Datowanie radiowęglowe -Radiocarbon dating

Datowanie radiowęglowe (zwane również datowaniem węglem lub datowaniem węglem 14 ) to metoda określania wieku obiektu zawierającego materiał organiczny przy użyciu właściwości radiowęgla , radioaktywnego izotopu węgla .

Metoda została opracowana pod koniec lat czterdziestych na Uniwersytecie w Chicago przez Willarda Libby'ego . Opiera się na fakcie, że radiowęgiel (14
C
) jest nieustannie tworzony w atmosferze ziemskiej przez oddziaływanie promieni kosmicznych z atmosferycznym azotem . Wynikowy14
C
łączy się z tlenem atmosferycznym , tworząc radioaktywny dwutlenek węgla , który jest włączany do roślin w procesie fotosyntezy ; zwierzęta następnie nabywają14
C
jedząc rośliny. Kiedy zwierzę lub roślina umiera, przestaje wymieniać węgiel ze swoim środowiskiem, a następnie ilość14
C
zawiera zaczyna się zmniejszać, gdy14
C
ulega rozpadowi radioaktywnemu . Pomiar ilości14
C
w próbce z martwej rośliny lub zwierzęcia, takiej jak kawałek drewna lub fragment kości, dostarcza informacji, które można wykorzystać do obliczenia, kiedy zwierzę lub roślina umarła. Im starsza próbka, tym mniej14
C
nie ma być wykryty, a ponieważ okres półtrwania14
C
(okres czasu, po którym połowa danej próbki ulegnie rozkładowi) wynosi około 5730 lat, najstarsze daty, które można wiarygodnie zmierzyć w tym procesie, datują się na około 50 000 lat temu, chociaż specjalne metody przygotowania sporadycznie dokonują dokładnej analizy starszych możliwe próbki. Libby otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za swoją pracę w 1960 roku.

Badania trwają od lat 60. XX wieku w celu określenia proporcji14
C
w atmosferze było przez ostatnie pięćdziesiąt tysięcy lat. Uzyskane dane, w postaci krzywej kalibracyjnej, są teraz wykorzystywane do przekształcenia danego pomiaru radiowęgla w próbce na oszacowanie wieku kalendarzowego próbki. Należy wprowadzić inne korekty w celu uwzględnienia proporcji14
C
w różnych typach organizmów (frakcjonowanie) i różnych poziomach14
C
w całej biosferze (efekty zbiornika). Dodatkowe komplikacje wynikają ze spalania paliw kopalnych, takich jak węgiel i ropa, oraz z naziemnych prób jądrowych przeprowadzonych w latach 50. i 60. XX wieku. Ponieważ czas potrzebny na przekształcenie materiałów biologicznych w paliwa kopalne jest znacznie dłuższy niż czas potrzebny na jego14
C
do rozpadu poniżej wykrywalnego poziomu, paliwa kopalne prawie nie zawierają14
C
. W rezultacie, począwszy od końca XIX wieku, nastąpił zauważalny spadek proporcji14
C
, ponieważ dwutlenek węgla powstały ze spalania paliw kopalnych zaczął gromadzić się w atmosferze. Odwrotnie, testy jądrowe zwiększyły ilość14
C
w atmosferze, które około 1965 r. osiągnęło maksimum prawie dwukrotnie wyższe niż w atmosferze przed próbami jądrowymi.

Pomiar radiowęgla pierwotnie wykonywano za pomocą urządzeń do zliczania beta, które zliczały ilość promieniowania beta emitowanego przez rozpad14
Atomy C
w próbce. Ostatnio akceleratorowa spektrometria mas stała się metodą z wyboru; liczy się to wszystko14
atomy C
w próbce, a nie tylko te nieliczne, które ulegają rozpadowi podczas pomiarów; dzięki temu może być stosowany z dużo mniejszymi próbkami (tak małymi jak pojedyncze nasiona roślin) i daje wyniki znacznie szybciej. Rozwój datowania radiowęglowego wywarł ogromny wpływ na archeologię . Oprócz umożliwienia dokładniejszego datowania w obrębie stanowisk archeologicznych niż poprzednie metody, umożliwia porównywanie dat wydarzeń na dużych odległościach. Historie archeologii często określają jej wpływ jako „rewolucję radiowęglową”. Datowanie radiowęglowe umożliwiło datowanie kluczowych zmian w prehistorii, takich jak koniec ostatniej epoki lodowcowej oraz początek neolitu i epoki brązu w różnych regionach.

Tło

Historia

W 1939 roku Martin Kamen i Samuel Ruben z Radiation Laboratory w Berkeley rozpoczęli eksperymenty w celu ustalenia, czy którykolwiek z pierwiastków powszechnych w materii organicznej ma izotopy o wystarczająco długim okresie półtrwania, aby mieć wartość w badaniach biomedycznych. Zsyntetyzowali14
C
za pomocą laboratoryjnego akceleratora cyklotronowego i wkrótce odkrył, że okres półtrwania atomu jest znacznie dłuższy niż wcześniej sądzono. Po tym nastąpiła przepowiednia Serge'a A. Korffa , wówczas zatrudnionego w Instytucie Franklina w Filadelfii , że oddziaływanie neutronów termicznych z14
N
w górnej atmosferze stworzy14
C
. Wcześniej sądzono, że14
C
byłoby bardziej prawdopodobne, że zostałoby stworzone przez deuterony wchodzące w interakcję z13
C
. W pewnym momencie podczas II wojny światowej Willard Libby , który przebywał wówczas w Berkeley, dowiedział się o badaniach Korffa i wpadł na pomysł, że możliwe byłoby użycie węgla radioaktywnego do datowania.

W 1945 roku Libby przeniósł się na Uniwersytet w Chicago , gdzie rozpoczął pracę nad datowaniem radiowęglowym. W 1946 opublikował artykuł, w którym zaproponował, że węgiel w żywej materii może zawierać:14
C
oraz węgiel niepromieniotwórczy. Libby i kilku współpracowników przystąpiło do eksperymentów z metanem zebranym z oczyszczalni ścieków w Baltimore i po izotopowym wzbogaceniu próbek byli w stanie wykazać, że zawierają14
C
. Natomiast metan powstały z ropy naftowej nie wykazywał aktywności radiowęglowej ze względu na swój wiek. Wyniki zostały podsumowane w artykule opublikowanym w Science w 1947, w którym autorzy skomentowali, że ich wyniki sugerowały możliwość datowania materiałów zawierających węgiel pochodzenia organicznego.

Libby i James Arnold przystąpili do testowania teorii datowania radiowęglowego, analizując próbki o znanym wieku. Na przykład dwie próbki pobrane z grobowców dwóch egipskich królów, Zosera i Snofru , niezależnie datowane na 2625 pne plus minus 75 lat, zostały datowane przez pomiar radiowęglowy na średnio 2800 pne plus minus 250 lat. Wyniki te zostały opublikowane w Science w grudniu 1949 roku. W ciągu 11 lat od ich ogłoszenia na całym świecie powstało ponad 20 laboratoriów datowania radiowęglowego. W 1960 roku Libby otrzymała za tę pracę Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii .

Dane fizyczne i chemiczne

W naturze węgiel występuje jako trzy izotopy, dwa stabilne, nieradioaktywne: węgiel-12 (12
C
) i węgla-13 (13
C
) i radioaktywny węgiel-14 (14
C
), znany również jako „radiowęgiel”. Okres półtrwania14
C
(czas potrzebny na połowę podanej kwoty14
C
do rozpadu ) wynosi około 5730 lat, więc można się spodziewać, że jego stężenie w atmosferze będzie spadać w ciągu tysięcy lat, ale14
C
jest stale wytwarzany w dolnej stratosferze i górnej troposferze , głównie przez promienie kosmiczne z galaktyki , aw mniejszym stopniu przez słoneczne promienie kosmiczne. Te promienie kosmiczne generują neutrony podczas podróży przez atmosferę, która może uderzyć w azot-14 (14
N
) atomów i zamień je w14
C
. Następująca reakcja jądrowa jest główną ścieżką, przez którą14
C
jest tworzone:

n +14
7
N
14
6
C
+ p

gdzie n oznacza neutron , a p oznacza proton .

Po wyprodukowaniu14
C
szybko łączy się z tlenem (O) w atmosferze, tworząc pierwszy tlenek węgla ( CO ), a ostatecznie dwutlenek węgla ( CO
2
).

14
C
+ O
2
14
CO
+ O
14
CO
+ OH →14
WSPÓŁ
2
+ H

Wytworzony w ten sposób dwutlenek węgla dyfunduje do atmosfery, rozpuszcza się w oceanie i jest pobierany przez rośliny w procesie fotosyntezy . Zwierzęta zjadają rośliny i ostatecznie radiowęgiel jest rozprowadzany po całej biosferze . Stosunek14
C
do12
C
to około 1,25 części14
C
do 10 12 części12
C
. Ponadto około 1% atomów węgla to izotopy stabilne13
C
.

Równanie radioaktywnego rozpadu14
C
to:

14
6
C
14
7
N
+
mi
+
ν
mi

Emitując cząstkę beta ( elektron , e ) i antyneutrino elektronowe (
ν
mi
), jeden z neutronów w14
Jądro C
zmienia się w proton i14
Jądro C
powraca do stabilnego (nieradioaktywnego) izotopu14
N
.

Zasady

Podczas swojego życia roślina lub zwierzę pozostaje w równowadze z otoczeniem poprzez wymianę węgla z atmosferą lub poprzez dietę. Będzie zatem miał taką samą proporcję14
C
jak atmosfera lub w przypadku zwierząt lub roślin morskich z oceanem. Kiedy umiera, przestaje zdobywać14
C
, ale14
C
w swoim materiale biologicznym w tym czasie będzie nadal się rozpadać, a więc stosunek14
C
do12
C
w jego szczątkach będzie się stopniowo zmniejszać. Dlatego14
C
rozpada się w znanym tempie, proporcję radiowęgla można wykorzystać do określenia, jak długo minęło od momentu, gdy dana próbka przestała wymieniać węgiel – im starsza próbka, tym mniej14
C
zostanie.

Równanie rządzące rozpadem izotopu promieniotwórczego to:

gdzie N 0 to liczba atomów izotopu w oryginalnej próbce (w czasie t = 0, kiedy organizm, z którego pobrano próbkę, umarł), a N to liczba atomów pozostałych po czasie t . λ jest stałą zależną od konkretnego izotopu; dla danego izotopu jest on równy odwrotności średniego czasu życia  – czyli średniego lub oczekiwanego czasu przeżycia danego atomu przed rozpadem promieniotwórczym. Średni okres życia, oznaczany przez τ , of14
C
to 8267 lat, więc powyższe równanie można przepisać jako:

Zakłada się, że próbka pierwotnie miała to samo14
C
/12
stosunek C
jako stosunek w atmosferze, a ponieważ wielkość próbki jest znana, można obliczyć całkowitą liczbę atomów w próbce, otrzymując N 0 , liczbę14
Atomy C
w oryginalnej próbce. Pomiar N , liczba14
Atomy C
znajdujące się obecnie w próbce pozwalają na obliczenie t , wieku próbki, przy użyciu powyższego równania.

Okres półtrwania radioaktywnego izotopu (zazwyczaj oznaczany przez t 1/2 ) jest pojęciem bardziej znanym niż średni okres życia, więc chociaż powyższe równania są wyrażone w kategoriach średniego okresu życia, częściej cytuje się wartość14
Okres półtrwania C niż jego średni okres. Aktualnie akceptowana wartość okresu półtrwania14
C
wynosi 5700 ± 30 lat. Oznacza to, że po 5700 latach tylko połowa początkowej14
C
pozostanie; jedna czwarta pozostanie po 11 400 latach; ósma po 17100 latach; i tak dalej.

Powyższe obliczenia przyjmują kilka założeń, takich jak poziom14
C
w atmosferze nie zmieniło się w czasie. W rzeczywistości poziom14
C
w atmosferze znacznie się zmieniło, w wyniku czego wartości podane w powyższym równaniu należy skorygować przy użyciu danych z innych źródeł. Odbywa się to za pomocą krzywych kalibracyjnych (omówionych poniżej), które przekształcają pomiar14
C
w próbce do szacowanego wieku kalendarzowego. Obliczenia składają się z kilku etapów i zawierają wartość pośrednią zwaną „wiekiem radiowęglowym”, która jest wiekiem w „latach radiowęglowych” próbki: wiek podany w latach radiowęglowych oznacza, że ​​nie zastosowano żadnej krzywej kalibracyjnej − obliczenia dla lat radiowęglowych załóżmy, że atmosfera?14
C
/12
Stosunek C
nie zmienił się w czasie.

