Cum funcționează metoda de datare a radiocarbonului și este de încredere?

Datarea cu radiocarbon este una dintre cele mai cunoscute tehnici de datare arheologică la dispoziția oamenilor de știință și a multor oameni din publicul larg au auzit despre asta. Există însă multe concepții greșite despre modul în care funcționează radiocarbonul și cât de fiabilă este o tehnică.

Datarea cu radiocarburi a fost inventată în anii ’50 de chimistul american Willard F. Libby și câțiva dintre studenții săi de la Universitatea din Chicago: în 1960, a câștigat un premiu Nobel pentru chimie pentru invenție. A fost prima metodă științifică absolută inventată vreodată: adică, tehnica a fost prima care a permis unui cercetător să stabilească cât timp în urmă a murit un obiect organic, indiferent dacă este în context sau nu. Timid de o ștampilă de date pe un obiect, este încă cea mai bună și cea mai precisă tehnică de întâlnire concepută.

Toate lucrurile vii schimbă gazul Carbon 14 (C14) cu atmosfera din jurul lor - animalele și plantele schimbă carbonul 14 cu atmosfera, peștii și coralii schimbă carbon cu C14 dizolvat în apă. De-a lungul vieții unui animal sau plantă, cantitatea de C14 este perfect echilibrată cu cea a împrejurimilor sale. Când un organism moare, acel echilibru este rupt. C14 într-un organism mort se încetinește încet într-un ritm cunoscut: „timpul său de înjumătățire”.

Timpul de înjumătățire al unui an izotop ca și C14 este timpul necesar pentru ca jumătate din acesta să se descompună: în C14, la fiecare 5.730 de ani, jumătate din acesta a dispărut. Deci, dacă măsurați cantitatea de C14 într-un organism mort, vă puteți da seama cu cât timp în urmă a încetat schimbul de carbon cu atmosfera sa. Având în vedere circumstanțe relativ verzi, un laborator de radiocarburi poate măsura cu exactitate cantitatea de radiocarbon într-un organism mort până acum 50.000 de ani; după aceea, nu a mai rămas suficient C14 pe măsură.

Există însă o problemă. Carbonul din atmosferă fluctuează cu puterea de câmpul magnetic al pământului și activitatea solară. Trebuie să știți cum a fost nivelul de carbon atmosferic („rezervorul” de radiocarbon) la vremea respectivă a morții unui organism, pentru a putea calcula cât timp a trecut de la organism decedat. Ceea ce aveți nevoie este un conducător, o hartă fiabilă a rezervorului: cu alte cuvinte, un set organic de obiecte pe care le aveți poate fixa în siguranță o dată, poate măsura conținutul său C14 și, astfel, poate stabili rezervorul de bază într-un an dat.

Din fericire, avem un obiect organic care urmărește carbonul în atmosferă anual: inele de copac. Copacii mențin echilibrul de carbon 14 în inelele lor de creștere - iar copacii produc un inel pentru fiecare an în care sunt în viață. Deși nu avem copaci vechi de 50.000 de ani, avem seturi de inele de copac suprapuse încă de la 12.594 de ani. Deci, cu alte cuvinte, avem o modalitate destul de solidă de a calibra datele de radiocarburi brute pentru ultimii 12.594 de ani din trecutul planetei noastre.

Dar înainte de aceasta, sunt disponibile doar date fragmentare, ceea ce face foarte dificil să datezi definitiv ceva mai vechi de 13.000 de ani. Sunt posibile estimări fiabile, dar cu factori mari +/-.

După cum vă puteți imagina, oamenii de știință au încercat să descopere alte obiecte organice care pot fi datate în siguranță constant de la descoperirea lui Libby. Alte seturi de date organice examinate au inclus varve (straturi din roca sedimentară care au fost stabilite anual și conțin materiale organice, corali oceanici adânci, speleoteme (depozite rupestre) și tephras vulcanice; dar există probleme cu fiecare dintre aceste metode. Depozitele de peșteri și varve au potențialul de a include carbonul vechi al solului și există probleme încă nerezolvate cu cantități fluctuante de C14 în coralii oceanici.

Începând cu anii 90, o coaliție de cercetători condusă de Paula J. Reimer al Centrul pentru climă, mediu și cronologie CHRONO, la Queen's University Belfast, au început să construiască un set de date extinse și instrument de calibrare pe care l-au numit mai întâi CALIB. De atunci, CALIB, acum redenumit IntCal, a fost perfecționat de mai multe ori. IntCal combină și consolidează datele de la inelele copacilor, miezurile de gheață, tephra, coralii și speleotemele până la veniți cu un set de calibrare îmbunătățit semnificativ pentru datele c14 cuprinse între 12.000 și 50.000 de ani în urmă. Ultimele curbe au fost ratificate la 21a Conferință Internațională de Radiocarburi în iulie 2012.

În ultimii ani, o nouă sursă potențială pentru perfecționarea ulterioară a curbelor de radiocarbon este Lacul Suigetsu din Japonia. Sedimentele formate anual din Lacul Suigetsu dețin informații detaliate despre schimbările de mediu din ultimii 50.000 ani, despre care specialistul în radiocarburi PJ Reimer consideră că va fi la fel de bun și, poate, mai bun decât nucleele probelor din Foaia de gheață din Groenlanda.

Cercetătorii Bronk-Ramsay și colab. raport 808 date AMS bazate pe varve de sedimente măsurate de trei laboratoare diferite de radiocarbon. Datele și modificările corespunzătoare de mediu promit că vor face corelații directe între alte înregistrări cheie ale climatului permițând cercetătorilor, precum Reimer, să calibreze în mod fin datele de radiocarbon între 12.500 până la limita practică a datării c14 a 52,800.

Reimer și colegii săi subliniază că IntCal13 este doar cea mai recentă din seturile de calibrare, fiind de așteptat perfecționări suplimentare. De exemplu, în calibrarea IntCal09, ei au descoperit dovezi că în timpul Youngas Dryas (12,550-12,900 cal BP), a existat un oprirea sau cel puțin o reducere abruptă a formării apelor de adâncime din Atlanticul de Nord, care a fost cu siguranță o reflectare a schimbărilor climatice; au fost nevoiți să arunce date pentru acea perioadă din Atlanticul de Nord și să folosească un set de date diferit. Acest lucru ar trebui să obțină rezultate interesante care să meargă înainte.

• _{Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF și colab. 2012. O înregistrare completă a radiocarbonului terestru pentru 11,2 până la 52,8 kyr B.P. Știința 338: 370-374.}
• _{Reimer PJ. 2012. Știința atmosferică. Rafinarea scării de timp a radiocarbonului. Ştiinţă 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 ș.a. 2013. Curbele de calibrare a vârstei IntCal13 și Marine13 Radiocarbon 0–50.000 Ani cal 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 și colab. 2009. Curbele de calibrare a vârstei radiocarbonului IntCal09 și Marine09, 0-50,000 ani cal BP.radiocarbon 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M, și Reimer PJ. 1993. Baza de date extinsă C14 și programul de calibrare a vârstei Calib 3.0 c14 revizuit. radiocarbon 35(1):215-230.}