Πριν από εβδομήντα χρόνια, ο Αμερικανός χημικός Willard Libby επινόησε μια έξυπνη μέθοδο για τη χρονολόγηση των οργανικών υλικών. Η τεχνική του, γνωστή ως χρονολόγηση άνθρακα, επανάσταση στον τομέα της αρχαιολογίας.
σχετικό περιεχόμενο
- Η κλιματική αλλαγή μπορεί να σπάσει τον άνθρακα
Τώρα οι ερευνητές θα μπορούσαν να υπολογίσουν με ακρίβεια την ηλικία οποιουδήποτε αντικειμένου από οργανικά υλικά παρατηρώντας πόση ποσότητα μιας συγκεκριμένης μορφής άνθρακα παρέμεινε και στη συνέχεια υπολογισμούς προς τα πίσω για να καθορίσουν πότε είχε πεθάνει το φυτό ή το ζώο από το οποίο προήλθε το υλικό. Αυτή η τεχνική, η οποία κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Libby το 1960, επέτρεψε στους ερευνητές να τατουάζ στις αρχαίες μούμιες, να διαπιστώσει ότι μια βρετανική βιβλιοθήκη είχε ένα από τα παλαιότερα Κοράνια του κόσμου και έβλεπε ότι το περισσότερο ελεφαντόδοντο προέρχεται από ελέφαντες που σκοτώθηκαν μέσα στα τρία τελευταία χρόνια.
Σήμερα, η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που οι άνθρωποι αντλούν στη γήινη ατμόσφαιρα απειλεί να ανατρέψει την ακρίβεια αυτής της τεχνικής για μελλοντικούς αρχαιολόγους που κοιτάζουν την εποχή μας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ορυκτά καύσιμα μπορούν σήμερα να μετατοπίσουν την εποχή του άνθρακα των νέων οργανικών υλικών, καθιστώντας τα δύσκολα να διακριθούν από τα αρχαία. Ευτυχώς, η έρευνα που δημοσιεύθηκε χθες στο περιοδικό Environmental Research Letters προσφέρει έναν τρόπο για να σωθεί το έργο του Libby και να αναζωογονηθεί αυτή η κρίσιμη τεχνική χρονολόγησης: απλά κοιτάξτε ένα άλλο ισότοπο άνθρακα.
Ένα ισότοπο είναι μια μορφή ενός στοιχείου με ένα ορισμένο αριθμό νετρονίων, τα οποία είναι τα υποατομικά σωματίδια που βρίσκονται στον πυρήνα ενός ατόμου που δεν έχει φορτίο. Ενώ ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο καθορίζει ποιο στοιχείο είναι, ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να ποικίλει ευρέως μεταξύ διαφορετικών ατόμων του ίδιου στοιχείου. Σχεδόν το 99 τοις εκατό του συνόλου του άνθρακα στη Γη είναι Carbon-12, που σημαίνει ότι κάθε άτομο έχει 12 νετρόνια στον πυρήνα του. Το πουκάμισο που φοράτε, το διοξείδιο του άνθρακα που εισπνέετε και τα ζώα και τα φυτά που τρώτε είναι όλα σχηματισμένα κυρίως από Carbon-12.
Το Carbon-12 είναι ένα σταθερό ισότοπο, που σημαίνει ότι το ποσό του σε οποιοδήποτε υλικό παραμένει το ίδιο έτος-μετά το έτος, αιώνας μετά τον αιώνα. Η πρωτοποριακή τεχνική χρονολογικής χρονολόγησης του Libby αντικατοπτρίζει ένα πολύ πιο σπάνιο ισότοπο άνθρακα: άνθρακα-14. Σε αντίθεση με το Carbon-12, αυτό το ισότοπο του άνθρακα είναι ασταθές και τα άτομα του διασπώνται σε ένα ισότοπο αζώτου σε μια περίοδο χιλιάδων ετών. Το νέο Carbon-14 παράγεται με σταθερό ρυθμό στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης, ωστόσο, καθώς οι ακτίνες του Ήλιου χτυπάνε άτομα αζώτου.
