כיצד פועלת שיטת ההיכרויות הרדיואקטיביות והאם היא אמינה?

היכרויות רדיו-פחמן הוא אחד הידועים ביותר טכניקות היכרויות ארכיאולוגיות העומד לרשות המדענים, והאנשים הרבים בציבור הרחב לפחות שמעו על כך. אבל יש הרבה תפיסות שגויות לגבי אופן הפעולה של פחמימנים וכמה טכניקה אמינה.

תיארוך רדיו-פחמן הומצא בשנות החמישים על ידי הכימאי האמריקני ווילארד פ. ליבי וכמה מתלמידיו באוניברסיטת שיקגו: בשנת 1960 זכה בפרס נובל לכימיה על ההמצאה. זו הייתה השיטה המדעית המוחלטת הראשונה שהומצאה אי פעם: כלומר, הטכניקה הייתה הראשונה שאפשרה לחוקר לקבוע כמה זמן מת אובייקט אורגני, האם הוא נמצא הקשר או שלא. ביישנית של חותמת תאריך על חפץ, היא עדיין הטכניקה הטובה והמדויקת ביותר של טכניקות היכרויות.

כל היצורים החיים מחליפים את הגז פחמן 14 (C14) עם האווירה סביבם - בעלי חיים וצמחים מחליפים פחמן 14 עם האטמוספרה, דגים ואלמוגים מחליפים פחמן עם C14 מומס במים. לאורך חיי חיה או צמח, כמות ה- C14 מאוזנת באופן מושלם לזו של סביבתו. כאשר אורגניזם מת, איזון זה נשבר. ה- C14 באורגניזם מת מתאט לאט בקצב ידוע: "מחצית החיים" שלו.

מחצית החיים של א איזוטופ כמו ש- C14 זה הזמן שלוקח לחצי ממנו להתפורר: ב- C14, כל 5,730 שנה, מחציתו נעלמה. לכן, אם מודדים את כמות C14 באורגניזם מת, תוכלו להבין כמה זמן הוא הפסיק להחליף פחמן באטמוספרה שלו. בהתחשב בנסיבות בתוליות יחסית, מעבדת פחמימנים יכולה למדוד את כמות הפחמן הפחמיני במדויק באורגניזם מת כל עוד לפני 50,000 שנה; אחרי זה, לא נותר מספיק C14 למדידה.

עם זאת יש בעיה. פחמן באטמוספרה משתנה בעוצמתו של השדה המגנטי של כדור הארץ ופעילות סולארית. צריך לדעת איך הייתה רמת הפחמן האטמוספירה ('מאגר הרדיו-פחמן') באותה תקופה על מותו של אורגניזם, כדי להיות מסוגל לחשב כמה זמן עבר מאז האורגניזם נפטר. מה שאתה צריך זה סרגל, מפה אמינה למאגר: במילים אחרות, קבוצה אורגנית של חפצים שאתה יכול להצמיד תאריך באופן מאובטח, למדוד את תוכנו C14 ובכך להקים את מאגר קו הבסיס בשנה נתונה.

למרבה המזל יש לנו חפץ אורגני העוקב אחר פחמן באטמוספירה על בסיס שנתי: טבעות עץ. עצים שומרים על שיווי משקל פחמן 14 בטבעות הגידול שלהם - ועצים מייצרים טבעת לכל שנה שהם חיים. למרות שאין לנו עצים בני 50,000 שנה, יש לנו טבעות עצים חופפים ל 12,594 שנה. אז במילים אחרות, יש לנו דרך די מוצקה לכייל תאריכים פחמימניים גולמיים במשך 12,594 השנים האחרונות של עולמנו.

אך לפני כן, רק נתונים מקוטעים זמינים, מה שמקשה מאוד לתארך באופן סופי כל דבר שהוא מעל 13,000 שנה. אומדנים אמינים אפשריים, אך עם +/- גורמים גדולים.

