До 1949 г., когато археолозите изкопават праисторически кости, каменни точки, останки от дървени въглища или други артефакти от ранната човешка история, те нямаха как да знаят точно на колко години са тези предмети. Химикът Уилард Либи промени това, създавайки гениален метод за датиране на древни предмети, базиран на видовете въглеродни атоми, съдържащи се в тях.
Либи и неговите колеги основават идеята си на факта, че живите същества включват малки количества от определен изотоп въглерод (С-14) от атмосферата в своята структура; когато умрат, те спират да добавят нов С-14, а количеството, оставено вътре, бавно се разгражда в различен елемент, азот-14. Като разберат, че полуживотът на С-14 (времето, необходимо за половината от определено количество С-14, за да се разпадне в N-14) е 5 730 години, те биха могли химически да анализират съотношението на С-14 до N-14 вътре в парче дърво или кост и определете колко време е било мъртво.
Тази техника има революция в археологията, антропологията и други области, което ни позволява да определим абсолютната възраст на обектите до около 60 000 години. Въпреки това, точността на тази техника е ограничена от факта, че количеството на С-14 в атмосферата се променя с течение на времето - и никога не е имало голям запис колко точно се е колебал през годините.
Имайки това предвид, екип от учени от Оксфордския университет и на други места беше особено развълнуван, когато изкопаха фосилизирани листа и сърцевини от седиментни слоеве под японското езеро Суигецу. Тези проби може да не изглеждат много, но поради уникалното наслояване и девственото състояние на утайката, находката представлява безпрецедентен цялостен запис на атмосферния C-14 от преди около 11 200 до 52 800 години. Пробите от утайката от това едно място на земната повърхност, с други думи, ще направят способността ни да даваме датиращи древни артефакти, открити навсякъде по планетата, значително по-прецизни.
„Новите резултати предлагат важно усъвършенстване на записа на атмосферния радиовъглерод и поставят времевия диапазон на въглеводородите на по-здрава основа“, казва Джеси Смит, редактор на Science, където откритията са публикувани в доклади днес.
Микроскопично изображение на седиментните слоеве на езерото Суйгецу. (Изображение чрез Gordon Schlolaut) Специфичен набор от процеси и условия, които се случват в езерото, помагат да се обясни защо седиментите и пробите от листа са толкова ценни. Всяка зима малки водорасли със светъл цвят, наречени диатоми, умират и покриват езерото; всяко лято те от своя страна са покрити от по-тъмен слой на утайката. Тъй като езерото е изключително неподвижно, с ниско съдържание на кислород и не е нарушено от ледници или геоложка активност по всяко време през последните 52 800 години, тези микроскопични слоеве съдържат пълен годишен запис, запазен в ядрените ядра.
Освен това, тъй като листата и други органични материали са били хванати между слоевете, учените са успели да използват количеството С-14 във всяко листо, за да създадат пълна картина на атмосферния С-14 във времето. Преди това атмосферните записи на С-14 идват от морски проби (които се различават от тези на сушата) или дървесни пръстени (които датират само преди малко повече от 12 000 години), така че тези ядра значително ще подобрят точността на радиовъглеродните датировки за по-стари обекти. Изследователите „закотвиха“ новия запис на С-14 към предишни данни, като съпоставиха нивата, намерени в по-новите слоеве на ядрата, с тези, които вече са известни от дървесните пръстени.
„Въпреки че този запис няма да доведе до големи ревизии на дати, например в археологията, ще има промени в детайлите, които са от порядъка на стотици години“, казва археологът от Университета на Оксфорд Бронк Рамзи, водещ автор на документа. „Подобни промени могат да бъдат много съществени, когато се опитвате да погледнете на човешките реакции на климата, често датирани от други методи, например чрез ледените ядра на Гренландия. По-прецизната калибрирана времева скала ще ни позволи да отговорим на въпроси от археологията, които по-рано не сме имали резолюцията да решим. "
Изследователите подозират, че условията в езерото Суйгецу могат да дадат такъв решаващ запис на С-14 още през 1993 г., но досега те са срещали технически затруднения при извличането и анализа на непокътнати ядра. „Това е реализация на 20-годишна японска мечта“, каза съавторът Такеши Накаява от университета в Нюкасъл на Тайн в Англия. Въпреки че е отнело известно време за успешно възстановяване на пробите, те сега ще помогнат на изследователите да разберат възрастите на много по-стари екземпляри и артефакти.
