Radiokoolstofanalyse heeft ons begrip van de afgelopen 50.000 jaar veranderd. Professor Willard Libby demonstreerde het voor het eerst in 1949, waarvoor hij later de Nobelprijs kreeg.
Datingmethode
De essentie van radiokoolstofanalyse is het vergelijken van drie verschillende isotopen van koolstof. Isotopen van een bepaald element hebben hetzelfde aantal protonen in de kern, maar een ander aantal neutronen. Dit betekent dat ze, ondanks hun grote chemische overeenkomst, verschillende massa's hebben.
De totale massa van een isotoop wordt aangegeven door een numerieke index. Terwijl de lichtere isotopen 12C en 13C stabiel zijn, is de zwaarste isotoop 14C (radiokoolstof) is radioactief. De kern is zo groot dat hij onstabiel is.
Na verloop van tijd verv alt 14C, de basis van radiokoolstofdatering, in stikstof 14N. De meeste koolstof-14 wordt gecreëerd in de bovenste atmosfeer, waar neutronen geproduceerd door kosmische straling reageren met atomen 14N.
Vervolgens oxideert het tot 14CO2, komt in de atmosfeer en vermengt zich met 12 CO2 en 13CO2. Er wordt koolstofdioxide gebruiktplanten tijdens de fotosynthese en van daaruit door de voedselketen. Daarom zal elke plant en elk dier in deze keten (inclusief de mens) een gelijke hoeveelheid 14C hebben in vergelijking met 12C in de atmosfeer (verhouding14S:12S).
Methodebeperkingen
Als levende wezens sterven, wordt weefsel niet meer vervangen en wordt radioactief verval 14C duidelijk. Na 55.000 jaar is 14C zo sterk in verval geraakt dat de overblijfselen niet langer kunnen worden gemeten.
Wat is koolstofdatering? Radioactief verval kan worden gebruikt als een "klok", omdat het onafhankelijk is van fysische (bijv. temperatuur) en chemische (bijv. watergeh alte) omstandigheden. De helft van de 14C in het monster verv alt in 5730 jaar.
Dus als u de verhouding 14C:12C op het moment van overlijden en de verhouding van vandaag kent, kunt u berekenen hoeveel tijd is verstreken. Helaas is het niet zo eenvoudig om ze te identificeren.
Radiokoolstofanalyse: foutenmarge
De hoeveelheid 14C in de atmosfeer, dus in planten en dieren, is niet altijd constant geweest. Het varieert bijvoorbeeld afhankelijk van hoeveel kosmische straling de aarde bereikt. Het hangt af van zonneactiviteit en het magnetische veld van onze planeet.
Gelukkig is het mogelijk om deze fluctuaties te meten in monsters die met andere methoden zijn gedateerd. Je kunt de jaarringen van bomen tellen en de verandering in hun inhoudradiokoolstof. Uit deze gegevens kan een "kalibratiecurve" worden geconstrueerd.
Momenteel wordt er gewerkt aan uitbreiding en verbetering. In 2008 konden alleen radiokoolstofdateringen tot 26.000 jaar worden gekalibreerd. Vandaag is de curve verlengd tot 50.000 jaar.
Wat kan worden gemeten?
Niet alle materialen kunnen met deze methode worden gedateerd. De meeste, zo niet alle, organische verbindingen laten radiokoolstofdatering toe. Sommige anorganische materialen, zoals de aragonietcomponent van schelpen, kunnen ook worden gedateerd, aangezien koolstof-14 werd gebruikt bij de vorming van het mineraal.
Materialen die gedateerd zijn sinds het begin van de methode zijn onder meer houtskool, hout, twijgen, zaden, botten, schelpen, leer, turf, slib, aarde, haar, aardewerk, stuifmeel, muurschilderingen, koraal, bloedresten, stof, papier, perkament, hars en water.
Radiokoolstofanalyse van een metaal is niet mogelijk als het geen koolstof-14 bevat. De uitzondering zijn ijzerproducten, die worden gemaakt met steenkool.
Dubbeltelling
Vanwege deze complicatie worden radiokoolstofdateringen op twee manieren gepresenteerd. Niet-gekalibreerde metingen worden gegeven in jaren vóór 1950 (BP). Gekalibreerde datums worden ook weergegeven als BC. e., en daarna, evenals het gebruik van de calBP-eenheid (gekalibreerd tot op heden, vóór 1950). Dit is een "beste schatting" van de werkelijke leeftijd van het monster, maar het is noodzakelijk om terug te kunnen gaan naar:oude gegevens en kalibreer ze terwijl nieuwe onderzoeken de kalibratiecurve blijven bijwerken.
Kwantiteit en kwaliteit
De tweede moeilijkheid is de extreem lage prevalentie van 14С. Slechts 0.0000000001% van de koolstof in de huidige atmosfeer is 14C, waardoor het ongelooflijk moeilijk te meten is en extreem gevoelig voor vervuiling.
In de beginjaren vereiste de radiokoolstofanalyse van vervalproducten enorme monsters (bijvoorbeeld een half menselijk dijbeen). Veel laboratoria gebruiken nu de Accelerator Mass Spectrometer (AMS), die de aanwezigheid van verschillende isotopen kan detecteren en meten, en ook individuele koolstof-14-atomen kan tellen.