Obliczenie wieku radiowęglowego wymaga również wartości okresu półtrwania dla14
C
. W pracy Libby'ego z 1949 r. zastosował wartość 5720 ± 47 lat, opartą na badaniach Engelkemeira i in. Było to niezwykle zbliżone do współczesnej wartości, ale wkrótce potem przyjęta wartość została zrewidowana do 5568 ± 30 lat i ta wartość była używana przez ponad dekadę. Został on ponownie zrewidowany na początku lat 60. do 5730 ± 40 lat, co oznaczało, że wiele obliczonych dat w pracach opublikowanych wcześniej było nieprawidłowych (błąd w okresie półtrwania wynosi około 3%). W celu zachowania spójności z tymi wczesnymi pracami, na konferencji Radiowęglowej w 1962 r. w Cambridge (Wielka Brytania) uzgodniono użycie „okresu półtrwania Libby” wynoszącego 5568 lat. Wiek radiowęglowy jest nadal obliczany przy użyciu tego okresu półtrwania i jest znany jako „konwencjonalny wiek radiowęglowy”. Ponieważ krzywa kalibracji (IntCal) również informuje o przeszłości atmosferycznej14
Stężenie C
przy użyciu tego konwencjonalnego wieku, każdy konwencjonalny wiek skalibrowany względem krzywej IntCal da prawidłowy wiek skalibrowany. Kiedy podaje się datę, czytelnik powinien mieć świadomość, że jeśli jest to data nieskalibrowana (termin używany dla dat podanych w latach radiowęglowych), może ona znacznie różnić się od najlepszego oszacowania rzeczywistej daty kalendarzowej, ponieważ używa niewłaściwej wartości na okres półtrwania14
C
, oraz ponieważ nie zastosowano żadnej korekty (kalibracji) dla historycznej zmienności14
C
w atmosferze z biegiem czasu.

Zbiornik wymiany węgla

Uproszczona wersja zbiornika wymiany węgla, pokazująca proporcje węgla i względną aktywność14
C
w każdym zbiorniku

Węgiel jest rozprowadzany w atmosferze, biosferze i oceanach; są one określane zbiorczo jako zbiornik wymiany węgla, a każdy składnik jest również określany indywidualnie jako zbiornik wymiany węgla. Poszczególne elementy zbiornika wymiany węgla różnią się pod względem ilości magazynowanego węgla i czasu potrzebnego na14
C
generowane przez promienie kosmiczne, aby w pełni się z nimi zmieszać. Wpływa to na stosunek14
C
do12
C
w różnych zbiornikach, a tym samym wiek radiowęglowy próbek pochodzących z każdego zbiornika. Atmosfera, która jest gdzie14
C
jest generowany, zawiera około 1,9% całkowitego węgla w zbiornikach, a14
C
zawiera mieszanki w mniej niż siedem lat. Stosunek14
C
do12
C
w atmosferze przyjmuje się jako linię bazową dla innych zbiorników: jeśli inny zbiornik ma niższy stosunek14
C
do12
C
, oznacza to, że węgiel jest starszy, a zatem albo niektóre z14
C
uległ rozkładowi lub zbiornik otrzymuje węgiel, który nie znajduje się na linii bazowej atmosfery. Przykładem jest powierzchnia oceanu: zawiera 2,4% węgla w zbiorniku wymiany, ale jest to tylko około 95% więcej14
C
jak można by się spodziewać, gdyby stosunek był taki sam jak w atmosferze. Czas potrzebny, aby węgiel z atmosfery zmieszał się z powierzchnią oceanu, to zaledwie kilka lat, ale wody powierzchniowe otrzymują również wodę z głębin oceanicznych, które zawierają ponad 90% węgla w zbiorniku. Woda w głębokim oceanie potrzebuje około 1000 lat, aby krążyć z powrotem w wodach powierzchniowych, a więc wody powierzchniowe zawierają kombinację starszych wód, z14
C
, a woda niedawno na powierzchni, z14
C
w równowadze z atmosferą.

Stworzenia żyjące na powierzchni oceanu mają to samo14
wskaźniki C
jak woda, w której żyją, a w wyniku zmniejszonej14
C
/12
Współczynnik C
, wiek radiowęglowy życia morskiego wynosi zwykle około 400 lat. Organizmy na lądzie są w bliższej równowadze z atmosferą i mają to samo14
C
/12
Stosunek C
jako atmosfera. Organizmy te zawierają około 1,3% węgla w zbiorniku; Organizmy morskie mają masę mniejszą niż 1% tych na lądzie i nie są pokazane na schemacie. Nagromadzona martwa materia organiczna, zarówno roślinna, jak i zwierzęca, prawie trzykrotnie przekracza masę biosfery, a ponieważ materia ta nie wymienia już węgla ze swoim środowiskiem, ma14
C
/12
Współczynnik C
niższy niż w biosferze.

Rozważania dotyczące randek

Zmienność w14
C
/12
Stosunek C
w różnych częściach zbiornika wymiany węgla oznacza, że ​​proste obliczenie wieku próbki na podstawie ilości14
C
, które zawiera, często daje błędny wynik. Istnieje kilka innych możliwych źródeł błędów, które należy wziąć pod uwagę. Błędy są czterech ogólnych typów:

  • wariacje w14
    C
    /12
    stosunek C
    w atmosferze, zarówno geograficznie, jak i w czasie;
  • frakcjonowanie izotopowe;
  • wariacje w14
    C
    /12
    stosunek C
    w różnych częściach zbiornika;
  • zanieczyszczenie.

Zmienność atmosferyczna

Atmosferyczny14
C
dla półkuli północnej i południowej, wykazujące procentową nadwyżkę powyżej poziomów sprzed bomby. Traktat o częściowym zakazie prób wszedł w życie 10 października 1963 r.

We wczesnych latach stosowania tej techniki rozumiano, że zależy to od warunków atmosferycznych14
C
/12
Stosunek C
pozostał taki sam w ciągu ostatnich kilku tysięcy lat. Aby zweryfikować dokładność metody, przetestowano kilka artefaktów, które można było oznaczyć innymi technikami; wyniki testów były zgodne z rzeczywistym wiekiem obiektów. Z czasem jednak zaczęły pojawiać się rozbieżności między znaną chronologią najstarszych dynastii egipskich a datami radiowęglowymi egipskich artefaktów. Ani istniejąca wcześniej chronologia egipska, ani nowa metoda datowania radiowęglowego nie mogły być uznane za dokładne, ale trzecią możliwością było to, że14
C
/12
Stosunek C
zmieniał się z biegiem czasu. Pytanie zostało rozwiązane przez badanie słojów : porównanie nakładających się serii słojów pozwoliło na skonstruowanie ciągłej sekwencji danych o słojach obejmujących 8000 lat. (Od tego czasu seria danych dotyczących słojów została rozszerzona do 13 900 lat.) W latach sześćdziesiątych Hans Suess był w stanie wykorzystać sekwencję słojów do wykazania, że ​​daty pochodzące z radiowęgla były zgodne z datami wyznaczonymi przez egiptologów. Było to możliwe, ponieważ chociaż rośliny jednoroczne, takie jak kukurydza, mają14
C
/12
Współczynnik C
, który odzwierciedla stosunek atmosferyczny w czasie, gdy rosły, drzewa dodają materiał tylko do swojego zewnętrznego słoja w danym roku, podczas gdy wewnętrzne słoje nie otrzymują swojego14
C
uzupełnione i zamiast tego zaczniesz przegrywać14
C
przez rozpad. Dlatego każdy pierścień zachowuje zapis atmosfery14
C
/12
Wskaźnik C
w roku, w którym rosło. Datowanie węglem drewna z samych słojów zapewnia niezbędną kontrolę atmosfery14
C
/12
stosunek C
: z próbką o znanej dacie i pomiarem wartości N (liczba atomów14
C
pozostałe w próbce), równanie datowania węglowego pozwala na obliczenie N 0 – liczby atomów14
C
w próbce w czasie formowania się słojów – i stąd14
C
/12
Stosunek C
w ówczesnej atmosferze. Wyposażony w wyniki datowania węglowego słojów, stało się możliwe skonstruowanie krzywych kalibracyjnych zaprojektowanych w celu skorygowania błędów spowodowanych zmiennością w czasie w14
C
/12
Stosunek C. Krzywe te są opisane bardziej szczegółowo poniżej .

W XIX wieku w dużych ilościach zaczęto spalać węgiel i ropę. Oba są na tyle stare, że zawierają niewiele lub wcale nie są wykrywalne14
C
i w rezultacie CO
2
uwolnione znacznie rozcieńczone atmosferyczne14
C
/12
Stosunek C. Datowanie obiektu z początku XX wieku daje więc pozorną datę starszą niż data prawdziwa. Z tego samego powodu,14
Stężenia C
w sąsiedztwie dużych miast są niższe od średniej atmosferycznej. Ten efekt paliw kopalnych (znany również jako efekt Suessa, od Hansa Suessa, który po raz pierwszy zgłosił go w 1955 r.) oznaczałby jedynie zmniejszenie o 0,2% w14
Aktywność C
, gdyby dodatkowy węgiel z paliw kopalnych został rozprowadzony w całym zbiorniku wymiany węgla, ale z powodu długiego opóźnienia w mieszaniu się z głębokim oceanem, rzeczywisty efekt to 3% redukcja.

Znacznie większy efekt wynika z naziemnych testów jądrowych, które uwolniły do ​​atmosfery dużą liczbę neutronów, co doprowadziło do powstania14
C
. Szacuje się, że od około 1950 do 1963 roku, kiedy zakazano atmosferycznych prób jądrowych, kilka ton14
C
zostały stworzone. Jeśli to wszystko ekstra14
C
natychmiast rozprzestrzenił się po całym zbiorniku wymiany węgla, doprowadziłoby to do wzrostu14
C
/12
wskaźnik C
tylko kilka procent, ale natychmiastowym efektem było prawie podwojenie ilości14
C
w atmosferze, ze szczytowym poziomem w 1964 roku na półkuli północnej i 1966 roku na półkuli południowej. Od tego czasu poziom spadł, ponieważ impuls bombowy lub „węgiel bombowy” (jak to się czasem nazywa) przenika do reszty zbiornika.

Frakcjonowanie izotopowe

Fotosynteza to podstawowy proces, w którym węgiel przemieszcza się z atmosfery do organizmów żywych. W szlakach fotosyntezy12
C
jest nieco łatwiej wchłaniany niż13
C
, który z kolei jest łatwiej przyswajalny niż14
C
. Różnicowe pobieranie trzech izotopów węgla prowadzi do:13
C
/12
C
i14
C
/12
Stosunki C
w roślinach różniące się od stosunków w atmosferze. Efekt ten jest znany jako frakcjonowanie izotopowe.

Aby określić stopień frakcjonowania zachodzącego w danym zakładzie, ilości obu12
C
i13
Izotopy C
są mierzone, a wynikowy13
C
/12
Stosunek C
jest następnie porównywany ze standardowym stosunkiem znanym jako PDB. The13
C
/12
Stosunek C
jest używany zamiast14
C
/12
C
, ponieważ to pierwsze jest znacznie łatwiejsze do zmierzenia, a drugie można łatwo wyprowadzić: zubożenie13
C
w stosunku do12
C
jest proporcjonalne do różnicy mas atomowych dwóch izotopów, więc ubytek dla14
C
jest dwukrotnie większe niż13
C
. Frakcjonowanie13
C
, znane jako δ 13 C , oblicza się w następujący sposób:

ja

gdzie znak ‰ oznacza części na tysiąc . Ponieważ standard PDB zawiera niezwykle wysoki odsetek13
C
, najbardziej zmierzone δ 13 Cwartości są ujemne.

