Phân tích radiocarbon là gì?

Phân tích Radiocarbon đã làm thay đổi nhận thức của chúng ta về 50.000 năm qua. Giáo sư Willard Libby lần đầu tiên chứng minh nó vào năm 1949, sau đó ông đã được trao giải Nobel.

Phương pháp hẹn hò

Bản chất của phân tích radiocarbon là so sánh ba đồng vị khác nhau của cacbon. Các đồng vị của một nguyên tố đặc biệt có cùng số proton trong hạt nhân, nhưng một số neutron khác nhau. Điều này có nghĩa là, với sự tương đồng hóa học rất lớn, chúng có khối lượng khác nhau.

Tổng khối lượng của một đồng vị được biểu thị bằng một chỉ số số. Trong khi các đồng vị nhẹ ¹² C và ¹³ C ổn định, đồng vị nặng nhất ¹⁴ C (radiocarbon) là phóng xạ. Cốt lõi của nó là quá lớn mà nó là không ổn định.

Với thời gian, ¹⁴ C - cơ sở của phân tích radiocarbon - phân hủy thành nitơ ¹⁴ N. Hầu hết cacbon-14 được tạo ra ở tầng trên, nơi các neutron, được hình thành dưới tác động của tia vũ trụ, phản ứng với các nguyên tử là ¹⁴ N.

Sau đó, nó bị oxy hóa trong ¹⁴ CO ₂ , đi vào khí quyển và trộn với ¹² CO ₂ và ¹³ CO ₂ . Carbon dioxide được các nhà máy sử dụng trong quá trình quang hợp và từ đó nó đi qua chuỗi thức ăn. Do đó, bất kỳ thực vật và động vật nào trong chuỗi này (bao gồm cả con người) sẽ có một lượng ¹⁴ C tương đương so với ¹² C trong khí quyển (tỷ lệ ¹⁴ C: ¹² C).

Hạn chế Phương pháp

Khi sinh vật chết, các mô không còn được thay thế, và sự phân rã phóng xạ của ¹⁴ C trở nên rõ ràng. Trong 55 nghìn năm ¹⁴ C phân hủy rất nhiều đến nỗi vẫn không thể đo được khối lượng của nó.

Phân tích radiocarbon là gì? Sự phân rã phóng xạ có thể được sử dụng như là một "đồng hồ", vì nó không phụ thuộc vào điều kiện vật chất (ví dụ như nhiệt độ) và hóa học (ví dụ, hàm lượng nước). Trong 5,730 năm, một nửa trong 14C chứa trong mẫu phân rã.

Do đó, nếu tỷ số ¹⁴ C: ¹² C được biết đến vào thời điểm cái chết và tỷ số ngày nay, thì có thể tính toán được bao nhiêu thời gian đã trôi qua. Thật không may, nó không phải là dễ dàng để xác định chúng.

Phân tích Radiocarbon: lỗi

Lượng ¹⁴ C trong khí quyển, do đó, ở thực vật và động vật, không phải lúc nào cũng không đổi. Ví dụ, nó thay đổi tùy thuộc vào bao nhiêu tia vũ trụ đến Trái Đất. Nó phụ thuộc vào hoạt động của mặt trời và từ trường của hành tinh chúng ta.

May mắn thay, có thể đo được các dao động trong các mẫu được ghi ngày bằng các phương pháp khác. Có thể tính được các vòng tròn hàng năm của cây và sự thay đổi trong nội dung của chúng. Từ những dữ liệu này, một "đường chuẩn" có thể được xây dựng.

Hiện nay, công việc đang được tiến hành để mở rộng và cải tiến nó. Trong năm 2008, chỉ những ngày có thể được định cỡ tới 26.000 năm. Hôm nay đường cong được mở rộng đến 50.000 năm.

Những gì có thể được đo lường?

Không phải tất cả các vật liệu có thể được hẹn hò theo phương pháp này. Hầu hết, nếu không phải là tất cả, các hợp chất hữu cơ cho phép phân tích radiocarbon. Một số chất vô cơ, chẳng hạn như thành phần aragonit của vỏ, cũng có thể được ngày, vì carbon đã được sử dụng để tạo thành khoáng chất.

