For sytti år siden utviklet den amerikanske kjemikeren Willard Libby en genial metode for datering av organiske materialer. Hans teknikk, kjent som karbon-datering, revolusjonerte feltet arkeologi.
Relatert innhold
- Klimaendringer Might Break Carbon Dating
Nå kunne forskere nøyaktig beregne alderen på ethvert objekt laget av organiske materialer ved å observere hvor mye av en viss form for karbon som var igjen, og deretter beregne bakover for å bestemme når planten eller dyret som materialet kom fra hadde dødd. Denne teknikken, som vant Libby Nobelprisen i 1960, har gjort det mulig for forskere å date tatoveringer på gamle mumier, slå fast at et britisk bibliotek holdt en av verdens eldste Koraner, og finne ut at mest trafikkert elfenben kommer fra elefanter drept i løpet av de tre siste år.
I dag truer mengden karbondioksid mennesker inn i jordas atmosfære og truer med å skje nøyaktigheten til denne teknikken for fremtidige arkeologer som ser på vår egen tid. Det er fordi fossilt brensel kan endre radiokarbonalderen for nye organiske materialer i dag, noe som gjør dem vanskelig å skille fra eldgamle. Heldigvis tilbyr forskning som ble publisert i går i tidsskriftet Environmental Research Letters en måte å redde Libbys arbeid og gjenopplive denne viktige dateringsteknikken: bare se på en annen isotop av karbon.
En isotop er en form for et element med et visst antall nøytroner, som er de subatomære partiklene som finnes i kjernen til et atom som ikke har noen ladning. Mens antallet protoner og elektroner i et atom bestemmer hvilket element det er, kan antall nøytroner variere mye mellom forskjellige atomer i samme element. Nesten 99 prosent av alt karbon på jorden er karbon-12, noe som betyr at hvert atom har 12 nøytroner i kjernen. Skjorten du har på deg, karbondioksidet du inhalerer og dyrene og plantene du spiser er alle laget hovedsakelig av karbon-12.
Carbon-12 er en stabil isotop, noe som betyr at mengden i ethvert materiale forblir den samme år etter år, århundre etter århundre. Libbys banebrytende radiokarbon-dateringsteknikk så i stedet på en mye mer sjelden isotop av karbon: Carbon-14. I motsetning til karbon-12 er denne isotopen av karbon ustabil, og dens atomer forfaller til en isotop av nitrogen over en periode på tusenvis av år. Nytt karbon-14 produseres med en jevn hastighet i jordens øvre atmosfære, når solens stråler rammer nitrogenatomer.
Radiokarbon-datering utnytter denne kontrasten mellom en stabil og ustabil karbonisotop. I løpet av sin levetid tar en plante kontinuerlig inn karbon fra atmosfæren gjennom fotosyntesen. Dyr konsumerer på sin side dette karbonet når de spiser planter, og karbonet sprer seg gjennom matsyklusen. Dette karbon omfatter et jevnt forhold mellom karbon-12 og karbon-14.
Når disse plantene og dyrene dør, slutter de å ta inn karbon. Fra det tidspunktet fremover vil mengden karbon-14 i materialer som er igjen fra planten eller dyret avta over tid, mens mengden karbon-12 vil forbli uendret. Til radiokarbon dateres et organisk materiale, kan en forsker måle forholdet mellom gjenværende karbon-14 og uendret karbon-12 for å se hvor lenge det har gått siden materialets kilde døde. Avansert teknologi har gjort det mulig at radiokarbondating blir nøyaktig til i løpet av noen få tiår i mange tilfeller.
Karbondatering er en strålende måte for arkeologer å dra nytte av de naturlige måtene som atomer forfaller på. Dessverre er mennesker på nippet til å rote ting.
Den langsomme, jevne prosessen med å skape karbon-14 i den øvre atmosfæren har blitt dverget i løpet av de siste århundrene av mennesker som spyr karbon fra fossilt brensel i luften. Siden fossile brensler er millioner av år gamle, inneholder de ikke lenger noen målbar mengde karbon-14. Når millioner av tonn karbon-12 skyves ut i atmosfæren, forstyrres det faste forholdet mellom disse to isotoper. I en studie som ble publisert i fjor, påpekte fysikeren Imperial College i London Heather Graven hvordan disse ekstra karbonutslippene vil skjøre radiokarbondatering.
I 2050 ser det ut til at nye prøver av organisk materiale vil ha samme dato for radiokarbon som prøver fra 1000 år siden, sier Peter Köhler, hovedforfatter for den nye studien og fysiker ved Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research. Fortsatte utslipp av karbondioksid fra forbrenning av fossile brensler vil skjule forholdene enda lenger. "Om et par tiår vil vi ikke være i stand til å skille om noen radiokarbonalder vi kommer ut eller karbon kan være fra fortiden eller fra fremtiden, " sier Köhler.
Inspirert av Gravens forskning, vendte Köhler oppmerksomheten mot den andre naturlig forekommende stabile isotopen av karbon: Carbon-13. Selv om karbon-13 utgjør litt over 1 prosent av jordas atmosfære, tar planter opp større, tyngre atomer med mye lavere hastighet enn karbon-12 under fotosyntesen. Dermed finnes karbon-13 i veldig lave nivåer i fossile brensler produsert fra planter og dyrene som spiser dem. Med andre ord dverger de fossile brennstoffene de atmosfæriske nivåene av karbon-13 også.
Ved å måle om disse nivåene av karbon-13 er skjevt i en gjenstand som er radiokarbon-datert, vil fremtidige forskere kunne vite om objektets nivåer av karbon-14 er skjevt av utslipp av fossilt brensel. Et lavere nivå enn forventet karbon-13 i et objekt ville fungere som et rødt flagg som ikke kunne stole på radiokarbondatoen. Forskere kan da se bort fra datoen og prøve andre metoder for datering av objektet.
"Du ser tydelig at hvis du har en effekt på Carbon-14 som vil gi deg en ganske problematisk alderssignatur, har du også denne signaturen i Carbon-13, " sa Köhler. "Derfor kan du bruke Carbon-13 for å skille om radiokarbonet er påvirket og derfor galt, eller hvis det ikke er det."
Köhler innrømmer at teknikken hans ikke ville fungere for materialer hentet fra dyphavsområder der karbon er treg å utveksle med resten av atmosfæren, men han tror det vil hjelpe fremtidige arkeologer å sortere gjennom restene av vår forurensende alder.
Queen's University paleoclimatologist Paula Reimer påpeker at det ofte ikke vil være nødvendig å måle karbon-13, siden arkeologer vanligvis kan bruke det sedimentære laget der en gjenstand ble funnet for å dobbeltsjekke dens alder. Men for objekter som finnes i områder der jordlagene ikke er klare eller ikke kan dateres ordentlig, kan denne teknikken tjene som en ekstra sjekk. Köhlers arbeid "gir en viss forsikring om at [radiokarbondating] vil forbli nyttig for enkeltprøver i fremtiden, " sier Reimer.
Redaktørens merknad: Denne artikkelen ble oppdatert for å inkludere Peter Köhlers tilknytning.