Owce North Ronaldsay na plaży w North Ronaldsay . Zimą owce te jedzą wodorosty, które mają wyższą temperaturę δ 13 Czawartość niż trawa; próbki z tych owiec mają δ 13 Cwartość około -13‰, która jest znacznie wyższa niż w przypadku owiec żywiących się trawami.
Materiał Typowy δ 13 Czasięg
WPB 0‰
Plankton morski −22‰ do -17‰
Rośliny C3 -30‰ do -22‰
Rośliny C4 -15‰ do -9‰
atmosferyczne CO
2
-8‰
Morski CO
2
od −32‰ do −13‰

W przypadku organizmów morskich szczegóły reakcji fotosyntezy są mniej dobrze poznane, a δ 13 Cwartości dla morskich organizmów fotosyntetycznych zależą od temperatury. W wyższych temperaturach CO
2
ma słabą rozpuszczalność w wodzie, co oznacza, że ​​jest mniej CO
2
dostępne dla reakcji fotosyntezy. W tych warunkach frakcjonowanie jest zmniejszone, a w temperaturach powyżej 14 ° C 13 Cwartości są odpowiednio wyższe, natomiast w niższych temperaturach CO
2
staje się bardziej rozpuszczalny, a tym samym bardziej dostępny dla organizmów morskich. 13 C _ _wartość dla zwierząt zależy od ich diety. Zwierzę, które je pokarm o wysokiej temperaturze δ 13 Cwartości będą miały wyższą wartość δ 13 Cniż ten, który je żywność o niższej temperaturze δ 13 Cwartości. Na wyniki mogą również wpływać własne procesy biochemiczne zwierzęcia: na przykład zarówno minerały kostne, jak i kolagen kostny mają zazwyczaj wyższe stężenie13
C
niż znajduje się w diecie zwierząt, chociaż z różnych przyczyn biochemicznych. Wzbogacenie kości13
C
oznacza również, że wydalony materiał jest zubożony w13
C
w stosunku do diety.

Odkąd13
C
stanowi około 1% węgla w próbce,13
C
/12
Stosunek C
można dokładnie zmierzyć za pomocą spektrometrii masowej . Typowe wartości δ 13 Czostały znalezione eksperymentalnie dla wielu roślin, a także dla różnych części zwierząt, takich jak kolagen kostny , ale przy datowaniu danej próbki lepiej jest określić δ 13 Cwartość dla tej próbki bezpośrednio, niż polegać na opublikowanych wartościach.

Wymiana węgla pomiędzy atmosferycznym CO
2
a węglan na powierzchni oceanu również podlega frakcjonowaniu, przy czym14
C
w atmosferze częściej niż12
C
do rozpuszczenia w oceanie. Rezultatem jest ogólny wzrost14
C
/12
Stosunek C
w oceanie 1,5% w stosunku do14
C
/12
Stosunek C
w atmosferze. Ten wzrost w14
Stężenie C
prawie dokładnie niweluje spadek spowodowany upwellingiem wody (zawierającej starą, a co za tym idzie14
C
- zubożony, węgiel) z głębokiego oceanu, dzięki czemu bezpośrednie pomiary14
Promieniowanie C
jest podobne do pomiarów w pozostałej części biosfery. Korekta o frakcjonowanie izotopowe, tak jak w przypadku wszystkich dat radiowęglowych, aby umożliwić porównanie wyników z różnych części biosfery, daje pozorny wiek wód powierzchniowych oceanu na około 400 lat.

Efekty zbiornika

Pierwotna hipoteza rezerwuaru wymiany Libby zakładała, że14
C
/12
Stosunek C
w zbiorniku wymiany jest stały na całym świecie, ale od tego czasu odkryto, że istnieje kilka przyczyn zmienności stosunku w zbiorniku.

Efekt morski

CO _
2
w atmosferze przenosi się do oceanu rozpuszczając się w wodzie powierzchniowej jako jony węglanowe i wodorowęglanowe; jednocześnie jony węglanowe w wodzie wracają do powietrza jako CO
2
. Ten proces wymiany przynosi14
C
z atmosfery do wód powierzchniowych oceanu, ale14
Wprowadzony w ten sposób C
zajmuje dużo czasu, aby przesiąknąć przez całą objętość oceanu. Najgłębsze części oceanu bardzo powoli mieszają się z wodami powierzchniowymi, a mieszanie jest nierównomierne. Głównym mechanizmem wyprowadzania wody głębokiej na powierzchnię jest upwelling, który występuje częściej w regionach położonych bliżej równika. Upwelling zależy również od takich czynników, jak topografia lokalnego dna oceanicznego i linii brzegowych, klimat i wzorce wiatru. Ogólnie rzecz biorąc, mieszanie wód głębinowych i powierzchniowych trwa znacznie dłużej niż mieszanie atmosferycznego CO
2
z wodami powierzchniowymi, w wyniku czego woda z niektórych obszarów głębin oceanicznych ma pozorny wiek radiowęglowy rzędu kilku tysięcy lat. Upwelling miesza tę „starą” wodę z wodą powierzchniową, nadając wodzie powierzchniowej pozorny wiek około kilkuset lat (po skorygowaniu o frakcjonowanie). Efekt ten nie jest jednolity – średni efekt wynosi około 400 lat, ale występują lokalne odchylenia rzędu kilkuset lat dla obszarów geograficznie bliskich sobie. Odchylenia te można uwzględnić podczas kalibracji, a użytkownicy oprogramowania takiego jak CALIB mogą wprowadzić jako dane wejściowe odpowiednią poprawkę dla lokalizacji swoich próbek. Efekt dotyczy również organizmów morskich, takich jak muszle, i ssaków morskich, takich jak wieloryby i foki, których wiek radiowęglowy wydaje się mieć setki lat.

Efekt półkuli

Półkula północna i południowa mają systemy cyrkulacji atmosferycznej , które są na tyle niezależne od siebie, że występuje zauważalne opóźnienie w ich mieszaniu. Atmosfera14
C
/12
Stosunek C
jest niższy na półkuli południowej, z widocznym dodatkowym wiekiem około 40 lat dla wyników radiowęglowych z południa w porównaniu z północą. Dzieje się tak, ponieważ większa powierzchnia oceanu na półkuli południowej oznacza, że ​​wymiana węgla między oceanem a atmosferą jest większa niż na północy. Ponieważ powierzchnia oceanu jest wyczerpana w14
C
ze względu na efekt morski,14
C
jest usuwany z atmosfery południowej szybciej niż na północy. Efekt wzmacnia silny upwelling wokół Antarktydy.

Inne efekty

Jeśli węgiel w wodzie słodkiej jest częściowo pozyskiwany ze starzejącego się węgla, takiego jak skały, wynikiem będzie zmniejszenie14
C
/12
Stosunek C
w wodzie. Na przykład rzeki, które przepływają przez wapień , który składa się głównie z węglanu wapnia , będą gromadzić jony węglanowe. Podobnie woda gruntowa może zawierać węgiel pochodzący ze skał, przez które przeszła. Te skały są zwykle tak stare, że nie zawierają już żadnych mierzalnych14
C
, więc ten węgiel obniża14
C
/12
Stosunek C
wody, do której wchodzi, co może prowadzić do pozornego wieku tysięcy lat zarówno dla dotkniętej wody, jak i dla roślin i organizmów słodkowodnych, które w niej żyją. Jest to znane jako efekt twardej wody , ponieważ często wiąże się z jonami wapnia, które są charakterystyczne dla twardej wody; inne źródła węgla, takie jak próchnica , mogą dawać podobne wyniki, a także mogą skrócić widoczny wiek, jeśli pochodzą z nowszego pochodzenia niż próbka. Efekt jest bardzo zróżnicowany i nie ma ogólnego przesunięcia, które można zastosować; zwykle potrzebne są dodatkowe badania w celu określenia wielkości offsetu, na przykład poprzez porównanie wieku radiowęglowego osadzonych muszli słodkowodnych z powiązanym materiałem organicznym.

Erupcje wulkanów wyrzucają w powietrze duże ilości węgla. Węgiel ma pochodzenie geologiczne i nie jest wykrywalny14
C
, więc14
C
/12
Stosunek C
w pobliżu wulkanu jest obniżony w stosunku do otaczających obszarów. Uśpione wulkany mogą również emitować stary węgiel. Rośliny, które fotosyntetyzują ten węgiel, również mają mniej14
C
/12
Stosunki C
: na przykład rośliny w sąsiedztwie kaldery Furnas na Azorach miały pozorny wiek, który wahał się od 250 do 3320 lat.

Zanieczyszczenie

Dodanie węgla do próbki w innym wieku spowoduje, że zmierzona data będzie niedokładna. Zanieczyszczenie nowoczesnym węglem powoduje, że próbka wydaje się być młodsza niż jest w rzeczywistości: efekt jest większy w przypadku starszych próbek. Jeśli próbka mająca 17 000 lat jest zanieczyszczona tak, że 1% próbki stanowi współczesny węgiel, będzie wyglądała na 600 lat młodszą; dla próbki, która ma 34 000 lat, ta sama ilość zanieczyszczenia spowodowałaby błąd 4000 lat. Zanieczyszczenie starym węglem, bez pozostałości14
C
, powoduje błąd w drugą stronę, niezależnie od wieku – próbka zanieczyszczona 1% starym węglem wydaje się być o około 80 lat starsza niż jest w rzeczywistości, niezależnie od daty pobrania próbki.

Próbki

Próbki do datowania należy przekonwertować do postaci odpowiedniej do pomiaru14
zawartość C ; może to oznaczać konwersję do postaci gazowej, ciekłej lub stałej, w zależności od stosowanej techniki pomiarowej. Zanim to będzie możliwe, próbka musi zostać poddana obróbce w celu usunięcia wszelkich zanieczyszczeń i niepożądanych składników. Obejmuje to usuwanie widocznych zanieczyszczeń, takich jak korzonki, które mogły przeniknąć do próbki od momentu jej pochówku. Do usuwania zanieczyszczeń kwasem humusowym i węglanami można stosować płukanie alkaliczne i kwasowe, ale należy zachować ostrożność, aby uniknąć usunięcia części próbki zawierającej badany węgiel.

Rozważania materialne

  • Powszechne jest redukowanie próbki drewna tylko do składnika celulozowego przed badaniem, ale ponieważ może to zmniejszyć objętość próbki do 20% jej pierwotnej wielkości, często przeprowadza się również badanie całego drewna. Węgiel drzewny jest często testowany, ale prawdopodobnie będzie wymagał leczenia w celu usunięcia zanieczyszczeń.
  • Można przetestować niespaloną kość; do tej pory zwykle używa się kolagenu , frakcji białka, która pozostaje po wypłukaniu materiału strukturalnego kości. Hydroksyprolina , jeden z aminokwasów składowych kości, była kiedyś uważana za wiarygodny wskaźnik, ponieważ nie wiedziano, że występuje z wyjątkiem kości, ale od tego czasu została wykryta w wodach gruntowych.
  • W przypadku kości spalonej testowalność zależy od warunków, w jakich kość została spalona. Jeśli kość została podgrzana w warunkach redukujących , to (i związana z nią materia organiczna) mogły ulec zwęgleniu. W takim przypadku próbka jest często użyteczna.
  • Muszle organizmów morskich i lądowych składają się prawie w całości z węglanu wapnia, zarówno w postaci aragonitu , jak i kalcytu , lub jakiejś ich mieszaniny. Węglan wapnia jest bardzo podatny na rozpuszczanie i rekrystalizację; rekrystalizowany materiał będzie zawierał węgiel ze środowiska próbki, który może być pochodzenia geologicznego. Jeśli testowanie rekrystalizowanej powłoki jest nieuniknione, czasami możliwe jest zidentyfikowanie oryginalnego materiału powłoki na podstawie sekwencji testów. Możliwe jest również badanie konchioliny , organicznego białka znajdującego się w skorupce, ale stanowi ono zaledwie 1-2% materiału skorupy.
  • Trzy główne składniki torfu to kwas huminowy , humin i kwas fulwowy . Spośród nich huminy podają najbardziej wiarygodną datę, ponieważ są nierozpuszczalne w alkaliach i rzadziej zawierają zanieczyszczenia ze środowiska próbki. Szczególną trudnością w przypadku suszonego torfu jest usuwanie korzonków, które prawdopodobnie trudno będzie odróżnić od materiału próbki.
  • Gleba zawiera materiał organiczny, ale ze względu na prawdopodobieństwo zanieczyszczenia kwasem humusowym nowszego pochodzenia bardzo trudno jest uzyskać zadowalające datowanie radiowęglowe. Zaleca się przesianie gleby pod kątem fragmentów pochodzenia organicznego i datowanie fragmentów metodami tolerującymi małe rozmiary próbek.
  • Inne materiały, które zostały z powodzeniem datowane, to kość słoniowa, papier, tkaniny, pojedyncze nasiona i ziarna, słoma z cegieł mułowych oraz zwęglone resztki jedzenia znalezione w ceramice.

