Ilyen terület a régészeti kormeghatározás. Ezen belül is a radiokarbon, más néven a C14 alapú kormeghatározás. Nézzük meg, mi a helyzet ezzel a híres - hírhedt módszerrel!
A C14 története és tudományos alapja
A radiokarbon kormeghatározást Chicago Egyetemen dolgozó Wollard F. Libby fedezte fel 1946-ban.
A szénnek 3 izotópja létezik. A leggyakoribb a 12-es (C12) tömegszámú 6 protont és 6 neutront tartalmazó változat, ami stabil. A 13-as és 14-es (C14) tömegszámú izotóp egy illetve kettő plusz neutront tartalmaz, ami csökkenti az atommag stabilitását, tehát a két izotóp radioaktív. Kémiailag a három izotóp között nincs különbség. A kormeghatározásban a C14-et használják.
A C14 mennyisége a C12-höz képest igen alacsony, körülbelül minden ezredik C12 atomra jut egy C14 atom. Keletkezési helye a sztratoszféra alsó rétege, ahol a kozmikus sugárzás hatására a nitrogénból keletkezik. Mivel nem stabil, 5370ą40 éves felezési idővel visszabomlik nitrogénné.
A C14 lassan alászáll a légkör alsóbb rétegeibe, ahol szerves, vagy szervetlen formában megkötődik. Egy adott anyagból mintát véve, megmérve a radioaktív és az inaktív szén arányát egy szerves anyagban, és FELTÉTELEZVE az eredeti arányt következtetni lehet a vizsgált anyag korára.
A C14 ideális bomlása esetén, ha a minta aktivitását bejelöljük,
automatikusan hozzárendelhetünk egy időpontot.
De vajon valóban ilyen könnyű lenne a dolog?
A C14 kormeghatározás buktatói
A radioaktív szénizotópos kormeghatározás látszólag nagyon egyszerű és objektív fizikai mérés. Azonban számtalan tényező van az izotóp keletkezésétől a mérésig, ami jelentősen zavarhatja a kormeghatározást.
1. A C14 keletkezését befolyásoló tényezők:
1.1. A Naptevékenység
A Nap által kibocsátott részecske és sugárözön a légkör felsőbb rétegeiben igen csak nagy hatással van az ott zajló folyamatokra. Mint a lenti ábrán látható, igen látványos a párhuzam a naptevékenység, az északi fény gyakorisága és a légkör C14 tartalma között.
A Nap aktivitásában vannak ciklusok, melyekkel számolhatunk, ilyen a 11 és 22 éves ciklus, mely a napfolttevékenységben nagyon jól követhető. Létezik egy 200 év körüli ciklus is, mely az extrém napfolttevékenységhez köthető, ide tartozik a híres Maunder-minimum az 1700-as évek körül.
A Naptevékenység ingadozásai akár 10-15 ezreléknyi ingadozást is okozhatnak egy évszázadon belül.
2.ábra: A naptevékenység változásai erősen kihatnak a C14 eredményeire
1.2. Szupernova-robbanások
A felrobbanó csillagok rövid időre megemelik a kozmikus sugárzást, ezzel pedig a C14 képződésének intenzitását is. Ezek a jelenségek viszonylag ritkák, és hatásidejük mindössze néhány nap. A C14 képződésre gyakorolt hatásukról még nincsenek adatok.
1.3. A Föld mágneses terének ingadozásai
A mágneses tér a kozmikus sugaraktól védi a bolygót. Ha gyengül, emelkedik a sugárzás intenzitása, ezzel együtt a C14 képződése is. Ha erősödik, akkor pont ellenkezőleg, csökken a C14 képződése.
Bolygónk mágneses mezeje is állandóan változik, évezredes időszakokra vetítve igen nagy mértékben, ennek pedig igen jelentős hatása van a C14 keletkezésre, így a kormeghatározásnál mindenképpen figyelembe kell venni a jelenséget.
2. A légköri eloszlást befolyásoló tényezők
2.1. A fosszilis energiahordozók használata.
A kőolaj, a kőszén és a földgáz elégetése hatalmas mennyiségű szén-dioxidot juttat a levegőbe. Ebben a szén-dioxidban viszont gyakorlatilag nincs C14. A lenti ábrán látható, hogy milyen jelentős mennyiségű szén-dioxid került a légkörbe az ipari tevékenység nyomán. Ugyanakkor ez bizonyíték arra is, hogy a globális éghajlat – anomáliák részben visszavezethetőek az emberi tevékenységre!
