Radioglekļa (C-14) datēšana — definīcija, princips un pielietojumi

Radioglekļa datēšana, kas pazīstama arī kā C14 datēšanas metode, ir radiometriskā datēšanas tehnika, ko izmanto, lai noteiktu organisko paraugu vecumu. Tā ir radiometriskās datēšanas veids, kas balstās uz radioaktīvā izotopa uztveršanu un mērījumiem.

Princips un pamatideja

Metode izmanto radioaktīvo izotopu oglekli-14 (^14C). Lielākā daļa organisko vielu satur oglekli, un ogleklim ir vairāki izotopi, no kuriem 12C un 13C ir stabilie, bet ^14C ir radioaktīvais. ^14C pussabrukšanas periods (laiks, kurā radioaktivitāte samazinās uz pusi) ir aptuveni 5730 gadi (mūsdienu novērtējums ap 5730 ± 40 gadiem). Kad organisms ir dzīvs, tas pastāvīgi apmainās ar oglekli no atmosfēras; pēc nāves apmaiņa pārstājas, un ^14C aktivitāte paraugā sāk samazināties pēc eksponenciālā likuma. Mērījot atlikušā ^14C daudzumu, var aprēķināt laiku, kas pagājis kopš organisma nāves.

Kā ^14C veidojas un kā tas nonāk organismā

^14C pastāvīgi veidojas atmosfērā, kad kosmiskie stari jonizē gaisu un izveido brīvos neutronus, kas savienojas ar slāpekli atmosfērā, radot ^14C. Augi fotosintēzes procesā uzņem atmosfēras oglekļa dioksīdu, un dzīvnieki tos apēd, tāpēc katra dzīva radība, kamēr tā dzīvo, pastāvīgi apmainās ar ^14C ar apkārtējo vidi. Tiklīdz organisms nomirst, šī apmaiņa beidzas un sākas radioaktīvā noārdīšanās.

Paraugu sagatavošana un mērījumu metodes

Pirms mērījuma paraugi tiek rūpīgi sagatavoti, lai noņemtu piesārņojumu un saglabātu tikai oriģinālo organisko materiālu. Tipiskas ķīmiskās attīrīšanas procedūras ietver A-B-A (skābe–bāze–skābe) apstrādi, ekstrakcijas un speciālas procedūras kaulus, oglekļa sadalītos organiskos savienojumus un citas materiālu grupas gadījumos. Pēc sagatavošanas ^14C var noteikt divos galvenajos veidos:

• Radioaktīvās sabrukšanas skaitīšana (beta-skaitītāji) — mēra ^14C sabrukšanas notikumus un bija viena no agrākajām metodēm.
• Akceleratora masu spektrometrija (AMS) — tieši skaita ^14C atomus salīdzinājumā ar stabilajiem izotopiem (¹²C, ¹³C). AMS prasa mazāku parauga daudzumu un ļauj datēt vecākus un daudz mazākus paraugus ar augstāku precizitāti.

Kalibrēšana un precizitāte

Vajadzīgajā precizitātes līmenī jāņem vērā, ka atmosfēras ^14C koncentrācija nav bijusi pilnīgi konstanta laika gaitā. 1958. gadā Hessel de Vries parādīja, ka oglekļa-14 koncentrācija atmosfērā mainās atkarībā no laika un atrašanās vietas. ^14C ražošana atmosfērā ir nedaudz mainīga, un arī citi faktori (piemēram, vulkāniska aktivitāte, klimata svārstības, cilvēka darbība) ietekmē attiecības starp stabilajiem izotopiem un ^14C. Tāpēc radītos "radiokarbonos" datumus (parasti izteiktus kā gadus pirms pašreizējā laika — BP, kur "pašreizējais" tradicionāli tiek uzskatīts par 1950. gadu) nepieciešams kalibrēt uz kalendāriem gadiem, izmantojot kalibrēšanas līknes, kas izstrādātas, pamatojoties uz labozināmiem datumiem (piemēram, dendrohronoloģiju, jazas nogultņu secības un citiem arhīviem). Mūsdienās plaši lieto starptautiskās kalibrēšanas līknes (piem., IntCal), kas kompensē atmosfēras svārstības un nodrošina precīzāku pāreju uz kalendāriem datumiem.

Ierobežojumi un kļūdu avoti

Radioglekļa datēšanai ir noteikti ierobežojumi un iespējamie kļūdu avoti:

• Vecuma robeža: metode ir derīga aptuveni līdz 50–60 tūkstošiem gadu; pēc tam atlikušā ^14C daudzuma ir pārāk maz, lai to droši noteiktu.
• Rezervuāra efekts: jūras un ūdens organismiem ogleklis (ūdens, jūras cirkulācija un nogulumi) var saturēt vecāku oglekli, radot kļūdaini vecākus datumus; šis ir jūras rezervuāra efekts, kam bieži nepieciešama korekcija.
• Piesārņojums: moderno oglekļa piesārņojums (piem., pēkšņs kontakts ar mūsdienu materiāliem) var padarīt paraugu jaunāku; pretēji — vecie piesārņojumi var parādīt nepatiesi vecākas vērtības.
• Cilvēka ietekme: degvielu izmantošana (Suess efekts) samazina atmosfēriskā ^14C attiecību, savukārt kodolizmēģinājumi 20. gs. vidū radīja īslaicīgu ^14C pieaugumu (bumbas "pulse"), ko izmanto precīzai datēšanai pēdējo dažu desmitgažu materiālos.

Pielietojumi

Radioglekļa datēšana ir plaši izmantota dažādās jomās:

• Arheoloģijā — datē artefaktus, organiskos atliekas, apbedījumu laikus.
• Ģeoloģijā un paleoekoloģijā — datē kūdras slāņus, ezeru sedimentus, kokmateriālus, lai rekonstruētu klimata un vides pārmaiņas.
• Forēnikā — noteikt nesen nomirušas personas, narkotiku vai dokumentu vecumu (ar bomb-pulse metodi) un pārbaužu laikus mūsdienīgās lietās.
• Biomedicīnā un antropoloģijā — pētīt barības ķēdes, migrācijas un organismu bioloģiskos laikus.

Vēsture

Šo metodi 1949. gadā Čikāgas Universitātē izstrādāja Vilards Libijs (Willard Libby) un viņa kolēģi. Par šo darbu 1960. gadā viņam tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā. Viņš pirmo reizi pierādīja radioglekļa datēšanas praktisko nozīmi, precīzi novērtējot, piemēram, senās Ēģiptes karaliskās baržas koka vecumu, kas bija zināms no vēsturiskiem dokumentiem.

Kopš Libbija laikiem metode ir ievērojami attīstījusies — īpaši ar AMS ieviešanu un plašu kalibrēšanas līkņu izstrādi —, padarot radioglekļa datēšanu par vienu no galvenajiem rīkiem laika noteikšanai cilvēces un dabas vēsturē.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir radioaktīvā oglekļa datēšana?

J: Kā tas darbojas?

J: Kas izstrādāja šo metodi?

J: Cik precīza ir radioglekļa datēšana?

J: Kāda veida starojumu izmanto radioglekļa datēšanā?

Meklēt pēc burta