Przygotowanie i rozmiar

Szczególnie w przypadku starszych próbek przydatne może być wzbogacenie ilości14
C
w próbce przed badaniem. Można to zrobić za pomocą kolumny termodyfuzyjnej. Proces trwa około miesiąca i wymaga próbki około dziesięciokrotnie większej niż byłaby potrzebna w innym przypadku, ale pozwala na dokładniejszy pomiar14
C
/12
Współczynnik C
w starym materiale i wydłuża maksymalny wiek, który można wiarygodnie zgłosić.

Po usunięciu zanieczyszczenia próbki należy przekształcić do postaci odpowiedniej dla stosowanej technologii pomiarowej. Tam, gdzie wymagany jest gaz, CO
2
jest szeroko stosowany. W przypadku próbek do wykorzystania w ciekłych licznikach scyntylacyjnych węgiel musi być w postaci płynnej; próbka jest zazwyczaj przekształcana w benzen . W przypadku akceleratorowej spektrometrii masowej najczęstsze są tarcze z grafitu stałego, chociaż w postaci gazowej CO
2
może być również używany.

Ilość materiału potrzebnego do badania zależy od rodzaju próbki i zastosowanej technologii. Istnieją dwa rodzaje technologii testowania: detektory rejestrujące radioaktywność, znane jako liczniki beta, oraz akceleratorowe spektrometry masowe. W przypadku liczników beta zazwyczaj wymagana jest próbka ważąca co najmniej 10 gramów (0,35 uncji). Akceleratorowa spektrometria masowa jest znacznie bardziej czuła i można użyć próbek zawierających zaledwie 0,5 miligrama węgla.

Pomiar i wyniki

Zmierzenie14
C
jest obecnie najczęściej wykonywane za pomocą akceleratora spektrometru masowego

Przez dziesięciolecia po tym, jak Libby przeprowadziła pierwsze eksperymenty datowania radiowęglowego, był to jedyny sposób pomiaru14
C
w próbce miało na celu wykrycie rozpadu promieniotwórczego poszczególnych atomów węgla. W tym podejściu mierzona jest aktywność próbki w liczbie zdarzeń zaniku na jednostkę masy w okresie czasu. Ta metoda jest również znana jako „liczenie beta”, ponieważ są to cząstki beta emitowane przez rozpadające się14
Wykryte atomy C. Pod koniec lat 70. pojawiło się alternatywne podejście: bezpośrednie liczenie liczby14
C
i12
Atomy C
w danej próbce, poprzez akceleratorową spektrometrię mas, zwykle określaną jako AMS. AMS liczy14
C
/12
Stosunek C
bezpośrednio, zamiast aktywności próbki, ale pomiary aktywności i14
C
/12
Stosunek C
można dokładnie przeliczyć na siebie. Przez pewien czas metody zliczania beta były dokładniejsze niż AMS, ale AMS jest teraz dokładniejszy i stał się preferowaną metodą pomiarów radiowęglowych. Oprócz zwiększonej dokładności, AMS ma dwie inne istotne zalety w porównaniu z liczeniem beta: może przeprowadzać dokładne testy na próbkach znacznie za małych do liczenia beta i jest znacznie szybszy – dokładność 1% można osiągnąć w ciągu kilku minut dzięki AMS, co jest znacznie szybszy niż byłoby to możliwe w przypadku starszej technologii.

Liczenie beta

Pierwszym detektorem Libby'ego był licznik Geigera jego własnego projektu. Przekształcił węgiel w swojej próbce w czerń lampy (sadzę) i pokrył nią wewnętrzną powierzchnię cylindra. Cylinder ten został włożony do licznika w taki sposób, aby drut zliczający znajdował się wewnątrz cylindra na próbkę, tak aby między próbką a drutem nie było materiału. Każdy wstawiany materiał zakłócałby wykrywanie radioaktywności, ponieważ cząstki beta emitowane przez rozpad14
C
są tak słabe, że połowa jest zatrzymana przez aluminium o grubości 0,01 mm.

Metoda Libby'ego została wkrótce wyparta przez liczniki proporcjonalne do gazu , na które w mniejszym stopniu wpływał węgiel z bomby (dodatkowe14
C
stworzony przez testy broni jądrowej). Liczniki te rejestrują wybuchy jonizacji spowodowane przez cząstki beta emitowane przez rozpad14
atomy C ; wybuchy są proporcjonalne do energii cząstki, więc inne źródła jonizacji, takie jak promieniowanie tła, można zidentyfikować i zignorować. Liczniki są otoczone ołowianą lub stalową osłoną w celu wyeliminowania promieniowania tła i zmniejszenia padania promieni kosmicznych. Ponadto stosowane są detektory antykoincydencji ; te rejestrują zdarzenia poza licznikiem, a każde zdarzenie rejestrowane jednocześnie zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz licznika jest uważane za zdarzenie obce i jest ignorowane.

Inna popularna technologia używana do pomiaru14
Aktywność C
to płynne zliczanie scyntylacyjne, które zostało wynalezione w 1950 roku, ale które musiało poczekać do wczesnych lat 60., kiedy opracowano wydajne metody syntezy benzenu, aby stać się konkurencyjnym wobec zliczania gazowego; po 1970 liczniki cieczy stały się bardziej powszechnym wyborem technologicznym dla nowo budowanych laboratoriów datowania. Liczniki działają poprzez wykrywanie błysków światła spowodowanych przez cząstki beta emitowane przez14
C
, ponieważ wchodzą w interakcję ze środkiem fluorescencyjnym dodanym do benzenu. Podobnie jak liczniki gazu, liczniki scyntylacyjne cieczy wymagają liczników osłonowych i przeciwzbiegowych.

Zarówno w przypadku licznika proporcjonalnego do gazu, jak i licznika scyntylacyjnego cieczy, mierzona jest liczba cząstek beta wykrytych w danym okresie czasu. Ponieważ masa próbki jest znana, można ją przeliczyć na standardową miarę aktywności w jednostkach zliczeń na minutę na gram węgla (cpm/g C) lub bekereli na kg (Bq/kg C, w jednostkach SI ). ). Każde urządzenie pomiarowe służy również do pomiaru aktywności ślepej próbki – próbki przygotowanej z węgla na tyle starej, by nie wykazywać żadnej aktywności. Zapewnia to wartość promieniowania tła, którą należy odjąć od zmierzonej aktywności datowanej próbki, aby uzyskać aktywność, którą można przypisać wyłącznie tej próbce.14
C
. Ponadto mierzy się próbkę o standardowej aktywności, aby zapewnić punkt odniesienia do porównania.

Akceleratorowa spektrometria masowa

Uproszczony schematyczny układ akceleratorowego spektrometru masowego służącego do zliczania izotopów węgla do datowania węglem

AMS liczy atomy14
C
i12
C
w danej próbie, określając14
C
/12
Stosunek C bezpośrednio. Próbka, często w postaci grafitu, jest zmuszona do emisji jonów C (atomów węgla o pojedynczym ładunku ujemnym), które są wstrzykiwane do akceleratora . Jony są przyspieszane i przepuszczane przez stripper, który usuwa kilka elektronów, dzięki czemu jony powstają z ładunkiem dodatnim. Jony, które mogą mieć od 1 do 4 ładunków dodatnich (C + do C4 + ), w zależności od konstrukcji akceleratora, są następnie przepuszczane przez magnes, który zakrzywia ich ścieżkę; cięższe jony są zakrzywione mniej niż lżejsze, więc różne izotopy pojawiają się jako oddzielne strumienie jonów. Detektor cząstek rejestruje następnie liczbę jonów wykrytych w14
Strumień C
, ale ponieważ objętość12
C
(i13
C
, potrzebne do kalibracji) jest zbyt duże do wykrywania pojedynczych jonów, zliczenia są określane przez pomiar prądu elektrycznego wytwarzanego w kubku Faradaya . Duży ładunek dodatni indukowany przez striptizer wymusza cząsteczki takie jak13
CH
, który ma wagę wystarczająco blisko14
C
zakłócać pomiary, dysocjować, aby nie były wykrywane. Większość maszyn AMS mierzy również próbkę δ 13 C, do wykorzystania przy obliczaniu wieku radiowęglowego próbki. Zastosowanie AMS, w przeciwieństwie do prostszych form spektrometrii mas, jest konieczne ze względu na konieczność odróżnienia izotopów węgla od innych atomów lub cząsteczek o bardzo zbliżonej masie, takich jak14
N
i13
CH
. Podobnie jak w przypadku zliczania beta, stosuje się zarówno próbki ślepe, jak i próbki standardowe. Można mierzyć dwa różne rodzaje ślepej próby: próbkę martwego węgla, która nie została poddana obróbce chemicznej w celu wykrycia jakiegokolwiek tła maszyny oraz próbkę znaną jako ślepą próbę procesową wykonaną z martwego węgla, która jest przetwarzana na materiał docelowy dokładnie w ten sam sposób jako próbka, która jest datowana. Każdy14
Sygnał C
z pustego tła maszyny może być spowodowany albo wiązkami jonów, które nie podążają oczekiwaną ścieżką wewnątrz detektora, albo przez wodorki węgla, takie jak12
CH
2
lub13
CH
. A14
Sygnał C
ze ślepej próby procesowej mierzy ilość zanieczyszczeń wprowadzonych podczas przygotowywania próbki. Pomiary te są wykorzystywane do późniejszego obliczenia wieku próbki.

Obliczenia

Obliczenia, które należy wykonać na podstawie wykonanych pomiarów, zależą od zastosowanej technologii, ponieważ liczniki beta mierzą radioaktywność próbki, podczas gdy AMS określa stosunek trzech różnych izotopów węgla w próbce.

Aby określić wiek próbki, której aktywność zmierzono za pomocą zliczania beta, należy znaleźć stosunek jej aktywności do aktywności wzorca. Aby to określić, mierzy się ślepą próbkę (starego lub martwego węgla) i mierzy się próbkę o znanej aktywności. Dodatkowe próbki umożliwiają wykrywanie i korygowanie błędów, takich jak promieniowanie tła i błędy systematyczne w układzie laboratoryjnym. Najpopularniejszym standardowym materiałem próbki jest kwas szczawiowy, taki jak standard HOxII, którego 1000 funtów został przygotowany przez Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) w 1977 roku z francuskich zbiorów buraków.

Wyniki testów AMS mają postać współczynników12
C
,13
C
i14
C
, które służą do obliczania Fm, czyli „współczesnego ułamka”. Jest to zdefiniowane jako stosunek między14
C
/12
stosunek C
w próbce i14
C
/12
stosunek C
w nowoczesnym węglu, który z kolei jest definiowany jako14
C
/12
Współczynnik C
, który zostałby zmierzony w 1950 roku, gdyby nie było efektu paliw kopalnych.

Zarówno zliczanie beta, jak i wyniki AMS muszą być skorygowane pod kątem frakcjonowania. Jest to konieczne, ponieważ różne materiały w tym samym wieku, które ze względu na frakcjonowanie mają naturalnie różne14
C
/12
współczynniki C będą wydawały się być w różnym wieku, ponieważ14
C
/12
Stosunek C
jest traktowany jako wskaźnik wieku. Aby tego uniknąć, wszystkie pomiary radiowęglowe są konwertowane na pomiar, który byłby widziany, gdyby próbka była wykonana z drewna, o znanej13
Wartość C
-25‰.

Po poprawieniu14
C
/12
Współczynnik C
jest znany, „wiek radiowęglowy” oblicza się za pomocą:

Obliczenie wykorzystuje 8033 lata, średni okres życia wyprowadzony z okresu półtrwania Libby wynoszącego 5568 lat, a nie 8267 lat, średni okres życia wyprowadzony z bardziej dokładnej współczesnej wartości 5730 lat. Wartość Libby dla okresu półtrwania jest wykorzystywana do zachowania spójności z wynikami wczesnych badań radiowęglowych; krzywe kalibracji uwzględniają poprawkę na to, dzięki czemu zapewniona jest dokładność końcowego podanego wieku kalendarzowego.

Błędy i niezawodność

Wiarygodność wyników można poprawić, wydłużając czas testowania. Na przykład, jeśli zliczanie zaników beta przez 250 minut wystarczy, aby dać błąd ± 80 lat, z ufnością 68%, to podwojenie czasu zliczania do 500 minut pozwoli uzyskać próbkę o połowę mniejszą14
C
należy zmierzyć z takim samym okresem błędu wynoszącym 80 lat.

