Jak funguje metoda radiokarbonového datování a je spolehlivá?

Radiokarbonové datování je jedním z nejznámějších archeologické seznamovací techniky dostupné vědcům a mnoho lidí v široké veřejnosti o tom alespoň slyšelo. Existuje však mnoho mylných představ o tom, jak radiokarbonový uhlík funguje a jak spolehlivá je technika.

Radiokarbonové datování vynalezl v 50. letech americký chemik Willard F. Libby a několik jeho studentů z University of Chicago: v roce 1960 získal za vynález Nobelovu cenu za chemii. Jednalo se o první absolutní vědeckou metodu, která kdy byla vynalezena: technika byla první, která vědci umožnila určit, jak dávno organický předmět zemřel, ať už je v kontext nebo ne. Plachý datum razítko na objektu, to je ještě nejlepší a nejpřesnější datování techniky vymyslet.

Všechny živé věci vyměňují plyn Uhlík 14 (C14) s atmosférou kolem nich - zvířata a rostliny si vyměňují uhlík 14 s atmosférou, ryby a korály si vyměňují uhlík s rozpuštěným C14 ve vodě. V průběhu života zvířete nebo rostliny je množství C14 dokonale vyváženo s množstvím jeho okolí. Když organismus zemře, je tato rovnováha narušena. C14 v mrtvém organismu se pomalu rozkládá známou rychlostí: jeho „poločas“.

Poločas rozpadu izotop jako C14 je doba, po které se musí polovina rozpadnout: v C14 každých 5 730 let je polovina pryč. Pokud tedy změříte množství C14 v mrtvém organismu, můžete zjistit, jak dávno přestal vyměňovat uhlík za atmosféru. Za relativně nedotčených okolností může radiokarbonová laboratoř přesně měřit množství radiokarbonu v mrtvém organismu již před 50 000 lety; poté už není dost C14 k měření.

Existuje však problém. Uhlík v atmosféře kolísá se silou magnetické pole Země a sluneční aktivita. Musíte vědět, jaká byla atmosférická hladina uhlíku (radiokarbonová „nádrž“) v té době smrti organismu, aby bylo možné vypočítat, kolik času uplynulo od organismu zemřel. To, co potřebujete, je pravítko, spolehlivá mapa k nádrži: jinými slovy, organická sada objektů, které vy může bezpečně připojit datum, změřit jeho obsah C14 a vytvořit tak základní nádrž v daném roce.

Naštěstí máme organický objekt, který ročně sleduje uhlík v atmosféře: prsteny stromů. Stromy udržují rovnováhu uhlíku 14 ve svých růstových prstencích - a stromy produkují kruh za každý rok, kdy žijí. Ačkoli nemáme žádné 50 000 let staré stromy, máme překrývající se sady prstenů zpět na 12 594 let. Jinými slovy, máme docela solidní způsob, jak zkalibrovat data surového radiokarbonu za posledních 12 594 let minulosti naší planety.

Ale dříve jsou k dispozici pouze fragmentární údaje, což velmi ztěžuje definitivní datování dat starších než 13 000 let. Jsou možné spolehlivé odhady, ale s velkými +/- faktory.

Jak si můžete představit, vědci se pokouší objevit další organické objekty, které lze bezpečně datovat od objevu Libbyho. Mezi další zkoumané soubory organických údajů patří variace (vrstvy sedimentární horniny, které byly stanoveny ročně a obsahují organické materiály, hlubinné oceány, krápníky (jeskynní ložiska) a vulkanické tephry; ale existují problémy s každou z těchto metod. Vklady a variace jeskyní mají potenciál zahrnovat starý uhlík v půdě a dosud existují nevyřešené problémy s kolísajícím množstvím C14 v oceánské korály.

Začátek v 90. letech, koalice vědců vedená Paula J. Reimer z CHRONO Centrum pro klima, životní prostředí a chronologii, na Queen's University Belfast, začal budovat rozsáhlý dataset a kalibrační nástroj, který poprvé nazvali CALIB. Od té doby byl CALIB, nyní přejmenovaný na IntCal, několikrát vylepšen. IntCal kombinuje a posiluje data ze stromových prstenců, ledových jader, tephra, korálů a speleotémů na přijít s výrazně vylepšenou kalibrační sadou pro c14 data mezi 12 000 a 50 000 lety před. Nejnovější křivky byly ratifikovány na 21. mezinárodní radiokarbonová konference v červenci 2012.

V posledních několika letech je novým potenciálním zdrojem pro další rafinaci radiokarbonových křivek Lake Suigetsu v Japonsku. Každoročně vytvořené sedimenty jezera Suigetsu obsahují podrobné informace o změnách životního prostředí za posledních 50 000 let, o které se specialista na radioaktivní uhlík PJ Reimer domnívá, že bude stejně dobrý a snad lepší než vzorky jader Grónská ledová pokrývka.

Vědci Bronk-Ramsay et al. report 808 AMS data na základě variant sedimentů měřených třemi různými radiokarbonovými laboratořemi. Data a odpovídající změny životního prostředí slibují přímou korelaci mezi dalšími klíčovými záznamy o klimatu, umožňující vědcům, jako je Reimer, přesně kalibrovat data z uhlovodíků mezi 12 500 až do praktického limitu datování c14 52,800.

Reimer a jeho kolegové poukazují na to, že IntCal13 je jen poslední v kalibračních sadách a lze očekávat další upřesnění. Například při kalibraci IntCal09 objevili důkazy, že během Younger Dryas (12 550–12 900 cal BP) došlo k zastavení nebo přinejmenším prudké snížení tvorby hlubokých vod v severním Atlantiku, což bylo určitě odrazem změny klimatu; museli za toto období vyhodit data ze severního Atlantiku a použít jiný datový soubor. To by mělo přinést zajímavé výsledky do budoucna.

• _{Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. Kompletní pozemní radiokarbonový záznam pro 11,2 až 52,8 kyr B.P. Science 338: 370-374.}
• _{Reimer PJ. 2012. Atmosférická věda. Rafinace radiokarbonové časové stupnice. Věda 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. IntCal13 a Marine13 Radiokarbonové věkové kalibrační křivky 0–50 000 let kal BP. Radiocarbon 55(4):1869–1887.}
• _{Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R a kol. 2009. IntCal09 a Marine09 radiokarbonové věkové kalibrační křivky, 0-50 000 let kal.Radiocarbon 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M a Reimer PJ. 1993. Rozšířená databáze C14 a revidovaný kalibrační program Calib 3.0 c14. Radiocarbon 35(1):215-230.}