Ábra:
Az ipari forradalom hatására a légkör C14 koncentrációja erősen csökkent.
Az 1850-1950 évek között ezrelékkel, de ennek túlnyomó része az 1900-as évek óta következett be.
2.2. Klímaváltozás
Az éghajlat változása a C14 megkötésére is kihat. Számos olyan tényező változik meg, ami felboríthatja a C14 kormeghatározását. Ilyen többek között az óceánok szén-dioxid-kötő képessége. A meleg vízben a gázok oldékonysága csökken, emiatt a vízben eddig oldott szén-dioxid a légkörbe visszakerül. Ez (amellett, hogy tovább fokozza a felmelegedést) C14 izotópban szegény, tehát újra csak befolyásolja a kormeghatározásunkat.
3. Rezervoárok
A légkörben lévő szén nem csak a biomassza körforgásában vesz részt. Nagy mennyiség rövidebb vagy hosszabb időre kivonódik a forgalomból. Nagy mennyiséget köt meg az óceán vize, a kőzetképződés során (mészkő, dolomit) karbonátok formájában is sok szén kötődik meg. A szerves szénvegyületekből sem kerül vissza minden a légkörbe, a kőolaj, földgáz és az olaj formájában kikerülhet a természetes körforgásból.
Ezek a folyamatok többnyire állandónak tekinthetőek, de egyes tényezők változásai megzavarhatják a tárolási folyamatokat.
A klímaváltozás, az óceánok áramlatainak átalakulása, az emberi tevékenység igen jelentős mennyiségű szén-dioxidot szabadít fel, melynek C14 tartalma alacsonyabb a légkörénél.
3.2. Vulkáni aktivitás
A vulkáni tevékenység nagy mennyiségű széntartalmú anyag juttathat légkörbe, de a földkéregből származó szénvegyületek C14-ben szegények. Ez a jelenség egész térségek és teljes korszakok időbeli meghatározását boríthatja fel…
Erre legjobb példa az Égei-tengeren Szantorin (Théra) vulkánjának katasztrófája. Krisztus előtt jó másfél ezer évvel az emberiség egyik legnagyobb vulkáni kitörésében megsemmisült a vulkanikus sziget nagy része. Ebben az időbeli távolságban, mindössze 10 éves ingadozással hitelesítik a C14-es kormeghatározását, de ebben az esetben csak teljes csőd az eredmény.
A jelenlegi időszámításunk szerinti i.e. 1350-1400-as korszak egyetlen értékelhetetlen időmasszává kenődik szét az i.e. 1680-1520 közötti korban, 50 év folyik szét több, mint 150 évvé!
A klasszikus, régészeti leletek szinkronizálásán alapuló régészet a kitörést i.e. 1520-1550 környékére teszi, a grönlandi jégréteg vizsgálata i.e. 1645 - 20 éves kort valószínűsített, a dendrokronológia (fák évgyűrűszerkezetén alapuló kormeghatározás) eredményei alapján az i.e. 1628-as év tűnt a legvalószínűbbnek. Megjegyzem, sem a jégrétegvizsgálat, sem a dendrokronológia nem egzaktabb kormeghatározás, mint a C14.
Számos példa van arra, hogy a vulkánok közeléből származó szerves minták még nyugalmi időszakban sem alkalmasak kormeghatározásra, egy-egy kitörés pedig évezredeket is "öregítheti" a helyi szerves anyagokat.
Minden esetre elgondolkodtató, hogy mennyire megbízható az a kormeghatározási rendszer, amely egy történelmileg igen gyakori esemény (vulkánkitörés) hatására teljesen megbízhatatlanná válik és egész korszakok kavarodnak össze.
4. Az élő szervezetek izotóp-szelekciója
Hogy ne legyen olyan egyszerű a dolgunk, még az élő szervezetek is bonyolítják a helyzetet. Ugyanis a növények jobban szeretik beépíteni a kisebb tömegszámú szén-izotópokat, mint ugyanannak az elemnek a nagyobb tömegszámú (jelen esetben radioaktív) változatát. Emiatt a növényekben a C14 koncentrációja alacsonyabb, mint a környező légtérben. Az állatoknál az sem mindegy, hogy növényevő, vagy ragadozó volt e az adott élőlény, mert még ez is befolyásolja a C14 koncentrációját.