Datowanie radiowęglowe jest na ogół ograniczone do datowania próbek nie starszych niż 50 000 lat, ponieważ próbki starsze niż te nie mają wystarczającej ilości14
C
być mierzalnym. Starsze daty uzyskano stosując specjalne techniki przygotowania próbek, duże próbki i bardzo długie czasy pomiaru. Techniki te umożliwiają pomiar dat do 60 000, aw niektórych przypadkach do 75 000 lat przed teraźniejszością.

Daty radiowęglowe są zazwyczaj przedstawiane z zakresem jednego odchylenia standardowego (zwykle reprezentowanego przez grecką literę sigma jako 1σ) po obu stronach średniej. Jednak zakres dat równy 1σ reprezentuje tylko 68% poziom ufności, więc prawdziwy wiek mierzonego obiektu może wykraczać poza podany zakres dat. Zostało to zademonstrowane w 1970 roku w eksperymencie przeprowadzonym przez laboratorium radiowęglowe British Museum, w którym cotygodniowe pomiary wykonywano na tej samej próbce przez sześć miesięcy. Wyniki były bardzo zróżnicowane (choć konsekwentnie z normalnym rozkładem błędów w pomiarach) i obejmowały wiele zakresów dat (o ufności 1σ), które nie nakładały się na siebie. Pomiary obejmowały jeden z zakresu od około 4250 do około 4390 lat temu, a drugi z zakresu od około 4520 do około 4690.

Błędy w procedurze mogą również prowadzić do błędów w wynikach. Jeśli 1% benzenu w nowoczesnej próbce odniesienia przypadkowo wyparuje, zliczanie scyntylacyjne da za młody wiek radiowęglowy o około 80 lat.

Kalibrowanie

Pień bardzo starej sosny bristlecone. Słoje z tych drzew (m.in.) wykorzystywane są do budowy krzywych kalibracyjnych.

Obliczenia podane powyżej dają daty w latach radiowęglowych, tj. daty, które reprezentują wiek próbki, gdyby14
C
/12
Stosunek C
był niezmienny historycznie. Chociaż Libby wskazała już w 1955 r. na możliwość, że to założenie było błędne, dopiero gdy zaczęły się nawarstwiać rozbieżności między zmierzonym wiekiem a znanymi datami historycznymi artefaktów, stało się jasne, że należy zastosować poprawkę do wieku radiowęglowego, aby uzyskać daty kalendarzowe.

Aby uzyskać krzywą, którą można wykorzystać do powiązania lat kalendarzowych z latami radiowęglowymi, potrzebna jest sekwencja bezpiecznie datowanych próbek, które można przetestować w celu określenia ich wieku radiowęglowego. Badanie słojów drzew doprowadziło do pierwszej takiej sekwencji: poszczególne kawałki drewna wykazują charakterystyczne sekwencje słojów, różniące się grubością ze względu na czynniki środowiskowe, takie jak ilość opadów w danym roku. Czynniki te wpływają na wszystkie drzewa na danym obszarze, więc badanie sekwencji słojów ze starego drewna pozwala na identyfikację nakładających się sekwencji. W ten sposób nieprzerwana sekwencja słojów może zostać przedłużona daleko w przeszłość. Pierwszą tak opublikowaną sekwencję, opartą na słojach sosny bristlecone, stworzył Wesley Ferguson . Hans Suess wykorzystał te dane do opublikowania pierwszej krzywej kalibracyjnej dla datowania radiowęglowego w 1967 roku. Krzywa ta wykazywała dwa rodzaje odchyleń od linii prostej: długookresową fluktuację z okresem około 9000 lat i krótkoterminową zmienność, często określaną do jako „wiggles”, z okresem dziesięcioleci. Suess powiedział, że narysował linię pokazującą ruchy za pomocą „kosmicznego schwung ”, przez co miał na myśli, że zmiany zostały spowodowane przez siły pozaziemskie. Przez pewien czas nie było jasne, czy ruchy są prawdziwe, czy nie, ale teraz są dobrze ugruntowane. Te krótkotrwałe wahania krzywej kalibracyjnej są obecnie znane jako efekty de Vriesa, po Hessel de Vries .

Krzywa kalibracyjna jest używana przez wzięcie daty radiowęglowej podanej przez laboratorium i odczytanie w poprzek tej daty na pionowej osi wykresu. Punkt, w którym ta pozioma linia przecina krzywą, poda wiek kalendarzowy próbki na osi poziomej. Jest to odwrotność konstrukcji krzywej: punkt na wykresie pochodzi z próbki o znanym wieku, takiej jak słoje; kiedy jest testowany, uzyskany wiek radiowęglowy daje punkt danych dla wykresu.

Krzywa półkuli północnej z IntCal20. Od 2020 r. jest to najnowsza wersja standardowej krzywej kalibracji. Linia ukośna pokazuje, gdzie przebiegałaby krzywa, gdyby wiek radiowęglowy i wiek kalendarzowy były takie same.

W ciągu następnych trzydziestu lat opublikowano wiele krzywych kalibracyjnych przy użyciu różnych metod i podejść statystycznych. Zostały one zastąpione przez serię krzywych IntCal, poczynając od IntCal98, opublikowaną w 1998 i zaktualizowaną w 2004, 2009, 2013 i 2020. Ulepszenia tych krzywych są oparte na nowych danych zebranych z słojów drzew, varves , koralowców , roślin makroskamieniałości , nacieków i otwornic . Dane IntCal20 zawierają oddzielne krzywe dla półkuli północnej i południowej, ponieważ różnią się one systematycznie ze względu na efekt półkuli. Krzywa południowa (SHCAL20) jest oparta na niezależnych danych tam, gdzie to możliwe i wyprowadzona z krzywej północnej przez dodanie średniego przesunięcia dla półkuli południowej, gdzie nie były dostępne żadne bezpośrednie dane. Istnieje również osobna krzywa kalibracji morskiej MARINE20. Dla zestawu próbek tworzących sekwencję o znanym rozdzieleniu w czasie, próbki te tworzą podzbiór krzywej kalibracyjnej. Sekwencję można porównać z krzywą kalibracji i najlepiej dopasować do ustalonej sekwencji. Ta technika „wiggle-matching” może prowadzić do dokładniejszego datowania niż jest to możliwe w przypadku pojedynczych dat radiowęglowych. Wiggle-matching może być stosowany w miejscach, w których na krzywej kalibracyjnej występuje plateau, a zatem może zapewnić znacznie dokładniejszą datę niż są w stanie wytworzyć metody przecięcia lub prawdopodobieństwa. Technika nie ogranicza się do słojów; na przykład, uwarstwiona sekwencja tefry w Nowej Zelandii, uważana za poprzedzającą ludzką kolonizację wysp, została datowana na 1314 r. n.e. ± 12 lat przez dopasowywanie wiggle. Ruchy oznaczają również, że odczytanie daty z krzywej kalibracyjnej może dać więcej niż jedną odpowiedź: dzieje się tak, gdy krzywa porusza się w górę i w dół na tyle, że wiek radiowęglowy przecina krzywą w więcej niż jednym miejscu, co może prowadzić do uzyskania wyniku radiowęglowego. zgłaszane jako dwa oddzielne przedziały wiekowe, odpowiadające dwóm częściom krzywej, którą przechwycił wiek radiowęglowy.

Bayesowskie techniki statystyczne mogą być stosowane, gdy trzeba skalibrować kilka dat radiowęglowych. Na przykład, jeśli seria dat radiowęglowych jest pobierana z różnych poziomów w sekwencji stratygraficznej, analiza bayesowska może być użyta do oceny dat, które są wartościami odstającymi i mogą obliczyć lepsze rozkłady prawdopodobieństwa, na podstawie wcześniejszych informacji, że sekwencja powinna być uporządkowana w czasie . Kiedy wprowadzono analizę bayesowską, jej użycie było ograniczone koniecznością korzystania z komputerów mainframe do wykonywania obliczeń, ale technika ta została od tego czasu zaimplementowana w programach dostępnych na komputery osobiste, takich jak OxCal.

Terminy raportowania

Od czasu datowania pierwszych próbek stosowano kilka formatów cytowania wyników radiowęglowych. Od 2019 r. standardowy format wymagany przez czasopismo Radiocarbon jest następujący.

Daty niekalibrowane należy podawać jako „ laboratorium : rok ± zakres BP”, gdzie:

  • laboratorium identyfikuje laboratorium, które przetestowało próbkę, oraz identyfikator próbki
  • rok oznacza laboratoryjne określenie wieku próbki w latach radiowęglowych
  • zakres jest oszacowanym przez laboratorium błędem wieku, przy poziomie ufności 1σ.
  • „BP” oznacza „ przed teraźniejszością ”, odnosząc się do daty odniesienia 1950, tak więc „500 BP” oznacza rok 1450 AD.

Na przykład nieskalibrowana data „UtC-2020: 3510 ± 60 BP” wskazuje, że próbka została przebadana przez Utrecht van der Graaff Laboratorium („UtC”), gdzie ma numer próbki „2020” i że niekalibrowana wiek wynosi 3510 lat przed obecnym, ± 60 lat. Pokrewne formy są czasami używane: na przykład „10 ka BP” oznacza 10 000 lat radiowęglowych przed teraźniejszością (tj. 8050 pne) i „14
Cyr
BP” można wykorzystać do odróżnienia nieskalibrowanej daty od daty pochodzącej z innej metody datowania, takiej jak termoluminescencja .

Skalibrowany14
Terminy C
są często zgłaszane jako „cal BP”, „cal BC” lub „cal AD”, ponownie z „BP” odnoszącym się do roku 1950 jako daty zerowej. Radiocarbon daje dwie możliwości raportowania dat kalibrowanych. Popularnym formatem jest „kalibracja zaufania do zakresu dat ”, gdzie:

  • zakres-dat to zakres dat odpowiadający danemu poziomowi ufności
  • ufność wskazuje poziom ufności dla danego zakresu dat.

Na przykład „cal 1220-1281 AD (1σ)” oznacza skalibrowaną datę, dla której prawdziwa data leży między 1220 AD a 1281 AD, z poziomem ufności „1 sigma”, czyli około 68% . Skalibrowane daty mogą być również wyrażone jako „BP” zamiast „BC” i „AD”. Krzywa użyta do kalibracji wyników powinna być najnowszą dostępną krzywą IntCal. Kalibrowane daty powinny również identyfikować wszelkie programy, takie jak OxCal, użyte do wykonania kalibracji. Ponadto artykuł w Radiocarbon z 2014 r. dotyczący konwencji raportowania dat radiowęglowych zaleca, aby informacje na temat obróbki próbki, w tym materiał próbki, metody obróbki wstępnej i pomiary kontroli jakości, były podawane; że cytat z oprogramowania użytego do kalibracji powinien określać numer wersji oraz wszelkie zastosowane opcje lub modele; oraz że kalibrowana data powinna być podana wraz z powiązanym prawdopodobieństwem dla każdego zakresu.

Użyj w archeologii

Interpretacja

Kluczowym pojęciem w interpretacji dat radiowęglowych jest powiązanie archeologiczne : jaki jest prawdziwy związek między dwoma lub więcej obiektami na stanowisku archeologicznym? Często zdarza się, że próbkę do datowania radiowęglowego można pobrać bezpośrednio z obiektu zainteresowania, ale jest też wiele przypadków, w których nie jest to możliwe. Na przykład metalowe przedmioty grobowe nie mogą być datowane radiowęglowo, ale można je znaleźć w grobie z trumną, węglem drzewnym lub innym materiałem, który, jak można przypuszczać, został złożony w tym samym czasie. W takich przypadkach data złożenia trumny lub węgla wskazuje na datę złożenia grobu, ze względu na bezpośredni związek funkcjonalny między nimi. Zdarzają się również przypadki, w których nie ma związku funkcjonalnego, ale związek jest dość silny: na przykład warstwa węgla drzewnego w śmietniku zapewnia datę, która ma związek ze śmietnikiem.

Zanieczyszczenie ma szczególne znaczenie przy datowaniu bardzo starego materiału pochodzącego z wykopalisk archeologicznych i wymaga dużej staranności przy doborze i przygotowaniu okazów. W 2014 r. Thomas Higham i współpracownicy zasugerowali, że wiele dat opublikowanych dla neandertalskich artefaktów jest zbyt niedawnych z powodu zanieczyszczenia „młodym węglem”.

