Phân tích cácbon phóng xạ đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về 50.000 năm qua. Giáo sư Willard Libby lần đầu tiên chứng minh nó vào năm 1949, và sau đó ông đã được trao giải Nobel.
Phương pháp hẹn hò
Bản chất của phân tích cacbon phóng xạ là so sánh ba đồng vị khác nhau của cacbon. Đồng vị của một nguyên tố cụ thể có cùng số proton trong hạt nhân, nhưng khác số nơtron. Điều này có nghĩa là mặc dù có sự giống nhau về mặt hóa học nhưng chúng có khối lượng khác nhau.
Tổng khối lượng của một đồng vị được biểu thị bằng một chỉ số. Trong khi các đồng vị nhẹ hơn12C và13C ổn định thì đồng vị nặng nhất14C (cacbon phóng xạ) là chất phóng xạ. Lõi của nó quá lớn nên nó không ổn định.
Theo thời gian,14C, cơ sở của niên đại cacbon phóng xạ, phân rã thành nitơ14N. Hầu hết carbon-14 được tạo ra trong tầng cao của bầu khí quyển, nơi các neutron được tạo ra bởi các tia vũ trụ phản ứng với các nguyên tử14N.
Sau đó, nó bị oxy hóa thành14CO2, đi vào bầu khí quyển và trộn với12CO2và13CO2. Carbon dioxide được sử dụngthực vật trong quá trình quang hợp và từ đó thông qua chuỗi thức ăn. Do đó, mọi thực vật và động vật trong chuỗi này (bao gồm cả con người) sẽ có một lượng bằng14C so với12C trong khí quyển (tỷ lệ 14S:12S).
Giới hạn phương pháp
Khi chúng sinh chết đi, mô không còn được thay thế nữa và sự phân rã phóng xạ14C trở nên rõ ràng. Sau 55.000 năm,14C đã bị phân hủy nhiều đến mức không thể đo được phần còn lại của nó.
Hẹn hò bằng cacbon phóng xạ là gì? Phân rã phóng xạ có thể được sử dụng như một "đồng hồ" vì nó không phụ thuộc vào các điều kiện vật lý (ví dụ nhiệt độ) và hóa học (ví dụ hàm lượng nước). Một nửa số14C có trong mẫu phân hủy trong 5730 năm.
Do đó, nếu bạn biết tỷ lệ14C:12C tại thời điểm chết và tỷ lệ ngày nay, thì bạn có thể tính bao nhiêu thời gian đã trôi qua. Thật không may, không dễ để xác định chúng.
Phân tích carbon phóng xạ: biên độ sai số
Lượng14C trong khí quyển, do đó trong thực vật và động vật, không phải lúc nào cũng không đổi. Ví dụ, nó thay đổi tùy thuộc vào số lượng 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 những dao động này trong các mẫu có niên đại bằng các phương pháp khác. Bạn có thể đếm số vòng hàng năm của cây và sự thay đổi nội dung của chúngcacbon phóng xạ. Từ dữ liệu này, có thể xây dựng "đường chuẩn".
Hiện tại, công việc đang được tiến hành để mở rộng và cải thiện nó. Trong năm 2008, chỉ có niên đại của cacbon phóng xạ lên đến 26.000 năm mới có thể được hiệu chuẩn. Ngày nay, đường cong đã được kéo dài đến 50.000 năm.
Điều gì có thể được đo lường?
Không phải chất liệu nào cũng có thể xác định thời đại bằng phương pháp này. Hầu hết, nếu không phải tất cả, các hợp chất hữu cơ cho phép xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ. Một số vật liệu vô cơ, chẳng hạn như thành phần aragonit của vỏ, cũng có thể được xác định niên đại, vì carbon-14 đã được sử dụng để hình thành khoáng chất.
Vật liệu đã có từ khi bắt đầu phương pháp bao gồm than củi, gỗ, cành cây, hạt, xương, vỏ sò, da, than bùn, phù sa, đất, tóc, đồ gốm, phấn hoa, tranh tường, san hô, máu còn sót lại, vải, giấy, giấy da, nhựa và nước.