Η χρονολόγηση ακτινοβολίας άνθρακα εκμεταλλεύεται αυτή την αντίθεση μεταξύ ενός σταθερού και ασταθούς ισότοπου άνθρακα. Κατά τη διάρκεια της ζωής του, ένα φυτό παίρνει συνεχώς άνθρακα από την ατμόσφαιρα μέσω της φωτοσύνθεσης. Τα ζώα, με τη σειρά τους, καταναλώνουν αυτόν τον άνθρακα όταν τρώνε φυτά και ο άνθρακας εξαπλώνεται μέσω του κύκλου των τροφίμων. Αυτός ο άνθρακας περιλαμβάνει μια σταθερή αναλογία άνθρακα-12 και άνθρακα-14.
Όταν τα φυτά και τα ζώα πεθαίνουν, σταματούν να παίρνουν άνθρακα. Από εκείνο το σημείο προς τα εμπρός, η ποσότητα Carbon-14 στα υλικά που απομένουν από το φυτό ή το ζώο θα μειωθεί με την πάροδο του χρόνου, ενώ η ποσότητα Carbon-12 θα παραμείνει αμετάβλητη. Για να φέρει ραδιοανθράκων ένα οργανικό υλικό, ένας επιστήμονας μπορεί να μετρήσει την αναλογία του υπόλοιπου άνθρακα-14 στο αμετάβλητο Carbon-12 για να δει πόσο καιρό έχει από την πτώση της πηγής του υλικού. Η τεχνολογία προώθησης επέτρεψε την ακριβή χρονολόγηση των ραδιοανθράκων σε μερικές μόνο δεκαετίες σε πολλές περιπτώσεις.
Η χρονολόγηση άνθρακα είναι ένας λαμπρός τρόπος για τους αρχαιολόγους να επωφεληθούν από τους φυσικούς τρόπους που αποσυντίθενται τα άτομα. Δυστυχώς, οι άνθρωποι είναι στα πρόθυρα να ανακατέψουν τα πράγματα.
Η αργή, σταθερή διαδικασία της δημιουργίας άνθρακα-14 στην ανώτερη ατμόσφαιρα έχει υποβαθμιστεί κατά τους προηγούμενους αιώνες από τους ανθρώπους που εκπέμπουν άνθρακα από τα ορυκτά καύσιμα στον αέρα. Δεδομένου ότι τα ορυκτά καύσιμα είναι εκατομμύρια ετών, δεν περιέχουν πλέον μετρήσιμη ποσότητα άνθρακα-14. Έτσι, καθώς εκατομμύρια τόνοι Carbon-12 ωθούνται στην ατμόσφαιρα, διακόπτεται η σταθερή αναλογία αυτών των δύο ισοτόπων. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πέρυσι, ο φυσικός Heath Graven της Imperial College στο Λονδίνο επεσήμανε πως αυτές οι επιπλέον εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα θα ριψοκινδυνεύουν.
Μέχρι το 2050, νέα δείγματα οργανικών υλικών θα έχουν την ίδια ημερομηνία ακτινοβολίας με τα δείγματα πριν από 1.000 χρόνια, λέει ο Peter Köhler, επικεφαλής συγγραφέας στη νέα μελέτη και φυσικός στο Ινστιτούτο Πολωνικών και Θαλάσσιων Ερευνών Alfred Wegener. Οι συνεχιζόμενες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από την καύση ορυκτών καυσίμων θα μειώσουν ακόμα περισσότερο τους λόγους. "Σε μερικές δεκαετίες, δεν θα είμαστε σε θέση να διακρίνουμε αν κάποια εποχή ραδιοανθράκων εξέρχεται ή ο άνθρακας μπορεί να είναι από το παρελθόν ή από το μέλλον", λέει ο Köhler.