Gdy drzewo rośnie, tylko zewnętrzny słoj drzewa wymienia węgiel z otoczeniem, więc wiek zmierzony dla próbki drewna zależy od tego, skąd próbka została pobrana. Oznacza to, że datowanie radiowęglowe na próbkach drewna może być starsze niż data ścięcia drzewa. Ponadto, jeśli kawałek drewna jest używany do wielu celów, może wystąpić znaczne opóźnienie między ścięciem drzewa a jego ostatecznym wykorzystaniem w kontekście, w którym został znaleziony. Często określa się to mianem problemu „ starego drewna ”. Jednym z przykładów jest tor z epoki brązu w Withy Bed Copse w Anglii; tor został zbudowany z drewna, które najwyraźniej zostało przerobione do innych celów przed ponownym użyciem w torze. Innym przykładem jest drewno dryfujące, które może być wykorzystane jako materiał budowlany. Nie zawsze można rozpoznać ponowne użycie. Inne materiały mogą stwarzać ten sam problem: na przykład wiadomo, że bitum był używany przez niektóre społeczności neolityczne do uszczelniania koszy; Wiek radiowęglowy asfaltu będzie wyższy niż jest to możliwe do zmierzenia przez laboratorium, niezależnie od rzeczywistego wieku kontekstu, więc testowanie materiału koszyka da mylący wiek, jeśli nie zostanie zachowana ostrożność. Odrębną kwestią związaną z ponownym użyciem jest kwestia długotrwałego użytkowania lub opóźnionego osadzania. Na przykład drewniany przedmiot, który pozostaje w użyciu przez dłuższy czas, będzie miał pozorny wiek wyższy niż rzeczywisty wiek w kontekście, w którym został zdeponowany.

Użyj poza archeologią

Archeologia nie jest jedyną dziedziną, w której wykorzystuje się datowanie radiowęglowe. Daty radiowęglowe mogą być również wykorzystywane na przykład w geologii, sedymentologii i badaniach jezior. Możliwość datowania minutowych próbek za pomocą AMS oznacza, że ​​paleobotanicy i paleoklimatolodzy mogą stosować datowanie radiowęglowe bezpośrednio na pyłku oczyszczonym z sekwencji osadów lub na niewielkich ilościach materiału roślinnego lub węgla drzewnego. Daty na materiale organicznym odzyskanym z interesujących warstw mogą być wykorzystane do skorelowania warstw w różnych lokalizacjach, które wydają się być podobne pod względem geologicznym. Materiał datujący z jednej lokalizacji dostarcza informacji o dacie z drugiej lokalizacji, a daty są również wykorzystywane do umieszczania warstw na ogólnej osi czasu geologicznego.

Radiowęgiel jest również używany do datowania węgla uwalnianego z ekosystemów, w szczególności do monitorowania uwalniania starego węgla, który był wcześniej przechowywany w glebie w wyniku zakłóceń działalności człowieka lub zmiany klimatu. Ostatnie postępy w technikach zbierania w terenie umożliwiają również datowanie radiowęglowe metanu i dwutlenku węgla , które są ważnymi gazami cieplarnianymi .

Wybitne aplikacje

Granica plejstocenu i holocenu w lesie kopalnym Two Creeks

Plejstocen to epoka geologiczna, która rozpoczęła się około 2,6 miliona lat temu. Holocen , obecna epoka geologiczna, rozpoczyna się około 11 700 lat temu, kiedy kończy się plejstocen. Ustalenie daty tej granicy – ​​która jest definiowana przez gwałtowne ocieplenie klimatu – jak najdokładniej było celem geologów przez większą część XX wieku. W Two Creeks , w stanie Wisconsin, odkryto las kopalny ( stanowy obszar przyrodniczy Two Creeks Buried Forest ), a późniejsze badania wykazały, że zniszczenie lasu było spowodowane przez lodem Valdersa, ostatni ruch lodu na południe przed końcem plejstocen na tym obszarze. Przed pojawieniem się datowania radiowęglowego skamieniałe drzewa datowano, korelując sekwencje corocznie osadzanych warstw osadów w Two Creeks z sekwencjami w Skandynawii. Doprowadziło to do szacunków, że drzewa miały od 24 000 do 19 000 lat, a zatem przyjęto ją za datę ostatniego postępu zlodowacenia Wisconsin , zanim jego ostateczne wycofanie się oznaczało koniec plejstocenu w Ameryce Północnej. W 1952 Libby opublikowała datowanie radiowęglowe dla kilku próbek ze stanowiska Two Creeks i dwóch podobnych stanowisk w pobliżu; daty zostały uśrednione do 11 404 BP ze standardowym błędem 350 lat. Ten wynik był nieskalibrowany, ponieważ potrzeba kalibracji wieku radiowęglowego nie była jeszcze rozumiana. Dalsze wyniki w ciągu następnej dekady potwierdziły średnią datę 11 350 BP, przy czym uważa się, że najdokładniejsze wyniki to średnia 11 600 BP. Początkowo Ernst Antevs , paleobotanik , który pracował nad skandynawską serią warwową , napotkał na opór wobec tych wyników , ale jego obiekcje zostały w końcu odrzucone przez innych geologów. W latach 90. próbki testowano za pomocą AMS, uzyskując (nieskalibrowane) daty w zakresie od 11 640 BP do 11 800 BP, obie ze standardowym błędem 160 lat. Następnie próbka z lasu kopalnego została użyta w teście międzylaboratoryjnym, którego wyniki dostarczyło ponad 70 laboratoriów. Testy te dały medianę wieku 11 788 ± 8 BP (pewność 2σ), co po skalibrowaniu daje zakres dat od 13 730 do 13 550 cal BP. Daty radiowęglowe Two Creeks są obecnie uważane za kluczowy wynik w rozwijaniu współczesnego zrozumienia zlodowacenia Ameryki Północnej pod koniec plejstocenu.

Zwoje znad Morza Martwego

Część Wielkiego Zwoju Izajasza, jednego z Zwojów znad Morza Martwego

W 1947 r. w jaskiniach w pobliżu Morza Martwego odkryto zwoje , które zawierały pismo w języku hebrajskim i aramejskim , z których większość prawdopodobnie została stworzona przez esseńczyków , małą sektę żydowską. Zwoje te mają ogromne znaczenie w badaniu tekstów biblijnych, ponieważ wiele z nich zawiera najwcześniejszą znaną wersję ksiąg Biblii hebrajskiej. Próbka płóciennego opakowania z jednego z tych zwojów, Wielkiego Zwoju Izajasza , została uwzględniona w analizie przeprowadzonej przez Libby w 1955 roku, a jej wiek szacuje się na 1917 ± 200 lat. Na podstawie analizy stylu pisania dokonano szacunków paleograficznych wieku 21 zwojów, a próbki większości z nich, wraz z innymi zwojami, które nie zostały datowane paleograficznie, zostały przetestowane przez dwa laboratoria AMS w latach 90. XX wieku. Wyniki wahały się w przedziale wiekowym od początku IV wieku p.n.e. do połowy IV wieku naszej ery. We wszystkich przypadkach z wyjątkiem dwóch ustalono, że zwoje znajdowały się w ciągu 100 lat od wieku określonego przez paleografię. Zwój Izajasza został włączony do testów i stwierdzono, że ma dwa możliwe zakresy dat na poziomie ufności 2σ, ze względu na kształt krzywej kalibracyjnej w tym punkcie: istnieje 15% szans, że pochodzi z 355 do 295 p.n.e. i 84% szans, że pochodzi z 210-45 p.n.e. Następnie daty te zostały skrytykowane na tej podstawie, że przed testowaniem zwojów były one traktowane nowoczesnym olejem rycynowym , aby ułatwić czytanie pisma; twierdzono, że niedostateczne usunięcie oleju rycynowego spowodowałoby, że daty byłyby zbyt młode. Opublikowano wiele artykułów zarówno popierających, jak i przeciwstawiających się krytyce.

Uderzenie

Wkrótce po opublikowaniu artykułu Libby'ego w Science z 1949 r. uniwersytety na całym świecie rozpoczęły tworzenie laboratoriów datowania radiowęglowego, a pod koniec lat 50. było ich ponad 20.14
Laboratoria badawcze C. Szybko okazało się, że zasady datowania radiowęglowego są ważne, pomimo pewnych rozbieżności, których przyczyny pozostawały wówczas nieznane.

Rozwój datowania radiowęglowego wywarł ogromny wpływ na archeologię – często określaną jako „rewolucja radiowęglowa”. W słowach antropologa R.E. Taylora „14
Dane C umożliwiły światową prehistorię, przyczyniając się do skali czasowej, która wykracza poza granice lokalne, regionalne i kontynentalne”. Zapewniają one dokładniejsze datowanie na stanowiskach niż poprzednie metody, które zwykle wywodzą się albo ze stratygrafii, albo z typologii (np. narzędzi kamiennych lub ceramiki). ; umożliwia również porównywanie i synchronizację zdarzeń na dużych odległościach. Pojawienie się datowania radiowęglowego mogło nawet doprowadzić do lepszych metod terenowych w archeologii, ponieważ lepsze rejestrowanie danych prowadzi do silniejszego powiązania obiektów z testowanymi próbkami. Te ulepszone metody terenowe były czasami motywowane próbami udowodnienia, że14
Data C
była nieprawidłowa. Taylor sugeruje również, że dostępność informacji o określonej dacie uwolniła archeologów od konieczności skupienia tak dużej części energii na określaniu dat ich znalezisk i doprowadziła do rozszerzenia pytań, które archeolodzy byli skłonni badać. Na przykład od lat 70. pytania o ewolucję ludzkich zachowań były znacznie częściej spotykane w archeologii.

Ramy datowania zapewnione przez radiowęgiel doprowadziły do ​​zmiany dominującego poglądu na to, jak innowacje rozprzestrzeniają się w prehistorycznej Europie. Badacze wcześniej myśleli, że wiele idei rozprzestrzeniło się poprzez dyfuzję na kontynencie lub przez najazdy ludzi przynoszących ze sobą nowe idee kulturowe. Kiedy datowanie radiowęglowe zaczęło w wielu przypadkach udowadniać, że te idee są błędne, stało się jasne, że te innowacje musiały czasem powstać lokalnie. Zostało to opisane jako „druga rewolucja radiowęglowa”, a odnosząc się do brytyjskiej prehistorii, archeolog Richard Atkinson scharakteryzował wpływ datowania radiowęglowego jako „radykalną… terapię” na „postępującą chorobę inwazji”. Mówiąc szerzej, sukces datowania radiowęglowego pobudził zainteresowanie analitycznymi i statystycznymi podejściami do danych archeologicznych. Taylor opisał również wpływ AMS i możliwość uzyskania dokładnych pomiarów z bardzo małych próbek, jako zapoczątkowanie trzeciej rewolucji radiowęglowej.

Czasami techniki datowania radiowęglowego datują obiekt, który cieszy się popularnością, na przykład Całun Turyński , kawałek płótna, który według niektórych nosi wizerunek Jezusa Chrystusa po jego ukrzyżowaniu. Trzy oddzielne laboratoria datowały próbki lnu z Całunu w 1988 roku ; wyniki wskazywały na XIV-wieczne pochodzenie, budząc wątpliwości co do autentyczności całunu jako rzekomego reliktu z I wieku.

Naukowcy zbadali inne izotopy promieniotwórcze wytworzone przez promieniowanie kosmiczne, aby ustalić, czy można je również wykorzystać do datowania obiektów o znaczeniu archeologicznym; takie izotopy obejmują3
On
,10
Być
,21
Nie
,26
Al
, i36
Cl
. Wraz z rozwojem AMS w latach 80. możliwe stało się zmierzenie tych izotopów na tyle precyzyjnie, aby stały się one podstawą użytecznych technik datowania, stosowanych przede wszystkim do datowania skał. Naturalnie występujące izotopy promieniotwórcze mogą również stanowić podstawę metod datowania, takich jak datowanie potasowo-argonowe , argonowo-argonowe i uranowe . Inne techniki datowania interesujące archeologów to termoluminescencja , optycznie stymulowana luminescencja , elektronowy rezonans spinowy i datowanie śladów rozszczepienia , a także techniki zależne od rocznych pasm lub warstw, takie jak dendrochronologia , tefrochronologia i chronologia varve .