כפי שאתה יכול לדמיין, מדענים ניסו לגלות חפצים אורגניים אחרים שניתן לתארך באופן בטוח בהתמדה מאז גילוי ליבי. מערכי נתונים אורגניים אחרים שנבדקו כללו varves (שכבות בסלע משקע שהונחו מדי שנה ומכילות חומרים אורגניים, אלמוגים אוקיינוסים עמוקים, speleothems (מרבצי מערות) וטפרות וולקניות; אבל יש בעיות בכל אחת מהשיטות הללו. למרבצי מערות ושונות יש פוטנציאל לכלול פחמן אדמה ישן, וישנם בעיות שטרם נפתרו עם כמויות משתנות של C14 ב- אלמוגים של אוקיינוס.

החל משנות התשעים, קואליציית חוקרים בראשות פאולה ג'. ריימר מרכז CHRONO לאקלים, איכות הסביבה וכרונולוגיה, באוניברסיטת קווין בלפסט, החלו לבנות מערך נתונים וכיול נרחב שכונו לראשונה CALIB. מאז אותה תקופה, CALIB, ששמה כיום שמו ל- IntCal, שופץ מספר פעמים. IntCal משלב ומחזק נתונים מטבעות עץ, ליבות קרח, טפרה, אלמוגים וספליוטמים ל לבוא עם כיול משופר משמעותית לתאריכי C14 בין 12,000 ל 50,000 שנה לפני. העקומות האחרונות אושררו בשעה ועידת הרדיו-פחמן הבינלאומית ה -21 ביולי 2012.

במהלך השנים האחרונות, מקור פוטנציאלי חדש לעידון נוסף של עקומות הרדיו הפחמן הוא אגם סויגטסו ביפן. משקעים שהוקמו בשנה האחרונה של אגם סוויגסו מחזיקים מידע מפורט על שינויים בסביבה במהלך 50,000 השנים האחרונות שנים, אשר מומחה הרדיו-פחמן, PJ Reimer מאמין שיהיה טוב כמו ואולי טוב יותר מדגימות ליבות ה גיליון קרח גרינלנד.

החוקרים ברונק-רמזי ואח '. דווח על 808 מועדי AMS המבוססים על משתני משקעים שנמדדו על ידי שלוש מעבדות רדיואן שונות. התאריכים והשינויים הסביבתיים התואמים מבטיחים ליצור קשרים ישירים בין רשומות אקלים מרכזיות אחרות, מה שמאפשר לחוקרים כמו ריימר לכייל דק תאריכי פחמן פחמימניים בין 12,500 לגבול המעשי של תאריך ה- C14 של 52,800.

ריימר ועמיתיו מציינים כי IntCal13 היא רק האחרונה במערכות הכיול, ויש לצפות לשכלולים נוספים. לדוגמה, בכיול של IntCal09, הם גילו עדויות לכך שבמהלך ה- Young Dryas (12,550-12,900 cal BP), היה כיבוי או לפחות צמצום תלול של היווצרות המים העמוקים בצפון האטלנט, מה שבוודאי היה ביטוי לשינוי האקלים; הם היו צריכים לזרוק נתונים מאותה תקופה מצפון האוקיאנוס האטלנטי ולהשתמש במערך נתונים אחר. זה אמור להניב תוצאות מעניינות בעתיד.

• _{ברונק רמזי C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. רשומת פחמן פחמנית מלאה בשטח 11.2 עד 52.8 קילוגרם B.P. מדע 338: 370-374.}
• _{ריימר פ.ג. 2012. מדע אטמוספרי. זיקוק סולם הזמן הרדיואקטיבי. מדע 338(6105):337-338.}
• _{Reimer PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M et al.. 2013. עקומות כיול של עידן הרדיו פחמן IntCal13 ו- Marine13 0–50,000 שנה קלות BP. רדיו פחמן 55(4):1869–1887.}
• _{ריימר פ, ביילי מ, בארד אי, בייליס א ', בק ג'יי, בלקוול פ.ג., ברונק רמזי סי, באק סי, בור ג', אדוארדס ר ואח '. 2009. עקומות כיול גיל Carcarbon IntCal09 ו- Marine09, 0-50,000 שנה קלות BP.רדיו פחמן 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M, and Reimer PJ. 1993. בסיס נתונים מורחב C14 ותוכנית כיול גיל Calib 3.0 מתוקנת. רדיו פחמן 35(1):215-230.}