5. Egyéb, "in situ" C14 produkció.
Nem csak a légkör felső részében képződhet C14. Ez ismét csak nehezíti a helyzetünket.
5.1. Nukleáris kísérletek és atom-balesetek.
A légköri és földfelszíni nukleáris robbantások és a balesetek növelik a C14 képződéshez szükséges neutronok számát. Az 1950-1960 közötti időszakban az emberi nukleáris tevékenység 800 ezrelékkel emelte a C14 szintézisét, ez az érték még ma is 200 ezrelékkel haladja meg azt az értéket, ami egyébként elvárható lenne.
5.2. Urántartalmú kőzetek
Azokon a lelőhelyeken, ahol a leletek közelében uránt, vagy más radioaktív elemet (gyakori még a radon) tartalmazó kőzet található, számítani lehet a C14 módszer használhatatlanságára.
5.3. Magasság-jelenség
Bár a C14 túlnyomó része a sztratoszférában keletkezik, alacsonyabban is létrejöhet. A légkör véd a kozmikus sugárzástól, de ahogy emelkedünk a tengerszinttől felfelé, ez a védőhatás egyre csökken. 3000 méter magasságban a kozmikus sugárzás egy nagyságrenddel erősebb a tengerszintem mérhetőnél, ebből kifolyólag a C14 keletkezésének intenzitása is magasabb. A hegyvidéki leletek ezért fiatalabbnak adódhatnak pusztán azért, mert magasabban vannak.
5.4. Villámlás
A villámlás is képes C14 képződéséhez szükséges körülményeket produkálni. Az eddigi kísérletek szerint ez nem jelentős.
Miután láttuk, hogy mennyire érzékeny is a C14 mennyisége a légkörben, most lépjünk eggyel tovább. Nagyon fontos a meghatározás szempontjából, hogy a mintában lévő C14 mennyiségét pontosan határozzuk meg, mert különben teljesen használhatatlan eredményeket kapunk.
6. A minta élettörténete
Az eddig tárgyalt faktorok a C14 keletkezését többnyire mintán kívüli állapotban befolyásolták. Ideális esetben a vizsgált anyag a földben, hermetikusan elzárva a külvilágtól pihen (természetesen messze a vidéken nincs semmilyen radioaktív szennyeződés a talajban) egészen a régészek felbukkanásáig. A régészek pedig ideális körülmények között rögtön laborba szállítják és már hozzá is látnak a vizsgálatokhoz.
Sajnos azonban ez elég ritka eset. Sok leletet megbolygatnak, ami koridegen anyagokkal szennyeződést okozhat. Egyes helyeken a talaj olyan mennyiségben tartalmazhat radioaktív izotópokat, melyek képesek „elrontani” a datálást. Más leletek sosem kerülnek föld alá, és kalandos életük során számos módosító tényezővel találkoznak, erre talán a torinói lepel a legjobb példa.
A föld alatti lét sem tekinthető teljesen sterilnek ugyanis:
- mint említettük a körülölelő kőzetek radioaktivitása is befolyásolhatja a mintában lévő C14 bomlását. Ugyanígy kihatnak a bomlásra azok az anyagok, melyek leárnyékolják a mintát és elnyelik a bomlást elősegítő tényezőket.
- a radioaktív bomlást befolyásolhatja több környezeti tényező (nyomás, hőmérséklet)
- a talajban nyugvó leletek esetén számítanunk kell a kioldódásra, kimosódásra is
Ezek után a igen nehéz pontos koradatot hozzárendelni a egyes leletekhez.
A vizsgálat menete
A méréshez először mintát kell venni a vizsgálandó anyagból. Ezt mechanikai és kémiai módszerekkel meg kell tisztítani a szennyeződésektől, melyek jelentősen befolyásolhatnák az eredményt.