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Ten artykuł został przesłany do WikiJournal of Science do zewnętrznej recenzji naukowej w 2017 r. ( raporty recenzentów ). Zaktualizowana treść została ponownie zintegrowana ze stroną Wikipedii na licencji CC-BY-SA-3.0 ( 2018 ). Recenzowana wersja nagrania to: Mike Christie; i in. (1 czerwca 2018). „Datowanie radiowęglowe” (PDF) . WikiJournal of Science . 1 (1): 6. doi : 10.15347/WJS/2018.006 . ISSN  2470-6345 . Wikidane  Q55120317 .

  1. ^ ab Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 268.
  2. ^ Korff, SA (1940). „O wkładzie w jonizację na poziomie morza wytwarzaną przez neutrony w promieniowaniu kosmicznym”. Dziennik Instytutu Franklina . 230 (6): 777–779. Kod Bibcode : 1940TeMAE..45..133K . doi : 10.1016/s0016-0032(40)90838-9 .
  3. ^ ab Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 269.
  4. ^ a b „Datowanie radiowęglowe – Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne” . Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne . Pobrano 09.10.2016 .
  5. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q Bowman (1995), s. 9–15.
  6. ^ Libby, WF (1946). „Atmosferyczny hel trzy i radiowęgiel z promieniowania kosmicznego”. Przegląd fizyczny . 69 (11–12): 671–672. Kod Bibcode : 1946PhRv...69..671L . doi : 10.1103/PhysRev.69.671.2 .
  7. ^ Anderson, WE; Libby, WF; Weinhouse, S.; Reid, AF; Kirshenbaum, AD; Grosse, AV (1947). „Radiowęgiel z promieniowania kosmicznego”. Nauka . 105 (2765): 576-577. Kod Bibcode : 1947Sci...105..576A . doi : 10.1126/science.105.2735.576 . PMID  17746224 .
  8. ^ Arnold, JR; Libby, WF (1949). „Określenie wieku na podstawie zawartości radiowęgla: kontrole z próbkami o znanym wieku” . Nauka . 110 (2869): 678–680. Kod Bibcode : 1949Sci...110..678A . doi : 10.1126/nauka.110.2869.678 . JSTOR  1677049 . PMID  15407879 .
  9. ^ Aitken (1990), s. 60-61.
  10. ^ Jull, AJT; Pearson, CL; Taylor, RE; Southon, JR; Santos, dyrektor generalny; Kohl, CP; Hajdas, I.; Molnar, M.; Baisan, C.; Lange, TE; Cruz, R.; Janović, R.; Major I. (2018). „Datowanie radiowęglowe i wzajemne porównanie niektórych wczesnych historycznych próbek radiowęglowych”. Radiowęgiel . 60 (2): 535–548. doi : 10.1017/RDC.2018.18 . S2CID  134723966 .
  11. ^ „Metoda” . www.c14randki.com . Pobrano 09.10.2016 .
  12. ^ ab Russell, Nicola (2011) . Morskie zbiorniki radiowęglowe (MRE) w archeologii: zmiany czasowe i przestrzenne w holocenie w środowisku przybrzeżnym Wielkiej Brytanii (praca doktorska) (PDF) . Glasgow, Szkocja Wielka Brytania: Uniwersytet w Glasgow. p. 16 . Źródło 11 grudnia 2017 .
  13. ^ Bianchi i Canuel (2011), s. 35.
  14. ^ abc Lal , D .; Jull, AJT (2001). „Kosmogeniczny in situ14
    C
    : produkcja i przykłady jej unikalnych zastosowań w badaniach procesów ziemskich i pozaziemskich”
    . Radiowęgiel . 43 (2B): 731–742. doi : 10.1017/S0033822200041394 .
  15. ^ b Queiroz -Alves, Eduardo; Makario, Kita; Ascough, Filippa; Bronk Ramsey, Christopher (2018). „Światowy efekt morskiego zbiornika radiowęglowego: definicje, mechanizmy i perspektywy” (PDF) . Recenzje Geofizyki . 56 (1): 278–305. Kod Bibcode : 2018RvGeo..56..278A . doi : 10.1002/2017RG000588 . S2CID  59153548 .
  16. ^ abc Tsipenyuk (1997), s . 343.
  17. ^ ab Currie , Lloyd A. (2004). „Niezwykła historia metrologiczna datowania radiowęglowego II” . Journal of Research Narodowego Instytutu Standardów i Technologii . 109 (2): 185–217. doi : 10.6028/jres.109.013 . PMC  4853109 . PMID  27366605 .
  18. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 33.
  19. ^ Libby (1965), s. 42.
  20. ^ Aitken (1990), s. 59.
  21. ^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi S.; Audi, G. (2021). „Ocena właściwości jądrowych NUBASE2020” (PDF) . Fizyka chińska C . 45 (3): 030001-22. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  22. ^ a b c def g h Aitken (1990), s. 61-66 .
  23. ^ abc Aitken (1990), s. 92-95 .
  24. ^ ab Bowman (1995), s . 42.
  25. ^ Engelkemeir, Antoinette G.; Hamilla, WH; Inghram, Mark G.; Libby, WF (1949). „Okres półtrwania radiowęgla ( C14 )”. Przegląd fizyczny . 75 (12): 1825. Kod Bib : 1949PhRv...75.1825E . doi : 10.1103/PhysRev.75.1825 .
  26. ^ Frederick Johnson (1951). "Wstęp". Pamiętniki Towarzystwa Archeologii Amerykańskiej (8): 1–19. JSTOR  25146610 .
  27. ^ H. Godwin (1962). „Okres półtrwania radiowęgla”. Natura . 195 (4845): 984. Kod Bib : 1962Natur.195..984G . doi : 10.1038/195984a0 . S2CID  27534222 .
  28. ^ J.van der Plicht i A.Hogg (2006). „Uwaga dotycząca raportowania radiowęglowego” (PDF) . Geochronologia czwartorzędu . 1 (4): 237–240. doi : 10.1016/j.quageo.2006.07.001 . Źródło 9 grudnia 2017 .
  29. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 287.
  30. ^ abc Reimer , Paula J.; Bard, Edward; Bayliss, Alex; Beck, J. Warren; Blackwell, Paul G.; Ramsey, Christopher Bronk; Buck, Caitlin E.; Cheng, Hai; Edwards, R. Lawrence (2013). „Krzywe kalibracji wieku radiowęglowego IntCal13 i Marine13 0-50 000 lat cal BP” . Radiowęgiel . 55 (4): 1869-1887. doi : 10.2458/azu_js_rc.55.16947 . ISSN  0033-8222 .
  31. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 26-27.
  32. ^ Post (2001), s. 128-129.
  33. ^ Aitken (2003), s. 506.
  34. ^ Warneck (2000), s. 690.
  35. ^ Ferronsky i Poliakow (2012), s. 372.
  36. ^ a b c def g Bowman ( 1995), s. 24-27.
  37. ^ abc Cronin ( 2010), s. 35.
  38. ^ ab Hua , Quan; Barbetti, Mike; Rakowski, Andrzej Z. (2013). „Atmosferyczny radiowęgiel za okres 1950-2010” . Radiowęgiel . 55 (4): 2059-2072. doi : 10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177 . ISSN  0033-8222 .
  39. ^ a b c def g Bowman ( 1995), s. 16–20.
  40. ^ ab c Suess (1970), s . 303.
  41. ^ abc Taylor i Bar- Yosef (2014), s. 50-52.
  42. ^ abcd Bowman ( 1995 ), s. 43-49 .
  43. ^ ab Aitken ( 1990), s. 71-72.
  44. ^ „Traktat zakazujący testów broni jądrowej w atmosferze, w przestrzeni kosmicznej i pod wodą” . Departament Stanu USA . Źródło 2 lutego 2015 .
  45. ^ a b c def g Bowman ( 1995), s. 20-23.
  46. ^ abcdef Maslin i Swann (2006), s . 246.
  47. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 125.
  48. ^ Dass (2007), s. 276.
  49. ^ Schoeninger (2010), s. 446.
  50. ^ ab Libby (1965), s . 6.
  51. ^ ab Hogg , AG; Hua, Q.; Blackwell, PG; Niu, M.; Buck, CE; Guilderson, TP; Heaton, TJ; Palmera, JG; Reimera, PJ; Reimera, RW; Turney'a, CSM; Zimmerman, SRH (2013). „SHCal13 kalibracja półkuli południowej, 0-50 000 lat cal BP”. Radiowęgiel . 55 (4): 1889-1903. doi : 10.2458/azu_js_rc.55.16783 . S2CID  59269731 .
  52. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 74-75.
  53. ^ Pasquier-Cardina i in. (1999), s. 200-201.
  54. ^ Aitken (1990), s. 85-86.
  55. ^ abcdef Bowman ( 1995 ), s. 27-30 .
  56. ^ abcdef Aitken ( 1990 ), s. 86-89 .
  57. ^ Silar (2004), s. 166.
  58. ^ Bowman (1995), s. 37-42.
  59. ^ a b c def g h Bowman (1995), s . 31-37.
  60. ^ abcde Aitken ( 1990 ), s. 76-78 .
  61. ^ Trumbore (1996), s. 318.
  62. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 103-104.
  63. ^ Walker (2005), s. 20.
  64. ^ ab Walker ( 2005), s. 23.
  65. ^ Killick (2014), s. 166.
  66. ^ Malainey (2010), s. 96.
  67. ^ Theodorsson (1996), s. 24.
  68. ^ L'Annunziata i Kessler (2012), s. 424.
  69. ^ ab Eriksson Stenström et al. (2011), s. 3.
  70. ^ ab Aitken ( 1990), s. 82-85.
  71. ^ Wiebert (1995), s. 16.
  72. ^ Tuniz, Zoppi i Barbetti (2004), s. 395.
  73. ^ abc McNichol , AP ; Jull, ATS; Burr, GS (2001). „Konwersja danych AMS do wartości radiowęglowych: rozważania i konwencje” . Radiowęgiel . 43 (2A): 313–320. doi : 10.1017/S0033822200038169 .
  74. ^ Terasmae (1984), s. 5.
  75. ^ L'Annunziata (2007), s. 528.
  76. ^ a b „Obliczenia danych radiowęglowych: NOSAMS” . Instytucja Oceanograficzna Woods Hole. 2007 . Pobrano 27 sierpnia 2013 .
  77. ^ Bowman (1995), s. 38-39.
  78. ^ Taylor (1987), s. 125-126.
  79. ^ Bowman (1995), s. 40-41.
  80. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 155.
  81. ^ ab Aitken ( 1990), s. 66–67.
  82. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 59.
  83. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 53-54.
  84. ^ a b Heaton, Timothy J.; Blaauw, Maarten; Blackwell, Paul G.; Ramsey, Christopher Bronk; Reimer, Paula J.; Scott, E. Marian (sierpień 2020). „Podejście IntCal20 do konstrukcji krzywych kalibracji radiowęglowej: nowa metodologia wykorzystująca splajny bayesowskie i błędy w zmiennych” . Radiowęgiel . 62 (4): 821–863. doi : 10.1017/RDC.2020.46 . ISSN  0033-8222 .
  85. ^ Stuiver, M.; Braziunasa, TF (1993). „Modelowanie atmosfery14
    C
    wpływa i14
    C
    wiek próbek morskich do 10 000 pne”
    . Radiowęgiel . 35 (1): 137-189. doi : 10.1017/s0033822200013874 .
  86. ^ Hogg, Alan G .; Heaton, Timothy J.; Hua, Quan; Palmer, Jonathan G.; Turney'a, Chrisa SM; Southon, John; Bayliss, Alex; Blackwell, Paul G.; Boswijk, Małgosia; Ramsey, Christopher Bronk; Pearson, Charlotte (sierpień 2020). „Kalibracja półkuli południowej SHCal20, 0–55 000 lat BP” . Radiowęgiel . 62 (4): 759–778. doi : 10.1017/RDC.2020.59 . ISSN  0033-8222 .
  87. ^ Heaton, Timothy J.; Kohler, Peter; Butzin, Martin; Bard, Edward; Reimer, Ron W.; Austin, William EN; Ramsey, Christopher Bronk; Grootes, Pieter M.; Hughen, Konrad A.; Kromer, Bernd; Reimer, Paula J. (sierpień 2020). „Marine20 — krzywa kalibracji wieku radiowęglowego morskiego (0–55 000 cal BP)” . Radiowęgiel . 62 (4): 779–820. doi : 10.1017/RDC.2020.68 . ISSN  0033-8222 .
  88. ^ ab Walker ( 2005), s. 35-37.
  89. ^ Guilderson, Tom; Reimera, Pauli; Brown, Tom (21 stycznia 2005). „Boon i zmora datowania radiowęglowego” . Nauka . 307 (5708): 363. doi : 10.1126/science.1104164 . JSTOR  3840039 . PMID  15661996 . S2CID  128466798 .
  90. ^ Aitken (1990), s. 103-105.
  91. ^ Walker (2005), s. 207-209.
  92. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 148-149.
  93. ^ a b c „Radiowęgiel: informacje dla autorów” (PDF) . Radiowęgiel . Uniwersytet Arizony. 25 maja 2011. s. 5-7. Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 10 sierpnia 2013 . Źródło 1 stycznia 2014 .
  94. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 29.
  95. ^ Millard, Andrew R. (2014). „Konwencje dotyczące zgłaszania oznaczeń radiowęglowych” (PDF) . Radiowęgiel . 56 (2): 555–559. doi : 10.2458/56.17455 .
  96. ^ Mook i Waterbolk (1985), s. 48-49.
  97. ^ Higham, T.; i in. (2014). „Czas i czasoprzestrzenne wzorcowanie zniknięcia neandertalczyka”. Natura . 512 (7514): 306–309. Kod Bibcode : 2014Natur.512..306H . doi : 10.1038/nature13621 . PMID  25143113 . S2CID  205239973 .
  98. ^ ab Bowman (1995), s. 53-54 .
  99. ^ Godwin, Harry (1961). „The Croonian Wykład: datowanie radiowęglowe i historia czwartorzędu w Wielkiej Brytanii”. Proceeding of the Royal Society of London B: Nauki biologiczne . 153 (952): 287–320. Kod bib : 1961RSPSB.153..287G . doi : 10.1098/rspb.1961.0001 . S2CID  140692260 .
  100. ^ Dziekan, Joshua F .; Garnett, Mark H.; Spyrakos, Evangelos; Billett, Michael F. (2019). „Potencjalny ukryty wiek rozpuszczonego węgla organicznego eksportowanego przez strumienie torfowiskowe” . Journal of Geophysical Research: Biogeosciences . 124 (2): 328-341. Kod Bibcode : 2019JGRG..124..328D . doi : 10.1029/2018JG004650 . ISSN  2169-8953 .
  101. ^ Starszy, Clayton D.; Xu, Xiaomei; Walker, Jennifer; Schnell, Jordan L.; Hinkel, Kenneth M.; Townsend-Mały, Amy; Arp, Christopher D.; Pohlman, John W.; Gaglioti, Benjamin V. (2018). „Emisje gazów cieplarnianych z różnych arktycznych jezior Alaski są zdominowane przez młody węgiel” . Zmiany klimatu przyrody . 8 (2): 166–171. Kod bib : 2018NatCC...8..166E . doi : 10.1038/s41558-017-0066-9 . ISSN  1758-678X . S2CID  90232027 .
  102. ^ Dziekan, Joshua F .; Billett, Michael F.; Murray, Callum; Garnett, Mark H. (2017). „Starożytny rozpuszczony metan w wodach śródlądowych ujawniony nową metodą zbierania przy niskich stężeniach w terenie do analizy radiowęgla (14 C)” . Badania wody . 115 : 236-244. doi : 10.1016/j.watres.2017.03.09 . PMID  28284090 .
  103. ^ abcd Taylor & Bar- Yosef (2014), s. 34-37 .
  104. ^ Bousman i Vierra (2012), s. 4.
  105. ^ ab Macdougall (2008), s. 94-95 .
  106. ^ abc Taylor i Bar- Yosef (2014), s. 38-42.
  107. ^ Libby (1965), s. 84.
  108. ^ Taylor i Bar-Yosef (2014), s. 288.
  109. ^ Taylor (1997), s. 70.
  110. ^ ab Taylor ( 1987), s. 143-146.
  111. ^ Renfrew (2014), s. 13.
  112. ^ Walker (2005), s. 77-79.
  113. ^ Walker (2005), s. 57-77.
  114. ^ Walker (2005), s. 93-162.

