Radiocarbon-datering er en af de mest kendte arkæologiske dateringsteknikker tilgængelig for forskere, og de mange mennesker i offentligheden har i det mindste hørt om det. Men der er mange misforståelser om, hvordan radiocarbon fungerer, og hvor pålidelig en teknik det er.
Radiocarbon-datering blev opfundet i 1950'erne af den amerikanske kemiker Willard F. Libby og et par af hans studerende ved University of Chicago: I 1960 vandt han en Nobelpris i kemi for opfindelsen. Det var den første absolutte videnskabelige metode, der nogensinde er opfundet: det vil sige, teknikken var den første, der tillader en forsker at bestemme, hvor længe siden et organisk objekt døde, om det er i sammenhæng eller ikke. Genert for et datostempel på et objekt, det er stadig den bedste og mest nøjagtige af datingteknikker, der er udtænkt.
Hvordan fungerer radiocarbon?
Alle levende ting udveksler gassen Carbon 14 (C14) med atmosfæren omkring dem - dyr og planter udveksler kulstof 14 med atmosfæren, fisk og koraller udveksler kulstof med opløst C14 i vandet. Gennem hele et dyrs eller plantes levetid er mængden af C14 perfekt afbalanceret med dens omgivelser. Når en organisme dør, brydes den ligevægt. C14 i en død organisme falder langsomt med en kendt hastighed: dens "halveringstid".
Halveringstiden for en isotop ligesom C14 er den tid det tager for halvdelen af det at forfalde: i C14, hvert 5.730 år, er halvdelen af det væk. Så hvis du måler mængden af C14 i en død organisme, kan du finde ud af, hvor længe siden det ophørte med at udveksle kulstof med sin atmosfære. Under relativt uberørte forhold kan et radiocarbonlaboratorium måle mængden af radiocarbon nøjagtigt i en død organisme for så længe som for 50.000 år siden; efter dette er der ikke nok C14 tilbage til at måle.
Træringe og radiocarbon
Der er dog et problem. Kulstof i atmosfæren svinger med styrken af jordens magnetiske felt og solaktivitet. Du skal vide, hvordan det atmosfæriske kulstofniveau (radiocarbon 'reservoiret) var på det tidspunkt af en organismes død for at kunne beregne, hvor meget tid der er gået siden organismen døde. Hvad du har brug for er en lineal, et pålideligt kort til reservoiret: med andre ord et organisk sæt objekter, som du har kan sikkert fastlægge en dato på, måle dens C14-indhold og således etablere basislinjereservoiret i et givet år.
Heldigvis har vi et organisk objekt, der sporer kulstof i atmosfæren på en årlig basis: træ ringe. Træerne opretholder carbon 14-ligevægten i deres vækstringe - og træer producerer en ring for hvert år de lever. Selvom vi ikke har nogen 50.000 år gamle træer, har vi overlappende træringssæt tilbage til 12.594 år. Så med andre ord, vi har en temmelig solid måde at kalibrere rå radiocarbon-datoer i de seneste 12.594 år af vores planetens fortid.
Men inden dette er der kun fragmentariske data tilgængelige, hvilket gør det meget vanskeligt at definitivt datere noget, der er ældre end 13.000 år. Pålidelige estimater er mulige, men med store +/- faktorer.
Søgningen efter kalibreringer
Som du måske forestiller dig, har forskere forsøgt at opdage andre organiske genstande, der kan dateres sikkert støt siden Libbys opdagelse. Andre undersøgte organiske datasæt har inkluderet varver (lag i sedimentær sten, der blev lagt ned hvert år og indeholder organiske materialer, dybhavskoraller, speleothems (hulaflejringer) og vulkanske tepraer; men der er problemer med hver af disse metoder. Hulaflejringer og varver har potentialet til at inkludere gammelt kulstof i jorden, og der er endnu ikke løst problemer med svingende mængder C14 i koraller på havet.
Fra 1990'erne begyndte en koalition af forskere ledet af Paula J. Reimer af CHRONO Center for Klima, Miljø og Kronologipå Queen's University Belfast begyndte at bygge et omfattende datasæt og kalibreringsværktøj, som de først kaldte CALIB. Siden den tid er CALIB, nu omdøbt til IntCal, blevet raffineret flere gange. IntCal kombinerer og forstærker data fra træringe, iskerner, tephra, koraller og speleothemer til komme med et markant forbedret kalibreringssæt til c14-datoer mellem 12.000 og 50.000 år siden. De seneste kurver blev ratificeret ved 21. International Radiocarbon-konference i juli 2012.
Lake Suigetsu, Japan
I løbet af de sidste par år er Lake Suigetsu i Japan en ny potentiel kilde til yderligere raffinering af radiocarbon-kurver. Lake Suigetsus årligt dannede sedimenter indeholder detaljerede oplysninger om miljøændringer i de sidste 50.000 år, som radiokarbon-specialist PJ Reimer mener vil være så god som og måske bedre end prøver af kerner fra det Grønlands isark.
Forskerne Bronk-Ramsay et al. rapporter 808 AMS-datoer baseret på sedimentvarver målt ved tre forskellige radiokarbonlaboratorier. Datoerne og de tilsvarende miljøændringer lover at foretage direkte sammenhænge mellem andre centrale klimaregistreringer, der tillader forskere som Reimer at finkalibrere radiocarbon-datoer mellem 12.500 og den praktiske grænse for c14-datering af 52,800.
Konstanter og grænser
Reimer og kolleger påpeger, at IntCal13 bare er det nyeste inden for kalibreringssæt, og at yderligere forbedringer forventes. I IntCal09's kalibrering opdagede de for eksempel bevis for, at der under den yngre Dryas (12.550-12.900 cal BP) var nedlukning eller i det mindste en stejl reduktion af dannelsen af det nordatlantiske dybvand, hvilket helt sikkert var en afspejling af klimaændringer; de måtte smide data for den periode ud fra Nordatlanten og bruge et andet datasæt. Dette skulle give interessante resultater fremover.
Kilder
- Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. En komplet terrestrisk radiocarbonrekord for 11,2 til 52,8 kyr B.P. Videnskab 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Atmosfærisk videnskab. Raffinering af radiocarbon-tidsskalaen. Videnskab 338(6105):337-338.
- Reimer PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M et al. 2013. IntCal13 og Marine13 Radiocarbon Age Kalibreringskurver 0–50.000 år cal BP. radiocarbon 55(4):1869–1887.
- Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et al. 2009. IntCal09 og Marine09 kalibreringskurver for radiocarbonalder, 0-50.000 år cal BP.radiocarbon 51(4):1111-1150.
- Stuiver M og Reimer PJ. 1993. Udvidet C14-database og revideret Calib 3.0 c14-alderskalibreringsprogram. radiocarbon 35(1):215-230.