Các vật liệu đã được ghi ngày kể từ khi phương pháp được tạo ra bao gồm than củi, gỗ, cành, hạt, xương, vỏ, da, than bùn, đất cát, tóc, gốm sứ, phấn hoa, tranh tường, san hô, máu còn sót lại, mô, giấy, Giấy da, nhựa và nước.

Radiocarbon phân tích kim loại là không thể nếu nó không chứa carbon-14. Ngoại lệ được làm bằng các sản phẩm sắt, trong đó sản xuất sử dụng than.

Tài khoản đôi

Do sự phức tạp này, ngày quang phổ được trình bày theo hai cách. Các phép đo không được hiệu chuẩn được tính bằng số năm trước năm 1950 (BP). Ngày được hiệu chỉnh cũng được trình bày như BC. E., Và sau, cũng như sử dụng đơn vị calBP (được hiệu chuẩn cho đến nay, cho đến năm 1950). Đây là "ước tính tốt nhất" về độ tuổi thực tế của mẫu, nhưng cần phải có khả năng quay trở lại dữ liệu cũ và hiệu chỉnh nó, vì nghiên cứu mới liên tục cập nhật đường chuẩn.

Số lượng và chất lượng

Khó khăn thứ hai là tỷ lệ cực thấp của ¹⁴ C. Chỉ 0,00000000000% carbon trong bầu khí quyển hiện đại là ¹⁴ C, gây ra những khó khăn đáng kinh ngạc cho các phép đo và làm cho nó cực kỳ nhạy cảm với ô nhiễm.

Trong những năm đầu, việc phân tích các sản phẩm phân hủy phóng xạ của các sản phẩm phân hủy yêu cầu các mẫu khổng lồ (ví dụ, một nửa xương đùi người). Nhiều phòng thí nghiệm hiện nay sử dụng một máy quang phổ khối với một máy gia tốc (AMS), có thể phát hiện và đo được sự có mặt của các đồng vị khác nhau, đồng thời tính toán số lượng các nguyên tử cacbon riêng-14.

Phương pháp này đòi hỏi ít hơn 1 g mô xương, nhưng chỉ một vài quốc gia có thể mua được nhiều hơn một hoặc hai AMS, trị giá vượt quá $ 500,000. Ví dụ, Australia chỉ có 2 thiết bị như vậy có khả năng phân tích radiocarbon, và chúng không thể đạt được cho hầu hết các nước đang phát triển.

Sạch sẽ là chìa khóa chính xác

Ngoài ra, các mẫu cần được làm sạch hoàn toàn từ ô nhiễm cacbon từ chất kết dính và đất. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu cũ. Nếu 1% số nguyên tố trong một mẫu 50 ngàn năm tuổi sẽ đến từ một kẻ gây ô nhiễm môi trường hiện đại, nó sẽ được ghi ngày là một người 40 tuổi.

Vì lý do này, các nhà nghiên cứu liên tục phát triển các phương pháp mới để làm sạch hiệu quả vật liệu. Chúng có thể có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả, cho phép phân tích radiocarbon. Tính chính xác của phương pháp đã tăng lên đáng kể với sự phát triển của một phương pháp làm sạch mới với than hoạt tính ABOx-SC. Điều này cho phép, ví dụ, trì hoãn ngày đến đầu tiên của người dân Úc trong hơn 10.000 năm.

Phân tích Radiocarbon: phê bình

Phương pháp, chứng tỏ rằng hơn 10.000 năm, được đề cập trong Kinh thánh, đã bị các nhà sáng tạo nhiều lần chỉ trích kể từ thời điểm nguồn gốc của Trái Đất. Ví dụ, họ cho rằng trong 50.000 năm không có carbon-14 trong các mẫu, nhưng trong than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên, tuổi của nó, có thể là hàng triệu năm, có chứa một lượng đồng vị này, được xác nhận bởi phân tích radiocarbon. Sai số đo lớn hơn bức xạ nền mà từ đó không thể thoát khỏi phòng thí nghiệm. Tức là, một mẫu mà trong đó không có nguyên tử carbon phóng xạ sẽ có ngày 50.000 năm. Tuy nhiên, thực tế này không đặt vấn đề hẹn hò về đồ vật và, hơn nữa, không cho thấy rằng dầu, than và khí tự nhiên là trẻ hơn tuổi này.