Ezután jön a tényleges mérés. A 70-es évekig a mérés azon alapult, hogy a C14 bomlásakor keletkező elektront detektálták, és egyszerűen megszámolták az időegységekre jutó bomlások számát. Ebből következtettek a korra. Ezzel a módszerrel a főbb probléma az volt, hogy a C14 bomlásából származó elektronokat nem lehet megkülönböztetni a háttérsugárzásból, illetve más (a mintában lévő) radioaktív anyagok (Th, U, K) bomlásakor keletkező elektronoktól. Ez egyrészt jelentősen ronthatta a mérés pontosságát, másrészt 40 000 évnél idősebb leleteknél a háttérsugárzás már elfedi a C14 bomlását, tehát itt használhatatlanná válik a módszer.
Ez azt is jelenti, hogy az 1980 előtti kormeghatározások esetén a hibalehetőség nagyon nagy. A korai mérések bizonytalanságát tovább növeli, hogy a fent említett módosító tényezőket még nem ismerték, tehát nem vették figyelembe.
Újabban egy tömegspektrométeres vizsgálatot alkalmaznak, amely nem a bomlást, hanem közvetlenül a különböző szénizotópok mennyiségét, és azok arányát méri. Ezzel kiküszöböli a háttérsugárzás zavaró hatását, valamint méri a C13 jelenlétét is, ami a mérési eredmények korrekciójában felhasználható.
Mindkét mérés során egy un. nem kalibrált C14-es kort kapunk, ez azt jelenti, hogy a kapott érték biztos nem azonos a minta valódi korával. Ezt az adatot különféle korrekciós faktorokkal (naptevékenység, földmágnesesség, stb.) javítva jutunk el a kalibrált C14-es korhoz, ami a vizsgálatok idejétől visszaszámolva adja a minta hozzávetőleges naptári kort. A különböző korrekciós tényezők számításánál azonban nem tiszta tudományos érvek döntenek, hanem az, hogy az etalonnak tekintett, kalibráló szerves anyagot melyik korszakba várták. Így néhány történeti prekoncepció jelentősen behathat a kormeghatározás területére is.
A korrekció esetében sem csak szigorú matematikai szorzók összegzését kell értenünk. Ebbe beletartozik a nem várt tartományba eső eredmények szelektálása. Ha tehát egy honfoglalás korinak tűnő leletre olyan érték adódna, hogy több száz évvel "megelőzi korát", már első körben kiesne a további feldolgozás alól, esetleg alkotnának egy újabb korrekciós faktort, ami kiküszöböli az elcsúszást.
Az eddigiek alapján talán már érthető, hogy sokan miért kételkednek a C14-es kormeghatározás megbízhatóságában. Minden időkben voltak olyanok, akik kritikával illették a radiokarbon módszert és esetleg újabb, egyéni kormeghatározást ajánlottak, de mint az sejthető, ezeket a kritikusokat nem fogadták kitörő örömmel, és akkor még finoman fogalmaztunk…
Szájról szájra
Végezetül a teljesség igénye nélkül szeretnék néhány, közszájon forgó legendát megosztani arról, milyen furcsaságokat is produkált eddig az izotópos kormeghatározás:
- több millió éve zárt, háborítatlan kőzetben talált faanyag mindössze néhány tízezer évesnek adódott
- egy vulkántól alig néhány kilométerre lévő fákból vett minta több tízezer évesnek adódott,
ugyanez az öregedés volt tetten érhető nagyvárosi fákból vett mintákon.
- a 785 évvel ezelőtt épült angliai oxfordi kastélyból származó habarcsról azt állapították meg, hogy 7.370 éves.
- frissen megölt fókákat 1.300 évesnek állapítottak meg, 30 éve meghalt fókákat pedig 4.600 évesnek.
- élő csigák korát 2.300 évesnek mutatták ki.
- élő fákból kivágott fadarabokat pár nap múlva 10.000 évesnek határoztak meg.
radiokarbon módszerrel egy mumifikálódott pézsmaszarvas fejbőre alatti izomszövetet 24.000 évesnek állapították meg, míg ugyanazon állat hátsó lábáról való szőrt pedig 17.200 évesnek-— kissé hosszú életű állat lehetett!
- egy mammut szőréről azt mutatták ki, hogy 26.000 éves, míg közvetlenül a tetem fölött levő tőzegről azt, hogy 5.610 éves.
Összeállította:
Meleg Sándor
forrás: magtar.atw.hu/hangtar.htm
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése