Seitsemänkymmentä vuotta sitten amerikkalainen kemisti Willard Libby kehitti nerokkaan menetelmän orgaanisten materiaalien treffailusta. Hänen tekniikka, joka tunnetaan nimellä hiilihakemus, mullisti arkeologian alan.
Asiaan liittyvä sisältö
- Ilmastomuutos saattaa katkaista hiilidioksidin treffit
Nyt tutkijat pystyivät laskemaan tarkasti minkä tahansa orgaanisista materiaaleista valmistetun esineen iän tarkkailemalla kuinka paljon tietystä hiilestä oli jäljellä, ja laskemalla sitten taaksepäin määrittääkseen, milloin kasvi tai eläin, josta materiaali on peräisin, kuoli. Tämä tekniikka, joka voitti Libbyn Nobel-palkinnon vuonna 1960, on antanut tutkijoille mahdollisuuden taata tatuointeja muinaisilla muumioilla, osoittaa, että brittiläisessä kirjastossa pidettiin yhtä maailman vanhimmista koraaneista, ja selvittää, että suurin osa kauppaa käyvästä norsunluusta on peräisin kolmen viimeisen tapetun norsun tapetusta. vuotta.
Nykyään hiilidioksidin määrä, jonka ihmiset pumppaavat maan ilmakehään, uhkaa vääristää tämän tekniikan tarkkuutta tulevaisuuden arkeologien mielestämme omaan aikaan. Tämä johtuu siitä, että fossiiliset polttoaineet voivat muuttaa nykyään uusien orgaanisten materiaalien radiohiilikauden, jolloin ne on vaikea erottaa muinaisista. Onneksi eilen Environmental Research Letters -lehdessä julkaistu tutkimus tarjoaa tavan pelastaa Libbyn teokset ja elvyttää tätä tärkeätä treffitekniikkaa: katso vain toista hiili-isotooppia.
Isotooppi on elementin muoto, jolla on tietty määrä neutroneja, jotka ovat atomin ytimessä olevia subatomisia hiukkasia, joilla ei ole varausta. Vaikka protonien ja elektronien lukumäärä atomissa määrää sen, mikä elementti se on, neutronien lukumäärä voi vaihdella suuresti saman elementin eri atomien välillä. Lähes 99 prosenttia kaikesta maan hiilestä on hiili-12, mikä tarkoittaa, että jokaisella atomilla on 12 neutronia ytimessä. Käytäsi paita, hengittämäsi hiilidioksidi ja syömäsi eläimet ja kasvit ovat kaikki muodostettu pääosin hiili-12: sta.
Hiili-12 on vakaa isotooppi, eli sen määrä kaikissa materiaaleissa pysyy samana vuosi toisensa jälkeen, vuosisadan jälkeen. Libbyn uraauurtava hiilidioksidityötekniikka tarkasteli sen sijaan paljon harvinaisempaa hiili-isotooppia: Carbon-14. Toisin kuin hiili-12, tämä hiilen isotooppi on epävakaa ja sen atomit hajoavat typen isotoopiksi tuhansien vuosien ajan. Uusi hiili-14 tuotetaan tasaisella nopeudella maan ylemmässä ilmakehässä, kun taas auringon säteet lyövät typpiatomeja.
Radiokarbonaatit hyödyntävät tätä kontrastia stabiilin ja epävakaan hiili-isotoopin välillä. Elämänsä aikana kasvi ottaa jatkuvasti hiiltä ilmakehästä fotosynteesin kautta. Eläimet puolestaan kuluttavat tämän hiilen syöessään kasveja, ja hiili leviää ravintokierron läpi. Tämä hiili käsittää tasaisen hiili-12: n ja hiili-14: n suhteen.
Kun nämä kasvit ja eläimet kuolevat, he lakkaavat ottamasta hiiltä. Siitä eteenpäin hiilen 14 määrä kasveista tai eläimistä jääneissä materiaaleissa vähenee ajan myötä, kun taas hiili-12 määrä pysyy muuttumattomana. Radioaktiivisen hiilen päivämääräksi orgaanisen materiaalin tutkija voi mitata jäljelle jäävän hiili-14: n suhteen muuttumattomaan hiili-12: een nähdäkseen kuinka kauan on kulunut siitä, kun materiaalin lähde kuoli. Teknologian edistyminen on mahdollistanut radiohiilikappaleen tarkkuuden monissa tapauksissa vain muutamassa vuosikymmenessä.
