Преди седемдесет години американският химик Уилард Либи измисли гениален метод за запознанство с органични материали. Техниката му, известна като въглеродни датировки, революционизира областта на археологията.
Свързано съдържание
- Климатични промени Might Break Carbon Dating
Сега изследователите могат точно да изчислят възрастта на всеки предмет, направен от органични материали, като наблюдават колко от определена форма на въглерод е останало, и след това да изчисляват назад, за да определят кога растението или животното, от което произлиза материалът, са умрели. Тази техника, която спечели Нобеловата награда на Либи през 1960 г., позволи на изследователите да датират татуировки върху древни мумии, да установят, че британска библиотека притежава един от най-старите курани в света, и да разберат, че най-много жертва на слонова кост идва от слонове, убити в последните три години.
Днес количеството човешки въглероден диоксид, което се изпомпва в атмосферата на Земята, заплашва да изкриви точността на тази техника за бъдещите археолози, разглеждащи нашето собствено време. Това е така, защото изкопаемите горива могат да изместят радиовъглеродната епоха на нови органични материали днес, което ги прави трудни за разграничаване от древните. За щастие, изследванията, публикувани вчера в списанието Environmental Research Letters, предлага начин да спестите работата на Либи и да съживите тази важна технология за запознанства: просто погледнете друг изотоп на въглерода.
Изотопът е форма на елемент с определен брой неутрони, които са субатомните частици, намиращи се в ядрото на атом, които нямат заряд. Докато броят на протоните и електроните в даден атом определя какъв елемент е, броят на неутроните може да варира в широки граници между различни атоми на един и същ елемент. Почти 99 процента от целия въглерод на Земята е въглерод-12, което означава, че всеки атом има 12 неутрона в ядрото си. Ризата, която носите, въглеродният диоксид, който вдишвате, и животните и растенията, които ядете, са формирани предимно от въглерод-12.
Въглерод-12 е стабилен изотоп, което означава, че количеството му във всеки материал остава една и съща година след година, век след век. Новаторската техника на датиране на радиовъглеродни срещи на Либи разглеждаше много по-рядък изотоп на въглерод: Carbon-14. За разлика от въглерод-12, този изотоп на въглерода е нестабилен и атомите му се разпадат в изотоп на азот за период от хиляди години. Новият въглерод-14 се произвежда с постоянна скорост в земната горна атмосфера, тъй като слънчевите лъчи удрят азотни атоми.
Радиовъглеродните датировки използват този контраст между стабилен и нестабилен въглероден изотоп. По време на живота си едно растение непрекъснато приема въглерод от атмосферата чрез фотосинтеза. Животните от своя страна консумират този въглерод, когато ядат растения, а въглеродът се разпространява през хранителния цикъл. Този въглерод съдържа постоянно съотношение на въглерод-12 и въглерод-14.
Когато тези растения и животни умират, те престават да приемат въглерод. От този момент нататък количеството въглерод-14 в материали, останали от растението или животното, ще намалее с течение на времето, докато количеството въглерод-12 ще остане непроменено. За да датира въглеводород на органичен материал, ученият може да измери съотношението на остатъчния въглерод-14 към непроменения въглерод-12, за да види колко време е минало, откакто източникът на материала е починал. Напредващата технология позволи на радиовъглеродните датировки да станат точни само за няколко десетилетия в много случаи.
Въглеродните датировки са блестящ начин археолозите да се възползват от естествените начини, по които атомите се разлагат. За съжаление хората са на ръба да объркат нещата.
Бавният и постоянен процес на създаване на въглерод-14 в горната атмосфера е бил замърсен през последните векове от хората, изхвърлящи въглерод от изкопаеми горива във въздуха. Тъй като изкопаемите горива са на милиони години, те вече не съдържат никакво измеримо количество въглерод-14. По този начин, тъй като милиони тонове въглерод-12 се изтласкват в атмосферата, постоянното съотношение на тези два изотопа се нарушава. В проучване, публикувано миналата година, физиката на Imperial College London London Heather Graven посочи как тези допълнителни въглеродни емисии ще изкривят радиовъглеродните датировки.
До 2050 г. новите проби от органичен материал ще изглеждат с една и съща дата на радиовъглерод като пробите от преди 1000 години, казва Питър Кьолер, водещ автор на новото проучване и физик в Института за полярни и морски изследвания на Алфред Вегенер. Продължаващите емисии на въглероден диоксид от изгаряне на изкопаеми горива ще изкривят коефициентите още повече. "След няколко десетилетия няма да можем да различим дали някоя радиовъглеродна възраст, която излезем или въглеродът, може да е от миналото или от бъдещето", казва Кьолер.
Вдъхновен от изследванията на Graven, Кьолер насочи вниманието си към другия естествено срещащ се стабилен изотоп на въглерод: Carbon-13. Въпреки че въглерод-13 съдържа малко над 1 процент от земната атмосфера, растенията поемат по-големите, по-тежки атоми с много по-ниска скорост от въглерода-12 по време на фотосинтезата. По този начин въглерод-13 се намира в много ниски нива във изкопаемите горива, произведени от растения и животните, които ги изяждат. С други думи, изгарянето на тези изкопаеми горива джудже атмосферните нива на въглерод-13.
Чрез измерване дали тези нива на въглерод-13 са изкривени в обект с дата на радиовъглерод, бъдещите учени ще могат да разберат дали нивата на въглерод-14 в обекта са изкривени от емисиите на изкопаеми горива. По-ниско от очакваното ниво на въглерод-13 в даден обект би послужило като червен флаг, на който датата му на радиовъглерод не може да се вярва. След това изследователите могат да пренебрегнат датата и да изпробват други методи за запознанство с обекта.
"Ясно виждате, че ако имате ефект върху въглерода-14, което би ви даде доста проблематичен подпис за възрастта, вие също имате този подпис в Carbon-13", каза Кьолер. „Следователно можете да използвате Carbon-13, за да различите дали радиовъглеродът е засегнат и следователно грешен или не.“
Кьолер признава, че неговата техника не би работила за материали, извлечени от дълбоки океански райони, където въглеродът се бавно обменя с останалата част от атмосферата, но вярва, че това ще помогне на бъдещите археолози да подредят останките от нашата замърсяваща епоха.
Палеоклиматологът на Университета на Queen Paula Reimer посочва, че измерването на въглерод-13 често няма да е необходимо, тъй като археолозите обикновено могат да използват утаечния слой, в който е намерен предмет, за да проверят двойно възрастта му. Но за обекти, открити в области, където земните слоеве не са ясни или не могат да бъдат правилно датирани, тази техника може да служи като допълнителна проверка. Работата на Кьолер "дава известна увереност, че [радиовъглеродни датировки] ще останат полезни за единични проби в бъдеще", казва Реймер.
Забележка на редактора: Тази статия е актуализирана, за да включва принадлежността на Петер Кьолер.
