https://frosthead.com

Zahvaljujući fosilnim gorivima, Carbon Dating je u opasnosti. Jedan znanstvenik može jednostavno popraviti

Prije sedamdeset godina američki kemičar Willard Libby osmislio je genijalnu metodu za datiranje organskih materijala. Njegova tehnika, poznata kao datiranje ugljikom, revolucionirala je polje arheologije.

Povezani sadržaj

  • Klimatske promjene Might Break Carbon Dating

Sada bi istraživači mogli točno izračunati starost bilo kojeg predmeta izrađenog od organskih materijala promatrajući koliko određenog oblika ugljika je ostalo, a zatim izračunali unatrag kako bi utvrdili kada je biljka ili životinja od koje je materijal umro. Ova tehnika, koja je Libbyja osvojila Nobelovu nagradu 1960. godine, omogućila je istraživačima da date tetovaže na drevnim mumijama, utvrde da je u britanskoj knjižnici jedan od najstarijih Kur'ana na svijetu, te da otkriju da većina bjelokosti slonovače potječe od slonova ubijenih u posljednja tri godine.

Danas količina ugljičnog dioksida koji ljudi upadaju u Zemljinu atmosferu prijeti iskrivljavanjem točnosti ove tehnike za buduće arheologe koji promatraju naše vlastito vrijeme. To je zbog toga što fosilna goriva danas mogu prebaciti radiokarbonsko doba novih organskih materijala, čineći ih teškim za razlikovanje od drevnih. Srećom, istraživanje objavljeno jučer u časopisu Environmental Research Letters nudi način za spas Libbyjevog rada i oživljavanje ove ključne tehnike upoznavanja: jednostavno pogledajte još jedan izotop ugljika.

Izotop je oblik elementa s određenim brojem neutrona, koji su subatomske čestice koje se nalaze u jezgri atoma i nemaju naboj. Dok broj protona i elektrona u nekom atomu određuje o kojem se elementu radi, broj neutrona može se jako razlikovati između različitih atoma istog elementa. Skoro 99 posto svih ugljika na Zemlji je ugljik-12, što znači da svaki atom ima 12 neutrona u svom jezgru. Košulja koju nosite, ugljični dioksid koji udišete i životinje i biljke jedu uglavnom od ugljika-12.

Ugljik-12 stabilan je izotop, što znači da njegova količina u bilo kojem materijalu ostaje ista iz godine u godinu, iz stoljeća u stoljeće. U Libbyjevoj je revolucionarnoj tehnici datiranja radiokarbona razgledao mnogo rjeđi izotop ugljika: Carbon-14. Za razliku od ugljika-12, ovaj izotop ugljika je nestabilan, a njegovi se atomi raspadaju u izotop dušika tijekom tisuća godina. No, ugljik-14 proizvodi se stalnom brzinom u Zemljinoj gornjoj atmosferi, dok Sunčeve zrake udaraju u dušikove atome.

Radiokarbonski datiranje iskorištava ovaj kontrast između stabilnog i nestabilnog izotopa ugljika. Tijekom svog životnog vijeka biljka neprestano uzima ugljik iz atmosfere fotosintezom. Životinje, pak, konzumiraju taj ugljik kad jedu biljke, a ugljik se širi kroz ciklus hrane. Taj ugljik sadrži stalni omjer ugljika-12 i ugljika-14.

Kad ove biljke i životinje umiru, prestaju uzimati ugljik. Od tog trenutka nadalje, količina ugljika-14 u materijalima koji su preostali od biljke ili životinje s vremenom će se smanjivati, dok će količina ugljika-12 ostati nepromijenjena. Da bi radiokarbonskim datumom dao organski materijal, znanstvenik može izmjeriti omjer preostalog ugljika-14 i nepromijenjenog ugljika-12 da bi vidio koliko je vremena prošlo od smrti izvora materijala. Napredna tehnologija omogućila je da datiranje radiokarbona postane precizno u samo nekoliko desetljeća u mnogim slučajevima.