Źródła

  • Aitken, MJ (1990). Datowanie naukowe w archeologii . Londyn: Longman. ISBN 978-0-582-49309-4.
  • Aitken, Martin J. (2003). „Datowanie radiowęglowe”. W Ellis, Linda (red.). Metoda i teoria archeologiczna . Nowy Jork: wydawnictwo Garland. s. 505–508.
  • Bianchi, Thomas S .; Canuel, Elżbieta A. (2011). Markery chemiczne w ekosystemach wodnych . Princeton: Wydawnictwo Uniwersytetu Princeton. ISBN 978-0-691-13414-7.
  • Bousman, C. Britt; Vierra, Bradley J. (2012). „Chronologia, otoczenie i widoki terminalu plejstocenu i wczesnego holocenu przejścia kulturowe w Ameryce Północnej”. W Bousman, C. Britt; Vierra, Bradley J. (red.). Od plejstocenu do holocenu: organizacja ludzka i przemiany kulturowe w prehistorycznej Ameryce Północnej . College Station, Teksas: Texas A&M University Press. s. 1-15. ISBN 978-1-60344-760-7.
  • Bowman, Sheridan (1995) [1990]. Datowanie radiowęglowe . Londyn: British Museum Press. ISBN 978-0-7141-2047-8.
  • Cronin, Thomas M. (2010). Paleoklimaty: Zrozumienie przeszłości i teraźniejszości zmian klimatu . Nowy Jork: Wydawnictwo Uniwersytetu Columbia. ISBN 978-0-231-14494-0.
  • Dass, Chabil (2007). Podstawy współczesnej spektrometrii mas . Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-68229-5.
  • Eriksson Stenström, Kristina; Skog, Goran; Georgiadou, Elisavet; Genberg, Johan; Johansson, Anette (2011). Przewodnik po jednostkach radiowęglowych i obliczeniach . Lund: Uniwersytet w Lund.
  • Ferrońskiego, VI; Poliakow, VA (2012). Izotopy hydrosfery Ziemi . Nowy Jork: Springer. ISBN 978-94-007-2855-4.
  • Killick, David (2014). „Korzystanie z dowodów z nauk przyrodniczych w archeologii”. W Chapmanie, Robercie; Alison, Wylie (wyd.). Materiał dowodowy: Uczenie się z praktyki archeologicznej . Abingdon, Wielka Brytania: Routledge. s. 159–172. ISBN 978-0-415-83745-3.
  • L'Annunziata, Michael F. (2007). Radioaktywność: wprowadzenie i historia . Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-444-52715-8.
  • L'Annunziata, Michael F.; Kessler, Michael J. (2012). „Płynna analiza scyntylacyjna: zasady i praktyka”. W L'Annunziata, Michael F. (red.). Podręcznik analizy radioaktywności (3rd ed.). Oxford: prasa akademicka. s. 423-573. doi : 10.1016/b978-012436603-9/5010-7 . ISBN 978-0-12-384873-4.
  • Libby, Willard F. (1965) [1952]. Datowanie radiowęglowe (wyd. 2 (1955)). Chicago: Phoenix.
  • Macdougall, Doug (2008). Zegary natury: jak naukowcy mierzą wiek prawie wszystkiego . Berkeley, Kalifornia: University of California Press. ISBN 978-0-520-24975-2.
  • Malainey, Mary E. (2010). Przewodnik konsumenta po naukach archeologicznych . Nowy Jork: Springer. ISBN 978-1-4419-5704-7.
  • Marra, Jan (2019). Gorący węgiel: węgiel-14 i rewolucja w nauce . Wydawnictwo Uniwersytetu Columbia. ISBN 9780231186704.
  • Maslin, Mark A.; Swann, George EA (2006). „Izotopy w osadach morskich”. W Leng, Melanie J. (red.). Izotopy w badaniach paleośrodowiskowych . Dordrecht: Springer. s.  227-290 . doi : 10.1007/1-4020-2504-1_06 . ISBN 978-1-4020-2503-7.
  • Mook, WG; Waterbolk, HT (1985). Podręczniki dla archeologów: Nr 3: Datowanie radiowęglowe . Strasburg: Europejska Fundacja Nauki. ISBN 978-2-903148-44-7.
  • Post, Wilfred M. (2001). "Obieg węgla". W Goudie, Andrew; Mankiet, David J. (red.). Encyclopedia of Global Change: Environmental Change and Human Society, tom 1 . Oksford: Oxford University Press. s. 127–130. ISBN 978-0-19-514518-2.
  • Renfrew, Colin (2014). "Przedmowa". W Taylor, RE; Bar-Yosef, Ofer (wyd.). Datowanie radiowęglowe . Walnut Creek, Kalifornia: Lewe Wybrzeże Press. s. 12–14. ISBN 978-1-59874-590-0.
  • Schoeninger, Margaret J. (2010). „Odbudowa diety i ekologia przy użyciu stabilnych proporcji izotopów”. W Larsen, Clark Spencer (red.). Towarzysz antropologii biologicznej . Oksford: Blackwell. s.  445-464 . doi : 10.1002/9781444320039.ch25 . ISBN 978-1-4051-8900-2.
  • Šilar, styczeń (2004). „Zastosowanie środowiskowych radionuklidów w radiochronologii: Radiowęgiel”. W Tykwa, Richard; Berg, Dieter (red.). Promieniotwórczość sztuczna i naturalna w zanieczyszczeniu środowiska i radioochronologii . Dordrecht: Wydawnictwo Akademickie Kluwer. s. 150–179. ISBN 978-1-4020-1860-2.
  • Suess, ON (1970). „Kalibracja Bristlecone-sosna radiowęglowej skali czasu 5200 pne do chwili obecnej”. W Olsson, Ingrid U. (red.). Zmiany radiowęglowe i chronologia absolutna . Nowy Jork: John Wiley i synowie. s. 303–311.
  • Taylor, RE (1987). Datowanie radiowęglowe . Londyn: prasa akademicka. ISBN 978-0-12-433663-6.
  • Taylor, RE (1997). „Datowanie radiowęglowe”. W Taylor, RE; Aitken, Martin J. (red.). Datowanie chronometryczne w archeologii . Nowy Jork: Plenum Press. s. 65-97. ISBN 978-0-306-45715-9.
  • Taylor, RE; Bar-Yosef, Ofer (2014). Datowanie radiowęglowe (wyd. 2). Walnut Creek, Kalifornia: Lewe Wybrzeże Press. ISBN 978-1-59874-590-0.
  • Terasmae, J. (1984). „Datowanie radiowęglowe: niektóre problemy i potencjalne zmiany”. W Mahaney, WC (red.). Czwartorzędowe metody datowania . Amsterdam: Elsevier. s.  1-15 . ISBN 978-0-444-42392-4.
  • Theodorsson, Páll (1996). Pomiar słabej radioaktywności . Singapur: Światowe Wydawnictwo Naukowe. ISBN 978-9810223151.
  • Trumbore, Susan E. (1996). „Zastosowania akceleratorowej spektrometrii masowej do gleboznawstwa”. W Boutton Thomas W.; Yamasaki, Shin-ichi (wyd.). Spektrometria masowa gleb . Nowy Jork: Marcel Dekker. s. 311-340. ISBN 978-0-8247-9699-0.
  • Cipenyuk, Jurij M. (1997). Metody jądrowe w nauce i technice . Bristol, Wielka Brytania: Institute of Physics Publishing. ISBN 978-0750304221.
  • Tuniz, C.; Zoppi, U.; Barbetti, M. (2004). „Datowanie radionuklidów w archeologii metodą spektrometrii masowej akceleratora”. W Martini, M.; Milazzo, M.; Piacentini, M. (red.). Metody fizyczne w archeologii . Amsterdam: prasa IOS. s. 385-405. ISBN 978-1-58603-424-5.
  • Walker, Mike (2005). Czwartorzędowe metody datowania (PDF) . Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-86927-7. Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 13 października 2017 r.
  • Warneck, Piotr (2000). Chemia Atmosfery Naturalnej . Londyn: prasa akademicka. ISBN 978-0-12-735632-7.
  • Wiebert, Anders (1995). Rozwój systemu Lund AMS i ocena nowej techniki wykrywania AMS . Lund: Uniwersytet w Lund.

Zewnętrzne linki