρήνας του είναι τόσο μεγάλος που είναι ασταθής.
Με την πάροδο του χρόνου, ο 14C, η βάση της χρονολόγησης με ραδιενεργό άνθρακα, διασπάται σε άζωτο 14N. Το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα-14 δημιουργείται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, όπου τα νετρόνια που παράγονται από τις κοσμικές ακτίνες αντιδρούν με άτομα 14N.
Στη συνέχεια οξειδώνεται σε 14CO2, εισέρχεται στην ατμόσφαιρα και αναμιγνύεται με το 12 CO2 και 13CO2. Χρησιμοποιείται διοξείδιο του άνθρακαφυτών κατά τη φωτοσύνθεση και από εκεί μέσω της τροφικής αλυσίδας. Επομένως, κάθε φυτό και ζώο σε αυτήν την αλυσίδα (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων) θα έχει ίση ποσότητα 14C σε σύγκριση με 12C στην ατμόσφαιρα (αναλογία14S:12S).
Περιορισμοί μεθόδου
Όταν πεθαίνουν τα ζωντανά όντα, ο ιστός δεν αντικαθίσταται πλέον και η ραδιενεργή αποσύνθεση 14C γίνεται εμφανής. Μετά από 55.000 χρόνια, ο 14C έχει αποσυντεθεί τόσο πολύ που τα υπολείμματά του δεν μπορούν πλέον να μετρηθούν.
Τι είναι η χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα; Η ραδιενεργή διάσπαση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «ρολόι» αφού είναι ανεξάρτητη από φυσικές (π.χ. θερμοκρασία) και χημικές (π.χ. περιεκτικότητα σε νερό) συνθήκες. Το μισό του 14C που περιέχεται στο δείγμα διασπάται σε 5730 χρόνια.
Συνεπώς, αν γνωρίζετε την αναλογία 14C:12C τη στιγμή του θανάτου και τη σημερινή αναλογία, τότε μπορείτε να υπολογίσετε πόσος χρόνος έχει περάσει. Δυστυχώς, δεν είναι τόσο εύκολο να τα αναγνωρίσετε.
Ανάλυση ραδιανθράκων: περιθώριο σφάλματος
Η ποσότητα του 14C στην ατμόσφαιρα, επομένως στα φυτά και τα ζώα, δεν ήταν πάντα σταθερή. Για παράδειγμα, ποικίλλει ανάλογα με το πόσες κοσμικές ακτίνες φτάνουν στη Γη. Εξαρτάται από την ηλιακή δραστηριότητα και το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας.
Ευτυχώς, είναι δυνατό να μετρηθούν αυτές οι διακυμάνσεις σε δείγματα που χρονολογούνται με άλλες μεθόδους. Μπορείτε να μετρήσετε τους ετήσιους δακτυλίους των δέντρων και την αλλαγή στο περιεχόμενό τουςραδιοάνθρακα. Από αυτά τα δεδομένα, μπορεί να κατασκευαστεί μια "καμπύλη βαθμονόμησης".
Επί του παρόντος, γίνονται εργασίες για την επέκταση και τη βελτίωσή του. Το 2008, μπορούσαν να βαθμονομηθούν μόνο ημερομηνίες ραδιενεργού άνθρακα έως και 26.000 ετών. Σήμερα η καμπύλη έχει επεκταθεί στα 50.000 χρόνια.
Τι μπορεί να μετρηθεί;
Δεν μπορούν όλα τα υλικά να χρονολογηθούν με αυτήν τη μέθοδο. Οι περισσότερες, αν όχι όλες, οργανικές ενώσεις επιτρέπουν τη χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα. Μερικά ανόργανα υλικά, όπως το συστατικό αραγωνίτη των οστράκων, μπορούν επίσης να χρονολογηθούν, καθώς ο άνθρακας-14 χρησιμοποιήθηκε για τον σχηματισμό του ορυκτού.
Τα υλικά που έχουν χρονολογηθεί από την αρχή της μεθόδου περιλαμβάνουν κάρβουνο, ξύλο, κλαδιά, σπόρους, οστά, κοχύλια, δέρμα, τύρφη, λάσπη, χώμα, μαλλιά, κεραμική, γύρη, τοιχογραφίες, κοράλλια, υπολείμματα αίματος, ύφασμα, χαρτί, περγαμηνή, ρητίνη και νερό.
Ανάλυση με ραδιενεργό άνθρακα ενός μετάλλου δεν είναι δυνατή εάν δεν περιέχει άνθρακα-14. Εξαίρεση αποτελούν τα προϊόντα σιδήρου, τα οποία παρασκευάζονται με άνθρακα.