Karbonsko datiranje je sjajan način da arheolozi iskoriste prirodne načine na koje atomi propadaju. Nažalost, ljudi su na rubu da se ispreplete stvari.

Sporan, stalan proces stvaranja ugljika-14 u gornjoj atmosferi u posljednjih je nekoliko godina bio prigušen ljudima koji su u zrak izbacivali ugljik iz fosilnih goriva. Budući da su fosilna goriva stara milijune godina, više ne sadrže mjerljivu količinu ugljika-14. Dakle, kako se milijuni tona ugljika-12 guraju u atmosferu, stalan omjer ova dva izotopa se narušava. U studiji objavljenoj prošle godine, londonska fizičarka Imperial College Heather Graven istaknula je kako će ove dodatne emisije ugljika narušiti datiranje radiokarbona.

Do 2050. godine čini se da će novi uzorci organskog materijala imati isti datum s ugljikovodikom kao uzorci prije 1.000 godina, kaže Peter Köhler, vodeći autor nove studije i fizičar Instituta za polarna i morska istraživanja Alfred Wegener. Kontinuirana emisija ugljičnog dioksida izgaranjem fosilnih goriva još će više nakriviti omjere. "Za nekoliko desetljeća nećemo moći razlučiti može li bilo koja radiokarbonska dob ili ugljik biti iz prošlosti ili budućnosti", kaže Köhler.

Inspiriran Gravenovim istraživanjem, Köhler je skrenuo pozornost na drugi prirodni stabilni izotop ugljika: Carbon-13. Iako ugljik-13 sadrži nešto više od 1 posto Zemljine atmosfere, biljke za vrijeme fotosinteze preuzimaju njegove veće, teže atome mnogo niže od onih iz ugljika-12. Stoga se ugljik-13 nalazi u vrlo niskim razinama u fosilnim gorivima proizvedenim iz biljaka i životinja koje ih jedu. Drugim riječima, sagorijevanje tih fosilnih goriva također utječe na atmosferske razine ugljika-13.

Mjereći da li su te razine ugljika-13 nagnute u objekt koji ima radiokarbonski ugljen, budući znanstvenici bi tada mogli znati jesu li razine ugljika-14 u objektu nagnute emisijama fosilnih goriva. Niža razina ugljika-13 u objektu poslužila bi kao crvena zastava kojoj se ne može vjerovati datumu njegove ugljikovodike. Tada bi istraživači mogli zanemariti datum i isprobati druge metode datiranja objekta.

"Jasno vidite da ako imate utjecaja na Carbon-14 koji bi vam dao prilično problematičan dobni potpis, imate i ovaj potpis u Carbon-13", rekao je Köhler. "Stoga, pomoću Carbon-13 možete razlikovati je li radiokarbon ugljen i zbog toga pogrešan ili nije."

Köhler priznaje da njegova tehnika ne bi odgovarala materijalima koji su dohvaćeni iz dubokih oceanskih područja u kojima se ugljik sporo izmjenjuje s ostatkom atmosfere, ali vjeruje da će to pomoći budućim arheolozima da razvrstavaju ostatke našeg zagađujućeg doba.

Paleoklimatologinja Queen's University Paula Reimer ističe da mjerenje ugljika-13 često neće biti potrebno, jer arheolozi obično mogu upotrebljavati sedimentni sloj u kojem je pronađen predmet kako bi dvostruko provjerili njegovu starost. No za predmete koji se nalaze na područjima gdje zemni slojevi nisu jasni ili ih nije moguće pravilno datirati, ova bi tehnika mogla poslužiti kao dodatna provjera. Köhlerovo djelo "pruža izvjesnu sigurnost da će [radiokarbonsko datiranje] u budućnosti ostati korisno za pojedinačne uzorke", kaže Reimer.

Napomena urednika: Ovaj je članak ažuriran kako bi uključivao pripadnost Petera Köhlera.

Zahvaljujući fosilnim gorivima, Carbon Dating je u opasnosti. Jedan znanstvenik može jednostavno popraviti