Radiokarbon kormeghatározás

A radiokarbonos kormeghatározás egyfajta radioizotópos kormeghatározási módszer, amelyet a szerves maradványok korának meghatározására használnak a 14 C radioaktív izotóp tartalmának a stabil szénizotópokhoz viszonyított mérésével . A radiokarbonos kormeghatározást Willard Libby javasolta 1946 - ban , amiért 1960 -ban kémiai Nobel-díjat kapott . A módszer azon alapul, hogy az élő szervezetek táplálékkal mind a nem radioaktív, mind a radioaktív szenet felszívják, amely a kozmikus sugarak légköri nitrogénre gyakorolt ​​hatására folyamatosan termelődik a légkörben. Egy állat vagy növény elhullása után a környezettel való széncsere megszűnik, a maradványokban lévő 14 C fokozatosan lebomlik, maradék fajlagos aktivitása alapján megbecsülhető a szervezet elpusztulási ideje. Az életkor tisztázásához kalibrációs görbék használata szükséges. 2020-ban elfogadták az északi félteke (IntCal20) [1] , a déli félteke (SHCal20) [2] és a tengeri minták (Marine20) [3] kalibrációs görbéinek új verzióit , amelyek lehetővé teszik akár 55 000 éves minták kormeghatározását is . 4] [5] .

Fizikai alapok

A szén , mint a biológiai szervezetek összetételének egyik fő eleme, a Föld légkörében stabil 12 C (98,89%) és 13 C (1,11%), valamint radioaktív 14 C izotópok formájában van jelen, amely nyomokban van jelen. mennyiségben (kb. 10-10 %  ). A 14C izotóp főként a légkör felső rétegeiben, 12-15 km magasságban folyamatosan képződik a kozmikus sugarak másodlagos neutronjainak a légköri nitrogénatommagokkal való ütközésekor:

Évente átlagosan körülbelül 7,5 kg radiokarbon képződik a Föld légkörében, összesen kb. 75 tonna mennyiségben .

A természetes radioaktivitás következtében radiokarbon képződés a Föld felszínén elenyésző.

A 14 C szén radioizotópja β − bomláson megy keresztül , felezési ideje T 1/2 = 5,70 ± 0,03 ezer év [6] , bomlási állandója λ = 1,216 10 −4 év −1 :

A radioaktív és a stabil szénizotópok aránya a légkörben és a bioszférában a légkör aktív keveredéséből adódóan megközelítőleg azonos, mivel minden élő szervezet folyamatosan részt vesz a szén-anyagcserében, befogadja a környezetből a szenet, az izotópokat pedig kémiai megkülönböztethetetlenségük, gyakorlatilag azonos módon vesznek részt a biokémiai folyamatokban.

A szén fajlagos aktivitása az élő szervezetekben, amelyek szenet cserélnek egy légköri tározóval, megfelel a légköri radiokarbon-tartalomnak, és 13,56 ± 0,07 bomlás /perc/g szén. A szervezet halálával a szén-anyagcsere leáll. Ezt követően a stabil izotópok megmaradnak, és a radioaktív ( 14 C) fokozatosan lebomlik, ennek következtében a maradványokban lévő tartalma fokozatosan csökken. A szervezet izotóptartalmának kezdeti arányának ismeretében, és tömegspektrometriás módszerrel , vagy az aktivitás mérésével dozimetriás módszerrel meghatározva aktuális arányukat a biológiai anyagban, megállapítható a szervezet halála óta eltelt idő. .

Használat

Az életkor meghatározásához a vizsgált minta egy töredékéből szén szabadul fel (előzetesen tisztított töredék elégetésével), a felszabaduló szén radioaktivitását mérik, és ez alapján határozzák meg az izotóporányt, amely megmutatja a vizsgált minta életkorát. minták. Az aktivitásméréshez használt szénmintát általában a gázba vezetik, amelyet arányos számlálóval töltenek meg , vagy egy folyadékszcintillátorba . A közelmúltban nagyon alacsony, 14 C-os tartalom és/vagy nagyon kis tömegű (néhány mg) minta esetén gyorsító tömegspektrometriát alkalmaztak , amely lehetővé teszi a 14 C-os tartalom közvetlen meghatározását. 2020-ra a korhatár egy radiokarbon kormeghatározással pontosan meghatározható minta körülbelül 55 000 év [5] , azaz körülbelül 10 felezési idő. Ezalatt a 14 C-tartalom csaknem 1000-szeresére csökken (egy gramm szénre óránként körülbelül 1 bomlásig).