Διπλή καταμέτρηση
Λόγω αυτής της επιπλοκής, οι ημερομηνίες ραδιενεργού άνθρακα παρουσιάζονται με δύο τρόπους. Οι μη βαθμονομημένες μετρήσεις δίνονται σε χρόνια πριν από το 1950 (BP). Οι βαθμονομημένες ημερομηνίες παρουσιάζονται επίσης ως π. Χ. ε., και μετά, καθώς και τη χρήση της μονάδας calBP (βαθμονομημένη μέχρι σήμερα, πριν από το 1950). Αυτή είναι μια "καλύτερη εκτίμηση" της πραγματικής ηλικίας του δείγματος, αλλά είναι απαραίτητο να μπορείτε να επιστρέψετεπαλιά δεδομένα και βαθμονομήστε τα καθώς οι νέες μελέτες συνεχίζουν να ενημερώνουν την καμπύλη βαθμονόμησης.
Ποσότητα και ποιότητα
Η δεύτερη δυσκολία είναι ο εξαιρετικά χαμηλός επιπολασμός του 14С. Μόνο το 0,0000000001% του άνθρακα στη σημερινή ατμόσφαιρα είναι 14C, καθιστώντας τον απίστευτα δύσκολο στη μέτρηση και εξαιρετικά ευαίσθητο στη ρύπανση.
Τα πρώτα χρόνια, η ανάλυση ραδιοανθράκων των προϊόντων αποσύνθεσης απαιτούσε τεράστια δείγματα (π.χ. μισό μηριαίο οστό ανθρώπου). Πολλά εργαστήρια χρησιμοποιούν πλέον το φασματόμετρο μάζας επιταχυντή (AMS), το οποίο μπορεί να ανιχνεύσει και να μετρήσει την παρουσία διαφόρων ισοτόπων, καθώς και να μετρήσει μεμονωμένα άτομα άνθρακα-14.
Αυτή η μέθοδος απαιτεί λιγότερο από 1 γραμμάριο οστού, αλλά λίγες χώρες μπορούν να αντέξουν οικονομικά περισσότερα από ένα ή δύο AMS, τα οποία κοστίζουν περισσότερα από 500.000 $. Για παράδειγμα, η Αυστραλία έχει μόνο 2 από αυτά τα όργανα ικανά για χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα, και είναι πέρα από την προσιτότητα μεγάλου μέρους του αναπτυσσόμενου κόσμου.
Η καθαριότητα είναι το κλειδί για την ακρίβεια
Επιπλέον, τα δείγματα πρέπει να καθαρίζονται προσεκτικά από μόλυνση άνθρακα από την κόλλα και το χώμα. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για πολύ παλιά υλικά. Εάν το 1% ενός στοιχείου σε ένα δείγμα 50.000 ετών προέρχεται από έναν σύγχρονο ρύπο, θα χρονολογηθεί ως 40.000 ετών.
Για αυτόν τον λόγο, οι ερευνητές αναπτύσσουν συνεχώς νέαμέθοδοι αποτελεσματικού καθαρισμού υλικών. Μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο αποτέλεσμα που δίνει η ανάλυση ραδιοανθράκων. Η ακρίβεια της μεθόδου έχει αυξηθεί σημαντικά με την ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου καθαρισμού με ενεργό άνθρακα ABOx-SC. Αυτό κατέστησε δυνατή, για παράδειγμα, την αναβολή της ημερομηνίας άφιξης των πρώτων ανθρώπων στην Αυστραλία για περισσότερα από 10 χιλιάδες χρόνια.
Ανάλυση ραδιοανθράκων: κριτική
Η μέθοδος που αποδεικνύει ότι έχουν περάσει πολύ περισσότερα από 10 χιλιάδες χρόνια από την αρχή της Γης, που αναφέρεται στη Βίβλο, έχει επικριθεί επανειλημμένα από τους δημιουργιστές. Για παράδειγμα, υποστηρίζουν ότι εντός 50.000 ετών τα δείγματα θα πρέπει να είναι απαλλαγμένα από άνθρακα-14, αλλά ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, που πιστεύεται ότι είναι εκατομμυρίων ετών, περιέχουν μετρήσιμες ποσότητες αυτού του ισοτόπου, κάτι που επιβεβαιώνεται από τη χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα. Το σφάλμα μέτρησης σε αυτή την περίπτωση είναι μεγαλύτερο από την ακτινοβολία υποβάθρου, η οποία δεν μπορεί να εξαλειφθεί στο εργαστήριο. Δηλαδή, ένα δείγμα που δεν περιέχει ούτε ένα ραδιενεργό άτομο άνθρακα θα δείχνει ημερομηνία 50 χιλιάδων ετών. Ωστόσο, αυτό το γεγονός δεν θέτει υπό αμφισβήτηση τη χρονολόγηση των αντικειμένων και ακόμη περισσότερο δεν υποδηλώνει ότι το πετρέλαιο, ο άνθρακας και το φυσικό αέριο είναι νεότερα από αυτήν την ηλικία.