Εμπνευσμένος από την έρευνα του Graven, ο Köhler επικέντρωσε την προσοχή του στο άλλο φυσικώς απαντώμενο σταθερό ισότοπο άνθρακα: Carbon-13. Αν και το Carbon-13 περιλαμβάνει λίγο περισσότερο από το 1% της ατμόσφαιρας της Γης, τα φυτά καταλαμβάνουν τα μεγαλύτερα, βαρύτερα άτομα με πολύ χαμηλότερο ρυθμό από το Carbon-12 κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης. Έτσι, το Carbon-13 βρίσκεται σε πολύ χαμηλά επίπεδα στα ορυκτά καύσιμα που παράγονται από τα φυτά και τα ζώα που τα τρώνε. Με άλλα λόγια, η καύση αυτών των ορυκτών καυσίμων επιβαρύνει και τα ατμοσφαιρικά επίπεδα του Carbon-13.
Μετρώντας εάν αυτά τα επίπεδα άνθρακα-13 είναι λοξά σε ένα αντικείμενο που είναι ραδιοανθρακωρία χρονολογείται, οι μελλοντικοί επιστήμονες θα είναι σε θέση να γνωρίζουν έπειτα εάν τα επίπεδα άνθρακα-14 του αντικειμένου έχουν λοξοτομηθεί από τις εκπομπές ορυκτών καυσίμων. Ένα χαμηλότερο από το αναμενόμενο επίπεδο άνθρακα-13 σε ένα αντικείμενο θα χρησίμευε ως κόκκινη σημαία ότι δεν θα μπορούσε να εμπιστευτεί την ημερομηνία ραδιοαντιγορών. Οι ερευνητές θα μπορούσαν στη συνέχεια να αγνοήσουν την ημερομηνία και να δοκιμάσουν άλλες μεθόδους χρονολόγησης του αντικειμένου.
"Βλέπετε σαφώς ότι εάν έχετε μια επίδραση στο Carbon-14 που θα σας δώσει μια μάλλον προβληματική υπογραφή ηλικίας, έχετε και αυτή την υπογραφή στο Carbon-13", δήλωσε ο Köhler. "Ως εκ τούτου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Carbon-13 για να διακρίνετε εάν επηρεάζεται ο ραδιοανθράκων και συνεπώς είναι λάθος ή αν δεν είναι".
Ο Köhler παραδέχεται ότι η τεχνική του δεν θα λειτουργήσει για υλικά που ανακτώνται από βαθιές θάλασσες όπου ο άνθρακας είναι αργός να ανταλλάξει με την υπόλοιπη ατμόσφαιρα, αλλά πιστεύει ότι θα βοηθήσει τους μελλοντικούς αρχαιολόγους να ταξινομήσουν τα υπολείμματα της ρυπογόνου ηλικίας μας.
Η παλαιοκλιματολόγος του πανεπιστημίου Queen Paula Reimer επισημαίνει ότι η μέτρηση του Carbon-13 δεν είναι συχνά απαραίτητη, αφού οι αρχαιολόγοι μπορούν συνήθως να χρησιμοποιήσουν το ιζηματογενές στρώμα στο οποίο βρέθηκε ένα αντικείμενο για να ελέγξει διπλά την ηλικία του. Αλλά για αντικείμενα που βρίσκονται σε περιοχές όπου τα στρώματα της Γης δεν είναι καθαρές ή δεν μπορούν να είναι κατάλληλα χρονολογημένες, αυτή η τεχνική θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως ένας επιπλέον έλεγχος. Το έργο του Köhler "παρέχει κάποια διαβεβαίωση ότι η [χρονολόγηση των ραδιοανθράκων] θα παραμείνει χρήσιμη για μεμονωμένα δείγματα στο μέλλον", λέει ο Reimer.
Σημείωση του συντάκτη: Το άρθρο αυτό ενημερώθηκε για να συμπεριλάβει την υπαγωγή του Peter Köhler.
