Seitsekümmend aastat tagasi töötas Ameerika keemik Willard Libby välja leidliku meetodi orgaaniliste materjalide tutvumiseks. Tema tehnika, mida tuntakse süsiniku dateeringuna, tegi revolutsiooni arheoloogia valdkonnas.
Seotud sisu
- Kliimamuutused võivad rikkuda süsiniku tutvumist
Nüüd said teadlased täpselt arvutada orgaanilistest materjalidest valmistatud objektide vanuse, jälgides, kui palju teatud süsinikuvormist alles oli, ja seejärel arvutades tagasi, et teha kindlaks, millal taim või loom, kellelt materjal pärineb, suri. See tehnika, mis võitis Libby poolt Nobeli preemia 1960. aastal, on võimaldanud teadlastel dateerida iidsete muumiate tätoveeringuid, teha kindlaks, et Briti raamatukogus oli üks maailma vanimaid koraane ja selgitada, et enamik kaubitsetud elevandiluust pärineb elevantidelt, kes tapeti viimase kolme aasta jooksul. aastatel.
Täna ähvardab Maa atmosfääri pumbatav süsinikdioksiidi kogus selle meetodi täpsust meie enda aega vaatavate tulevaste arheoloogide jaoks väärata. Selle põhjuseks on asjaolu, et fossiilkütused võivad tänapäeval muuta uute orgaaniliste materjalide radiosüsiniku ajastut, muutes need muistsetest raskesti eristatavaks. Õnneks pakub eile ajakirjas Environmental Research Letters avaldatud uurimistöö Libby töö päästmiseks ja selle üliolulise kohtingutehnika taaselustamiseks: vaadake lihtsalt süsiniku teist isotoopi.
Isotoop on teatud arvu neutronitega elemendi vorm, mis on aatomi tuumas leiduvad subatomilised osakesed, millel puudub laeng. Kuigi prootonite ja elektronide arv aatomis määrab, mis element see on, võib neutroni arv sama elemendi erinevate aatomite vahel varieeruda. Ligi 99 protsenti kogu Maa süsinikust on süsinik-12, mis tähendab, et iga aatomi tuumas on 12 neutronit. Teie kantav särk, sissehingatav süsihappegaas ning söödavad loomad ja taimed on enamasti süsinik-12-st.
Süsinik-12 on stabiilne isotoop, mis tähendab, et selle sisaldus ükskõik millises materjalis jääb samaks aasta-aastalt, sajand-sajandi järel. Libby murranguline radiosüsiniku tutvumistehnika vaatas selle asemel palju haruldasemat süsiniku isotoopi: Carbon-14. Erinevalt süsinik-12-st on see süsiniku isotoop ebastabiilne ja selle aatomid lagunevad tuhandete aastate jooksul lämmastiku isotoobiks. Uus süsinik-14 toodetakse Maa ülemises atmosfääris ühtlasel kiirusel, kuna päikesekiired löövad lämmastikuaatomeid.
Raadiosüsiniku tutvumine kasutab seda stabiilse ja ebastabiilse süsiniku isotoobi kontrasti. Oma elu jooksul võtab taim fotosünteesi kaudu atmosfäärist pidevalt süsinikku. Loomad tarbivad seda süsinikku taimede söömisel ja süsinik levib toidutsükli jooksul. See süsinik sisaldab süsiniku-12 ja süsiniku-14 ühtlast suhet.
Kui need taimed ja loomad surevad, lakkavad nad süsiniku omastamast. Sellest hetkest alates väheneb taimest või loomast järelejäänud materjalides süsiniku-14 kogus aja jooksul, samas kui süsiniku-12 sisaldus jääb muutumatuks. Orgaanilise materjali radiosüsinikuga dateerimiseks saab teadlane mõõta järelejäänud süsiniku-14 ja muutmata süsiniku-12 suhet, et näha, kui kaua on möödunud materjali allika surmast. Tehnoloogia areng on võimaldanud paljudel juhtudel saada raadiosüsiniku dateerimise täpsuseks vaid paarikümne aasta jooksul.