Egy tárgy korának radiokarbon módszerrel történő mérése csak akkor lehetséges, ha a mintában lévő izotóp arányt a mintában annak fennállása során nem sértették meg, azaz a minta nem szennyeződött későbbi vagy korábbi eredetű széntartalmú anyagokkal, radioaktív anyagokat, és nem volt kitéve erős sugárforrásoknak. Az ilyen szennyezett minták korának meghatározása óriási hibákhoz vezethet. A módszer kidolgozása óta eltelt évtizedek során nagy tapasztalat halmozódott fel a szennyeződések kimutatásában és az azokból származó minták tisztításában. A kormeghatározáshoz a legkevésbé szennyezett komponenseket kémiai módszerekkel izolálják a mintákból. A növényi maradványok radiokarbonos kormeghatározása cellulózt használ , míg a csontok, szarvak és egyéb állati maradványok kormeghatározása kollagént szabadít fel . A zsírsavak, például a palmitin és a sztearin maradványai alapján is datálható , például kerámiák [7] [8] . A módszer 2019-re vonatkozó hibája 24 évtől (15. század eleji minták) 1600 évig terjed (minta ~ ie 47 évezred ) [9] .

A radiokarbon módszer alkalmazásának egyik leghíresebb esete a torinói lepel töredékeinek 1988 -ban , egyidejűleg több laboratóriumban , vak módszerrel végzett vizsgálata . A radiokarbon elemzés lehetővé tette a lepelnek a 11-13 . századi időszakra való datálását . A szkeptikusok ezt az eredményt annak megerősítésének tartják, hogy a lepel egy középkori hamisítvány. Az ereklye hitelességének hívei a kapott adatokat a 16. századi lepel szénnel való szennyeződésének, majd az ezt követő forró olajban történő mosásának az eredményének tartják.

A módszer kalibrálása és pontossága

A radiokarbonos kormeghatározási módszer alapjául szolgáló Libby kiinduló feltevései szerint a légkör szénizotópjainak aránya térben és időben nem változik, és az élő szervezetek izotóptartalma pontosan megfelel a légkör aktuális állapotának. Amint azonban később megállapítottuk, ezek a feltételezések csak megközelítőleg érvényesek. A 14 C izotóp tartalma a légkörben számos tényezőtől függ, mint például:

Az utolsó két tényező lehetetlenné teszi a 20. századi minták pontos radiokarbonos kormeghatározását.

Emellett a vizsgálatok kimutatták, hogy a szénizotópok atomtömegének különbsége miatt az élő szervezetekben a kémiai reakciók és folyamatok némileg eltérő sebességgel mennek végbe, ami sérti az izotópok természetes arányát (ún. izotópfrakcionáló hatás ) [12 ] ] . Egy másik fontos hatás ( rezervoárhatás ) a radiokarbon egyensúly késleltetett beállása a Világ-óceánban a szénnek a légköri tározóval való lassú [13] cseréje miatt, ami, ha nem korrigálják, a maradványok életkorának látszólagos növekedéséhez vezet. tengeri élőlények, valamint azok a szárazföldi élőlények, amelyek étrendje főként tengeri táplálékból állt. A természetben előforduló szén-anyagcserével kapcsolatos folyamatok és ezeknek a folyamatoknak a biológiai objektumok izotóparányára gyakorolt ​​hatásának megértése nem sikerült azonnal. Így a radiokarbon módszer alkalmazása ezen hatások figyelmen kívül hagyása és az általuk bevezetett korrekciók jelentős (ezredfordulós nagyságrendű) hibákat generálhat, amelyek gyakran előfordultak a módszer fejlesztésének korai szakaszában, egészen az 1970-es évekig. .

Jelenleg a módszer helyes alkalmazásához alapos kalibrálás történt, figyelembe véve az izotópok arányának változását a különböző korszakokra és földrajzi régiókra, valamint a radioaktív izotópok élőlényekben történő felhalmozódásának sajátosságait. és növények. A módszer kalibrálásához az ismert abszolút kormeghatározású objektumok izotóparányának meghatározását használjuk. A kalibrációs adatok egyik forrása a dendrokronológia . A 992-es napviharból származó külön izotópnyomot találtak a világ minden tájáról származó éves gyűrűarchívumokban [14] (lásd: Miyake Events ). A minták életkorának radiokarbon módszerrel történő meghatározását is összehasonlítottuk más izotópos kormeghatározási módszerek eredményeivel. Jelenleg az IntCal szabványos kalibrációs görbeként használatos, melynek első változata 1998-ban jelent meg (lásd ábra) [10] . 2004-ben, 2009-ben [15] és 2013 -ban publikálták a minta mért radiokarbon életkorának abszolút korrá konvertálására használt kalibrációs görbe következő átdolgozott változatait . Az IntCal13 kalibrációs görbéjét külön-külön ábrázolták az északi és déli (SHCal13) féltekére, amelyek az elmúlt 50 000 évre ívelnek fel, és több ezer mérésből származnak pontosan dátumozott fagyűrűk (az elmúlt 12 000 év ), éves korallnövekedése és foraminifera lerakódásai alapján . A japán Suigetsu - tó fenekén a 12 000 és 40 ezer évvel ezelőtti időszakra vonatkozó üledékek összehasonlítása a dendrokronológusok által a fagyűrűk elemzése során szerzett információkkal olyan korrekciók bevezetéséhez vezetett, amelyek 300-400 évvel visszatolták az adatokat [ 16] [17] . A tengeri kalibrációt külön Marine13 görbén hajtják végre, mivel a tengeri tározókban a széncsere sebessége lassabb, mint a légköri.