Các nhà sáng tạo cũng lưu ý một số điểm kỳ quặc trong việc phân tích radiocarbon. Chẳng hạn, xác định niên đại của động vật thân mềm nước ngọt xác định độ tuổi của chúng như là vượt quá 2000 năm, mà theo ý kiến của họ làm mất uy tín của phương pháp này. Trên thực tế, người ta xác định rằng nhuyễn thể nhận phần lớn lượng carbon từ đá vôi và mùn cưa, hàm lượng 14C trong đó rất thấp, vì các khoáng chất này rất cũ và không có carbon dioxide. Radiocarbon phân tích, tính chính xác trong trường hợp này có thể được đặt câu hỏi, nếu không tương ứng với thực tế. Gỗ, chẳng hạn, không có vấn đề như vậy, bởi vì thực vật nhận carbon từ khí quyển trực tiếp, chứa đầy đủ 14C.

Một lập luận khác chống lại phương pháp này là cây cối có thể tạo thành nhiều hơn một vòng trong một năm. Điều này là đúng, nhưng thường xuyên hơn nó xảy ra rằng họ không hình thành vòng hàng năm ở tất cả. Một thông vân sam, trên cơ sở đó hầu hết các phép đo đã được thực hiện, có vòng ít hơn 5% so với độ tuổi thực tế của nó.

Thiết lập một ngày

Phân tích Radiocarbon không chỉ là một phương pháp mà còn là những khám phá thú vị trong quá khứ và hiện tại của chúng ta. Phương pháp cho phép các nhà khảo cổ học xác định vị trí tìm thấy theo thứ tự thời gian mà không cần phải có hồ sơ bằng văn bản hoặc tiền xu.

Vào đầu thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, các nhà khảo cổ học kiên nhẫn và thận trọng đã liên kết các công cụ gốm và đá của các vùng địa lý khác nhau bằng cách tìm kiếm những điểm tương đồng về hình dạng và kiểu dáng. Sau đó, sử dụng ý tưởng rằng các phong cách của các đối tượng phát triển và trở nên phức tạp hơn với thời gian, họ có thể đặt chúng theo thứ tự.

Do đó, ngôi mộ vòm lớn (được gọi là Tolos) ở Hy Lạp được coi là tiền thân của các công trình trên hòn đảo Meishau của Scotland. Điều này ủng hộ ý tưởng rằng các nền văn minh cổ đại của Hy Lạp và Rôma là trung tâm của tất cả các đổi mới.

Tuy nhiên, như là một kết quả của các phân tích radiocarbon nó đã được tìm thấy rằng các ngôi mộ Scotland đã được hàng ngàn năm tuổi hơn các ngôi mộ Hy Lạp. Những người man rợ phía Bắc có thể thiết kế các cấu trúc phức tạp, tương tự như những người cổ điển.

Các dự án đáng chú ý khác bao gồm tấm vải liệm của Turin cho thời Trung cổ, thời kỳ Dead Sea cuộn theo thời của Đấng Christ, và thời kỳ tranh cãi về các bản vẽ trong hang động Shove , 38.000 calBP (khoảng 32.000 BP), hàng ngàn năm sớm hơn dự kiến.

Phân tích Radiocarbon cũng được sử dụng để xác định thời kỳ tuyệt chủng của Mammoths và góp phần gây tranh cãi về việc liệu những người hiện đại và người Neanderthal có gặp hay không.

Isotope ¹⁴ C được sử dụng không chỉ để xác định độ tuổi. Phương pháp phân tích radiocarbon cho phép bạn khám phá sự lưu thông của đại dương và theo dõi sự di chuyển của thuốc trên khắp cơ thể, nhưng đây là một chủ đề khác.