Không thể phân tích cacbon phóng xạ của một kim loại nếu kim loại đó không chứa cacbon-14. Ngoại lệ là các sản phẩm bằng sắt, được sản xuất bằng than.
Đếm đôi
Vì sự phức tạp này, ngày cácbon phóng xạ được trình bày theo hai cách. Các phép đo chưa hiệu chuẩn được đưa ra trong những năm trước năm 1950 (BP). Ngày hiệu chuẩn cũng được trình bày dưới dạng BC. e., và sau đó, cũng như sử dụng đơn vị calBP (được hiệu chỉnh cho đến nay, trước năm 1950). Đây là "ước tính tốt nhất" về tuổi thực của mẫu, nhưng cần phải quay lạidữ liệu cũ và hiệu chỉnh chúng khi các nghiên cứu mới tiếp tục cập nhật đường chuẩn.
Số lượng và chất lượng
Khó khăn thứ hai là mức độ phổ biến của14С cực kỳ thấp. Chỉ 0,0000000001% carbon trong bầu khí quyển ngày nay là14C, khiến nó cực kỳ khó đo lường và cực kỳ nhạy cảm với ô nhiễm.
Trong những năm đầu, việc phân tích cácbon phóng xạ của các sản phẩm phân hủy đòi hỏi các mẫu khổng lồ (ví dụ: nửa xương đùi người). Nhiều phòng thí nghiệm hiện sử dụng Máy đo khối phổ (AMS), có thể phát hiện và đo lường sự hiện diện của các đồng vị khác nhau, cũng như đếm các nguyên tử cacbon-14 riêng lẻ.
Phương pháp này cần ít hơn 1 gam xương, nhưng rất ít quốc gia có thể mua nhiều hơn một hoặc hai AMS, chi phí hơn 500.000 đô la. Ví dụ: Úc chỉ có 2 trong số các thiết bị này có khả năng xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ và chúng nằm ngoài tầm với của hầu hết các nước đang phát triển.
Sạch sẽ là chìa khóa của sự chính xác
Ngoài ra, các mẫu phải được làm sạch cẩn thận để tránh nhiễm bẩn carbon từ chất kết dính và đất. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu rất cũ. Nếu 1% nguyên tố trong mẫu 50.000 năm tuổi đến từ chất ô nhiễm hiện đại, thì nó sẽ có niên đại là 40.000 năm tuổi.
Vì lý do này, các nhà nghiên cứu không ngừng phát triểncác phương pháp làm sạch vật liệu hiệu quả. Chúng có thể có tác động đáng kể đến kết quả mà phân tích carbon phóng xạ mang lại. Độ chính xác của phương pháp đã tăng lên đáng kể với sự phát triển của phương pháp làm sạch mới bằng than hoạt tính ABOx-SC. Ví dụ, điều này làm cho nó có thể trì hoãn ngày xuất hiện của những người đầu tiên ở Úc hơn 10 nghìn năm.
Phân tích cacbon phóng xạ: chỉ trích
Phương pháp chứng minh rằng hơn 10 nghìn năm đã trôi qua kể từ thời kỳ đầu của Trái đất, được đề cập trong Kinh thánh, đã bị các nhà sáng tạo nhiều lần chỉ trích. Ví dụ, họ lập luận rằng trong vòng 50.000 năm các mẫu phải không có carbon-14, nhưng than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên, được cho là hàng triệu năm tuổi, chứa một lượng đồng vị có thể đo được này, được xác nhận bằng cách xác định niên đại của carbon phóng xạ. Sai số đo trong trường hợp này lớn hơn bức xạ nền, không thể loại bỏ được sai số trong phòng thí nghiệm. Có nghĩa là, một mẫu không chứa một nguyên tử cacbon phóng xạ sẽ hiển thị niên đại 50 nghìn năm. Tuy nhiên, thực tế này không đặt ra câu hỏi về niên đại của các vật thể, và càng không chỉ ra rằng dầu mỏ, than đá và khí đốt tự nhiên trẻ hơn tuổi này.