Süsiniku dateerimine on arheoloogide jaoks suurepärane võimalus kasutada ära aatomite lagunemise looduslikke viise. Kahjuks on inimesed asju segamini ajamas.
Fossiilkütustest pärit süsiniku õhku õhku suunanud inimesed on viimastel sajanditel kääbus aeglaselt ja ühtlaselt süsinik-14 tekkeprotsessis atmosfääri ülemises osas. Kuna fossiilkütused on miljoneid aastaid vanad, ei sisalda need enam mõõdetavat kogust süsinikku 14. Kuna miljonid tonnid süsinik-12 suruvad atmosfääri, on nende kahe isotoobi püsiv suhe häiritud. Eelmisel aastal avaldatud uuringus tõi Imperial College Londoni füüsik Heather Graven välja, kuidas need täiendavad süsiniku emissioonid mõjutavad radiosüsiniku dateerimist.
2050. aastaks näivad uued orgaanilise materjali proovid sama radiosüsiniku kuupäevaga kui 1000 aasta tagused proovid, ütles Peter Köhler, uue uuringu juhtiv autor ja Alfred Wegeneri polaar- ja mereuuringute instituudi füüsik. Fossiilkütuste põlemisel jätkuvad süsinikdioksiidi heitkogused muudavad suhteid veelgi. "Paarikümne aasta jooksul ei saa me vahet teha, kas mõni süsinikuajastu, millest me välja saame, või süsinik võib olla minevikust või tulevikust, " ütleb Köhler.
Graveni uurimistööst inspireerituna pööras Köhler tähelepanu teisele looduses esinevale püsivale süsiniku isotoobile: süsinik-13. Ehkki süsinik-13 moodustab Maa atmosfäärist veidi üle ühe protsendi, võtavad taimed fotosünteesi ajal selle suuremad, raskemad aatomid palju madalamal kiirusel kui süsinik-12. Seega on süsinik-13 väga madala sisaldusega taimedes ja neid söövates loomades toodetavates fossiilkütustes. Teisisõnu, nende fossiilsete kütuste põletamine hävitab ka süsinik-13 atmosfääri taseme.
Mõõtes, kas need süsinik-13 tasemed on objektiivis, mille kuupäev on radioaktiivne, dateeritud, saavad tulevased teadlased teada, kas objekti süsinik-14 taset on fossiilkütuste heitkoguste põhjal viltu pööratud. Objektis oodatust madalam süsinik-13 tase oleks punane lipp, mille radioaktiivse süsiniku kuupäeva ei saanud usaldada. Seejärel võiksid teadlased kuupäeva eirata ja proovida muid meetodeid objekti tutvumiseks.
"Te näete selgelt, et kui teil on mõju Carbon-14-le, mis annaks teile üsna problemaatilise vanuse allkirja, siis on teil see allkiri ka Carbon-13-s, " ütles Köhler. "Seetõttu saate süsinik-13 abil eristada, kas radiosüsinik on mõjutatud ja seega vale või kui see pole nii."
Köhler möönab, et tema tehnika ei töötaks materjalide jaoks, mis on saadud sügavatest ookeanipiirkondadest, kus süsinikuvahetus on ülejäänud atmosfääriga aeglane, kuid ta usub, et see aitab tulevastel arheoloogidel sortida läbi meie saastava ajastu jäänuste.
Queeni ülikooli paleoklimatoloog Paula Reimer osutab, et süsiniku-13 mõõtmine pole sageli vajalik, kuna arheoloogid saavad tavaliselt kasutada settekihti, milles ese leiti, et selle vanust uuesti kontrollida. Kuid objektide jaoks, mis asuvad piirkondades, kus Maa kihid pole selged või mida ei saa õigesti dateerida, võiks see tehnika olla lisakontroll. Köhleri töö "annab teatud kinnituse, et [radiosüsiniku tutvumine] on tulevikus üksikproovide jaoks kasulik, " sõnab Reimer.
Toimetaja märkus: seda artiklit värskendati, et lisada Peter Köhleri seotus.