Hiilidiagointi on arkeologien loistava tapa hyödyntää atomien hajoamisen luonnollisia tapoja. Valitettavasti ihmiset ovat hämmentämässä asioita.
Hidas, vakaa hiili-14-muodostuksen prosessi yläilmakehässä on kääntynyt viime vuosisatojen ajan ihmisen läpi, joka on kuljettanut fossiilisten polttoaineiden hiiltä ilmaan. Koska fossiiliset polttoaineet ovat miljoonia vuosia vanhoja, ne eivät enää sisällä mitattavissa olevaa määrää hiiltä-14. Siten, kun miljoonia tonneja hiiltä-12 työnnetään ilmakehään, näiden kahden isotoopin tasainen suhde on häiriintynyt. Viime vuonna julkaistussa tutkimuksessa Imperial College Lontoon fyysikko Heather Graven huomautti, kuinka nämä ylimääräiset hiilidioksidipäästöt vääristävät radiohiilen ajankohtaa.
Vuoteen 2050 mennessä uusilla orgaanisen materiaalin näytteillä näyttää olevan sama hiilivetypäivämäärä kuin 1 000 vuotta sitten, näytti uuden tutkimuksen pääkirjailija ja fyysikko Peter Köhler, Alfred Wegenerin napa- ja meritutkimusinstituutin fysiikka. Fossiilisten polttoaineiden palamisen jatkuvat hiilidioksidipäästöt vääristävät suhdetta entisestään. "Muutaman vuosikymmenen aikana emme pysty erottamaan, onko meillä jonkin verran hiilen ikää, jonka saamme pois, tai hiili voi olla menneisyydestä tai tulevaisuudesta", Köhler sanoo.
Gravenin tutkimuksen innoittamana Köhler kiinnitti huomionsa toiseen luonnossa esiintyvään pysyvään hiilen isotooppiin: Hiili-13. Vaikka hiili-13 sisältää hiukan yli prosentin maapallon ilmakehästä, kasvit ottavat sen suurempia, raskaampia atomeja paljon hitaammin kuin hiili-12 atomisynteesin aikana. Siten hiili-13: ta on hyvin vähän fossiilisissa polttoaineissa, joita tuotetaan kasveista ja niitä syövistä eläimistä. Toisin sanoen näiden fossiilisten polttoaineiden polttaminen kääntää myös hiili-13: n ilmakehän pitoisuudet.
Mittaamalla, ovatko nämä hiili-13-tasot vinoutuneita kohteessa, jolla on radiohiilellä päivätty, tulevat tutkijat voisivat sitten tietää, ovatko fossiilisten polttoaineiden päästöt vääristäneet kohteen hiili-14-tasoja. Odotettua alhaisempi hiili-13-arvo objektissa toimisi punaisena lipuna, jonka radioaktiivisen hiilen päivämäärää ei voitu luottaa. Tutkijat voivat sitten jättää huomioimatta päivämäärän ja kokeilla muita menetelmiä objektin seurusteluun.
"Näet selvästi, että jos sinulla on vaikutusta hiili-14: ään, mikä antaa sinulle melko ongelmallisen ikä allekirjoituksen, sinulla on tämä allekirjoitus myös hiili-13: ssa", Köhler sanoi. "Siksi voit käyttää Hiili-13: ta erottaaksesi, vaikuttaako radiohiiliin ja onko se siis väärä vai ei."
Köhler myöntää, että hänen tekniikka ei toimisi materiaaleille, jotka on otettu syvänmeren alueilta, joilla hiilen määrä on hidas vaihtamaan muun ilmakehän kanssa, mutta hän uskoo, että se auttaa tulevia arkeologit lajittelemaan saastuttavan aikakauden jäänteitä.
Queenin yliopiston paleoklimatologi Paula Reimer huomauttaa, että hiili-13-mittausta ei usein tarvita, koska arkeologit voivat yleensä käyttää sedimenttikerrosta, jossa esineen havaittiin, tarkistamaan ikänsä toistaiseksi. Mutta kohteille, joita löytyy alueilta, joilla maapallon kerrokset eivät ole selkeitä tai joita ei voida päiväntää oikein, tämä tekniikka voisi toimia ylimääräisenä tarkastuksena. Köhlerin teos "antaa jonkin verran varmuutta siitä, että [hiilidioksidipäästökuvat] ovat hyödyllisiä yksittäisissä näytteissä tulevaisuudessa", Reimer sanoo.
Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli päivitettiin sisältämään Peter Köhlerin jäsenyyden.