Ngoài ra, các nhà sáng tạo lưu ý một số điều kỳ lạ trong việc xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ. Ví dụ, việc xác định niên đại của các loài nhuyễn thể nước ngọt đã xác định tuổi của chúng trên 2.000 năm, theo ý kiến của họ, phương pháp này làm mất uy tín của phương pháp này. Trên thực tế, người ta đã phát hiện ra rằng động vật có vỏ lấy hầu hết các-bon từ đá vôi và đất mùn, có hàm lượng rất thấp14C, vì những khoáng chất này rất cũ và không có khả năng tiếp cậnkhông khí carbon. Phân tích cacbon phóng xạ, trong trường hợp này có thể bị nghi ngờ về độ chính xác của phân tích này, ngược lại là đúng. Ví dụ như gỗ thì không có vấn đề này, bởi vì thực vật lấy carbon trực tiếp từ không khí, chứa đầy đủ liều lượng14C.
Một lập luận khác chống lại phương pháp này là thực tế là cây có thể hình thành nhiều vòng trong một năm. Điều này đúng, nhưng thường xảy ra hơn là chúng hoàn toàn không hình thành các vòng tăng trưởng. Cây thông lông cứng, là loại cây dựa trên hầu hết các phép đo, có số vòng ít hơn 5% so với tuổi thực của nó.
Đặt ngày
Phân tích cacbon phóng xạ 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 này cho phép các nhà khảo cổ học sắp xếp các phát hiện theo thứ tự thời gian mà không cần đến hồ sơ hoặc tiền xu.
Vào thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, các nhà khảo cổ học vô cùng kiên nhẫn và cẩn thận đã liên kết các công cụ gốm và đá từ các khu vực địa lý khác nhau bằng cách tìm kiếm những điểm tương đồng về hình dạng và hoa văn. Sau đó, sử dụng ý tưởng rằng các kiểu đối tượng phát triển và trở nên phức tạp hơn theo thời gian, họ có thể sắp xếp chúng theo thứ tự.
Vì vậy, những ngôi mộ mái vòm lớn (được gọi là tholos) ở Hy Lạp được coi là tiền thân của những công trình kiến trúc tương tự trên đảo Maeshowe của Scotland. Điều này ủng hộ ý tưởng rằng các nền văn minh cổ điển của Hy Lạp và La Mã là trung tâm của mọi sự đổi mới.
Tuy nhiên, trongKết quả phân tích carbon phóng xạ, hóa ra những ngôi mộ ở Scotland cổ hơn những ngôi mộ ở Hy Lạp hàng nghìn năm tuổi. Những người man rợ phương Bắc có khả năng thiết kế những cấu trúc phức tạp tương tự như những cấu trúc cổ điển.
Các dự án đáng chú ý khác là việc gán Tấm vải liệm Turin cho thời kỳ trung cổ, xác định niên đại của các Cuộn giấy ở Biển Chết cho đến thời Chúa Kitô, và việc định kỳ các bức vẽ trong Hang Chauvet ở mức 38.000 calBP (khoảng 32.000 BP), sớm hơn hàng nghìn năm so với dự kiến.
Phân tích cacbon phóng xạ cũng đã được sử dụng để xác định thời điểm tuyệt chủng của loài voi ma mút và đã góp phần vào cuộc tranh luận về việc liệu người hiện đại và người Neanderthal có gặp nhau hay không.
Đồng vị14С không chỉ dùng để xác định tuổi. Phương pháp phân tích carbon phóng xạ cho phép chúng tôi nghiên cứu sự lưu thông của đại dương và theo dõi sự di chuyển của thuốc khắp cơ thể, nhưng đây là chủ đề cho một bài báo khác.