Modern formájában, az IntCal20, SHCal20 és Marine20 kalibrációs skálák történeti intervallumon (tíz évtől a múltban 55 ezer évig) történő létrehozásának köszönhetően a radiokarbon módszer meglehetősen megbízható és minőségileg kalibrált független módszernek tekinthető. biológiai eredetű tárgyak keltezése.

2019-től a radiokarbon kormeghatározás határpontossága 15 év (két szórás , 95%-os megbízhatóság ), míg az elmúlt háromezer év legtöbb időszakában a kalibrációs görbe hibái miatti mérési hiba legalább 50 év, és az elmúlt tízezer évben - legalább 100 év. Kisebb hiba érhető el azokban az időszakokban, amikor a légkör 14 C-tartalma viszonylag gyorsan változik (a kalibrációs görbe meredek részei), míg a kalibrációs görbe lapos részein rosszabb a módszer érzékenysége. A hiba a minták állapotától és a kémiai környezettől is függ, amelyben elhelyezkedtek. A radiokarbon módszerrel végzett szakmai vizsgálat során a szakértő általában azt a konfidenciaintervallumot jelzi , amelyen belül egy adott minta meghatározott életkorának hibája található [9] .

Meg kell jegyezni, hogy a radiokarbon korának a kalibrációs görbével történő meghatározásakor a feltételes "Libby felezési időt" használjuk 14 C-ra, ami megegyezés szerint 5568 év . Ez eltér a legpontosabb laboratóriumi mérések alapján átlagolt és magfizikai adatbázisokban idézett 5,70 ± 0,03 ezer éves felezési időtől [6] . Ezt az egyezményt 1962-ben fogadták el a korábbi munkával való kompatibilitás fenntartása érdekében. A feltételes felezési idő és a tényleges közötti különbséget már a kalibrációs görbékben is figyelembe vettük, így a belőlük kapott kalibrált radiokarbon kor összhangban van az abszolút csillagászati ​​időskálával (de ez nem így van a feltételes „ kalibrálatlan” vagy „hagyományos” kor, a kalibrációs görbe bemeneti paramétere) [18] .

A módszer kritikája

Annak ellenére, hogy a radiokarbonos kormeghatározás régóta része a tudományos gyakorlatnak és széles körben használatos, a közel tudományos publikációkban és az interneten kritika éri ezt a módszert, ami megkérdőjelezi a történelmi leletek (különösen a későbbi időszak). A radiokarbonos kormeghatározást általában a „ tudományos kreacionizmus ”, az „ új kronológia ” és más áltudományos koncepciók hívei kritizálják. Néhány példa a radiokarbon kormeghatározással kapcsolatos kifogásokra a Fomenko új kronológiájának természettudományos módszerek kritikája című fejezetében . A radiokarbon elemzéssel szembeni ilyen jellegű kritikák általában a legkorábbi, a hatvanas évek módszertanának állapotát tükröző tudományos publikációkon, valamint a módszer és a kalibrációs jellemzők alapjainak félreértésén alapulnak [19] .

A fosszilis szén-dioxid-kibocsátás hatása

2015-ben H. Graven ( Imperial College London ) kiszámolta [20] , hogy a fosszilis tüzelőanyagok jelenlegi ütemben történő további elégetése az „ősi” szén légkörbe történő kibocsátása miatt a modern minták radiokarbon megkülönböztethetetlenségéhez vezet a régebbi mintáktól [21] ] [22 ] (bár olyan minták, amelyek az iparosítás előtt keletkeztek, és nem cserélnek szenet a légkörrel, ezt a hatást természetesen ez nem érinti). Jelenleg a fosszilis szénnek a légkörbe való kibocsátása a légköri szén látszólagos "öregedéséhez" vezet évente körülbelül 30 évvel [20] .