Επίσης, οι δημιουργιστές σημειώνουν μερικές παραξενιές στη χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα. Για παράδειγμα, η χρονολόγηση των μαλακίων του γλυκού νερού έχει καθορίσει την ηλικία τους πάνω από 2.000 χρόνια, γεγονός που, κατά τη γνώμη τους, δυσφημεί αυτή τη μέθοδο. Στην πραγματικότητα, έχει βρεθεί ότι τα οστρακοειδή παίρνουν το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα τους από ασβεστόλιθο και χούμο, τα οποία είναι πολύ χαμηλά σε 14C, καθώς αυτά τα ορυκτά είναι πολύ παλιά και δεν έχουν πρόσβαση σεάνθρακας αέρα. Η ανάλυση ραδιοανθράκων, η ακρίβεια της οποίας σε αυτή την περίπτωση μπορεί να αμφισβητηθεί, είναι κατά τα άλλα αληθής. Το ξύλο, για παράδειγμα, δεν έχει αυτό το πρόβλημα, επειδή τα φυτά λαμβάνουν άνθρακα απευθείας από τον αέρα, ο οποίος περιέχει μια πλήρη δόση 14C.
Ένα άλλο επιχείρημα κατά της μεθόδου είναι το γεγονός ότι τα δέντρα μπορούν να σχηματίσουν περισσότερους από έναν δακτύλιους σε ένα χρόνο. Αυτό είναι αλήθεια, αλλά πιο συχνά συμβαίνει να μην σχηματίζουν καθόλου δακτυλίους ανάπτυξης. Το πεύκο με τρίχες, από το οποίο βασίζονται οι περισσότερες μετρήσεις, έχει 5% λιγότερους δακτυλίους από την πραγματική του ηλικία.
Ρύθμιση ημερομηνίας
Η ανάλυση ραδιοανθράκων δεν είναι μόνο μέθοδος, αλλά συναρπαστικές ανακαλύψεις στο παρελθόν και το παρόν μας. Η μέθοδος επέτρεπε στους αρχαιολόγους να τακτοποιήσουν τα ευρήματα με χρονολογική σειρά χωρίς να χρειάζονται γραπτά αρχεία ή νομίσματα.
Στον 19ο και στις αρχές του 20ου αιώνα, απίστευτα υπομονετικοί και προσεκτικοί αρχαιολόγοι συνέδεσαν κεραμικά και λίθινα εργαλεία από διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές αναζητώντας ομοιότητες στο σχήμα και τα σχέδια. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας την ιδέα ότι τα στυλ αντικειμένων εξελίχθηκαν και έγιναν πιο περίπλοκα με την πάροδο του χρόνου, μπορούσαν να τα τοποθετήσουν στη σειρά.
Έτσι, οι μεγάλοι θολωτοί τάφοι (γνωστοί ως tholos) στην Ελλάδα θεωρήθηκαν ως οι πρόδρομοι παρόμοιων κατασκευών στο νησί Maeshowe της Σκωτίας. Αυτό υποστήριξε την ιδέα ότι οι κλασικοί πολιτισμοί της Ελλάδας και της Ρώμης ήταν στο επίκεντρο κάθε καινοτομίας.
Ωστόσο, σεΩς αποτέλεσμα ανάλυσης ραδιοανθράκων, προέκυψε ότι οι σκωτσέζοι τάφοι ήταν χιλιάδες χρόνια παλαιότεροι από τους ελληνικούς. Οι βόρειοι βάρβαροι ήταν σε θέση να σχεδιάσουν περίπλοκες κατασκευές παρόμοιες με τις κλασσικές.
Άλλα αξιοσημείωτα έργα ήταν η ανάθεση της Σινδόνης του Τορίνο στη μεσαιωνική περίοδο, η χρονολόγηση των κυλίνδρων της Νεκράς Θάλασσας στην εποχή του Χριστού και η κάπως αμφιλεγόμενη περιοδικοποίηση των σχεδίων στο Σπήλαιο Chauvet στις 38.000 calBP (περίπου 32.000 BP), χιλιάδες χρόνια νωρίτερα από το αναμενόμενο.
Η ανάλυση ραδιοανθράκων έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του χρόνου της εξαφάνισης των μαμούθ και συνέβαλε στη συζήτηση σχετικά με το εάν οι σύγχρονοι άνθρωποι και οι Νεάντερταλ συναντήθηκαν ή όχι.
Το
Ισότοπο 14С χρησιμοποιείται όχι μόνο για τον προσδιορισμό της ηλικίας. Η μέθοδος ανάλυσης ραδιοανθράκων μας επιτρέπει να μελετήσουμε την κυκλοφορία του ωκεανού και να ανιχνεύσουμε την κίνηση των φαρμάκων σε όλο το σώμα, αλλά αυτό είναι ένα θέμα για άλλο άρθρο.