Voor deze methode is minder dan 1 gram bot nodig, maar weinig landen kunnen zich meer dan één of twee AMS veroorloven, wat meer dan $ 500.000 kost. Australië heeft bijvoorbeeld slechts 2 van deze instrumenten die in staat zijn tot radiokoolstofdatering, en ze zijn buiten het bereik van een groot deel van de ontwikkelingslanden.
Reinheid is de sleutel tot nauwkeurigheid
Bovendien moeten de monsters zorgvuldig worden ontdaan van koolstofverontreiniging van de lijm en de grond. Dit is vooral belangrijk voor zeer oude materialen. Als 1% van een element in een 50.000 jaar oud monster afkomstig is van een moderne verontreinigende stof, zal het worden gedateerd als 40.000 jaar oud.
Om deze reden ontwikkelen onderzoekers voortdurend nieuwemethoden voor het efficiënt reinigen van materialen. Ze kunnen een significante impact hebben op het resultaat dat radiokoolstofanalyse geeft. De nauwkeurigheid van de methode is aanzienlijk toegenomen met de ontwikkeling van een nieuwe methode van reinigen met actieve kool ABOx-SC. Dit maakte het bijvoorbeeld mogelijk om de aankomstdatum van de eerste mensen in Australië met meer dan 10.000 jaar uit te stellen.
Radiokoolstofanalyse: kritiek
De in de Bijbel genoemde methode die aantoont dat er meer dan 10 duizend jaar zijn verstreken sinds het begin van de aarde, is herhaaldelijk bekritiseerd door creationisten. Ze beweren bijvoorbeeld dat monsters binnen 50.000 jaar vrij moeten zijn van koolstof-14, maar steenkool, olie en aardgas, waarvan wordt aangenomen dat ze miljoenen jaren oud zijn, bevatten meetbare hoeveelheden van deze isotoop, wat wordt bevestigd door radiokoolstofdatering. De meetfout is in dit geval groter dan de achtergrondstraling, die in het laboratorium niet kan worden geëlimineerd. Dat wil zeggen, een monster dat geen enkel radioactief koolstofatoom bevat, zal een datum van 50 duizend jaar vertonen. Dit feit doet echter niets af aan de datering van de objecten, en geeft nog meer niet aan dat olie, kolen en aardgas jonger zijn dan deze leeftijd.
Creationisten merken ook enkele eigenaardigheden op in radiokoolstofdatering. De datering van zoetwaterweekdieren heeft bijvoorbeeld vastgesteld dat hun leeftijd meer dan 2000 jaar is, wat naar hun mening deze methode in diskrediet brengt. Het is zelfs gebleken dat schelpdieren het grootste deel van hun koolstof halen uit kalksteen en humus, die een zeer laag 14C hebben, aangezien deze mineralen erg oud zijn en geen toegang hebben totlucht koolstof. Radiokoolstofanalyse, waarvan de nauwkeurigheid in dit geval in twijfel kan worden getrokken, is overigens waar. Hout heeft dit probleem bijvoorbeeld niet, omdat planten koolstof rechtstreeks uit de lucht halen, waarin een volle dosis 14C.
zit.
Een ander argument tegen de methode is het feit dat bomen meer dan één ring in één jaar kunnen vormen. Dit is waar, maar vaker komt het voor dat ze helemaal geen jaarringen vormen. De bristlecone pine, waarvan de meeste metingen zijn gebaseerd, heeft 5% minder ringen dan zijn werkelijke leeftijd.
Datum instellen
Radiokoolstofanalyse is niet alleen een methode, maar ook spannende ontdekkingen in ons verleden en heden. Dankzij deze methode konden archeologen de vondsten in chronologische volgorde rangschikken zonder dat er geschreven documenten of munten nodig waren.
In de 19e en het begin van de 20e eeuw brachten ongelooflijk geduldige en zorgvuldige archeologen aardewerk en stenen werktuigen uit verschillende geografische gebieden met elkaar in verband door te zoeken naar overeenkomsten in vorm en patronen. Vervolgens konden ze, gebruikmakend van het idee dat objectstijlen evolueerden en in de loop van de tijd complexer werden, ze op volgorde plaatsen.
Zo werden de grote koepelgraven (bekend als tholos) in Griekenland beschouwd als de voorlopers van soortgelijke bouwwerken op het Schotse eiland Maeshowe. Dit ondersteunde het idee dat de klassieke beschavingen van Griekenland en Rome in het centrum van alle innovatie stonden.
Echter, inAls resultaat van radiokoolstofanalyse bleek dat de Schotse graven duizenden jaren ouder waren dan de Griekse. Noordelijke barbaren waren in staat om complexe structuren te ontwerpen die vergelijkbaar waren met klassieke.
Andere opmerkelijke projecten waren de toewijzing van de Lijkwade van Turijn aan de middeleeuwse periode, de datering van de Dode Zeerollen in de tijd van Christus en de enigszins controversiële periodisering van de tekeningen in de Chauvet-grot op 38.000 calBP (ongeveer 32.000 BP), duizenden jaren eerder dan verwacht.
Radiokoolstofanalyse is ook gebruikt om de timing van het uitsterven van de mammoeten te bepalen en heeft bijgedragen aan het debat over de vraag of moderne mensen en Neanderthalers elkaar hebben ontmoet of niet.
Isotoop 14С wordt niet alleen gebruikt om de leeftijd te bepalen. De methode van radiokoolstofanalyse stelt ons in staat om de circulatie van de oceaan te bestuderen en de beweging van medicijnen door het lichaam te volgen, maar dit is een onderwerp voor een ander artikel.