Lásd még

Irodalom

Jegyzetek

  1. ↑ Reimer PJ et al. The IntCal20 Northern Hemisphere Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55 cal kBP)  (angol)  // Radiocarbon. - 2020. - 1. évf. 62 , sz. 4 . - P. 725-757 . — ISSN 0033-8222 . - doi : 10.1017/RDC.2020.41 .
  2. ↑ Hogg A.G. et al. SHCal20 déli félteke kalibráció, 0–55 000 év cal BP   // Radiocarbon . - 2020. - 1. évf. 62 , sz. 4 . - P. 759-778 . — ISSN 0033-8222 . - doi : 10.1017/RDC.2020.59 .
  3. ↑ Heaton TJ et al. Marine20 – A tengeri radiokarbon kor kalibrációs görbéje (0–55 000 cal BP  )  // Radiocarbon. - 2020. - 1. évf. 62 , sz. 4 . - P. 779-820 . — ISSN 0033-8222 . - doi : 10.1017/RDC.2020.68 .
  4. ↑ van der Plicht J. et al. Legutóbbi fejlesztések a régészeti és környezeti minták kalibrálásában  (angol)  // Radiocarbon. - 2020. - P. 1-23 . — ISSN 1945-5755 0033-8222, 1945-5755 . - doi : 10.1017/RDC.2020.22 .
  5. ↑ 1 2 Kuzmin Ya. V. Radiokarbon dátumok új kalibrációs skála IntCal20 és lehetőségei (2020.09.11.). Letöltve: 2022. április 17. Az eredetiből archiválva : 2021. március 2.
  6. ↑ 1 2 Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. A Nubase2020 értékelése a nukleáris tulajdonságokról  // Chinese Physics  C. - 2021. - Kt. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .Nyílt hozzáférésű
  7. ↑ Casanova E. et al. Régészeti kerámiaedények  pontos vegyületspecifikus 14 C-os kormeghatározása (angol)  // Természet . - 2020. - 1. évf. 580 . - P. 506-510 .
  8. ↑ Régészet 2020-ban: tíz érdekes esemény (az áttekintést készítette: E. Antonov) // Tudomány és élet . - 2021. - 2. sz . - S. 13 .
  9. ↑ 1 2 Svetlik I. et al. A lehető legjobb időfelbontás: Mennyire lehet pontos egy radiokarbonos kormeghatározási módszer?  (angol)  // Radiocarbon. - 2019. - 1. évf. 61 , iss. 6 . - P. 1729-1740 . — ISSN 1945-5755 0033-8222, 1945-5755 . - doi : 10.1017/RDC.2019.134 . Archiválva az eredetiből 2022. január 29-én. Nyílt hozzáférésű
  10. ↑ 1 2 Stuiver M., Reimer PJ, Braziunas TF Nagy pontosságú radiokarbon korkalibráció szárazföldi és tengeri mintákhoz  (angol)  // Radiocarbon. - 1998. - 1. évf. 40 , iss. 3 . - P. 1127-1151 . Nyílt hozzáférésű
  11. ↑ Heaton TJ et al. Az IntCal20 megközelítés a radiokarbon kalibrációs görbe felépítéséhez: új módszertan Bayes-féle spline-ok és a változókban előforduló hibák használatával   // Radiocarbon . - 2020. - 1. évf. 62 , iss. 4 . - P. 821-863 . - doi : 10.1017/RDC.2020.46 . Nyílt hozzáférésű
  12. ↑ G. A. Wagner , p. 164.
  13. ↑ A szén homogenizációjának jellemző ideje az óceánokban körülbelül 1000 év.
  14. ↑ Margot Kuitems et al. Bizonyíték az európai jelenlétére az amerikai kontinensen az 1021-es hirdetésben Archiválva 2021. november 7-én a Wayback Machine -nél // Nature, 2021. október 20.
  15. ↑ IntCal09 kiegészítő adatok (lefelé irányuló kapcsolat) . Hozzáférés dátuma: 2010. március 27. Az eredetiből archiválva : 2010. február 16. 
  16. ↑ Új időrend a Suigetsutól . Letöltve: 2012. október 27. Az eredetiből archiválva : 2022. február 4..
  17. ↑ Bronk Ramsey C. et al. A teljes földi radiokarbon rekord 11,2-52,8 kyr BP   // Tudomány . — Vol. 338.- Iss. 6105 . - P. 370-374. - doi : 10.1126/tudomány.1226660 .
  18. ↑ Bowman S. Radiocarbon Dating  . - London: British Museum Press, 1995. - ISBN 978-0-7141-2047-8 .
  19. ↑ Levchenko V. A „radiokarbonról Fomenko szemével” és az Új Kronológia „tudományos” alapjairól: polemikus feljegyzések 2010. június 18-i archív példány a Wayback Machine -nél
  20. ↑ 1 2 Graven Heather D. A fosszilis tüzelőanyagok kibocsátásának hatása a légköri radiokarbonra és a radiokarbon különféle alkalmazásaira ebben az évszázadban  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2015. - július 20. ( 112. évf. , 31. sz.). - S. 9542-9545 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.1504467112 .
  21. ↑ [1] . Archiválva az eredetiből 2015. augusztus 6-án.
  22. ↑ [2] . Archiválva az eredetiből 2015. július 27-én.

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban