كيف تعمل طريقة تأريخ الكربون المشع وهل هي موثوقة؟

يؤرخ الكربون المشع هو واحد من أشهرها تقنيات المواعدة الأثرية متاح للعلماء ، وقد سمع به الكثير من الناس على الأقل. ولكن هناك العديد من المفاهيم الخاطئة حول كيفية عمل الكربون المشع ومدى موثوقية التقنية.

تم اختراع مواعدة الكربون المشع في الخمسينات من قبل الكيميائي الأمريكي ويلارد ف. ليبي وعدد قليل من طلابه في جامعة شيكاغو: في عام 1960 ، فاز بجائزة نوبل في الكيمياء للاختراع. لقد كانت أول طريقة علمية مطلقة تم اختراعها على الإطلاق: أي أن التقنية كانت أول من سمح للباحث بتحديد المدة التي مات فيها جسم عضوي ، سواء كان في سياق الكلام أم لا. خجولة من ختم التاريخ على شيء ما ، فهي لا تزال أفضل وأدق تقنيات المواعدة التي تم ابتكارها.

كل الكائنات الحية تتبادل الغاز كربون 14 (C14) مع الغلاف الجوي المحيط بها - تتبادل الحيوانات والنباتات الكربون 14 مع الغلاف الجوي ، تتبادل الأسماك والشعاب المرجانية الكربون مع C14 المذاب في الماء. طوال حياة الحيوان أو النبات ، تكون كمية C14 متوازنة تمامًا مع تلك المحيطة بها. عندما يموت كائن حي ، ينكسر هذا التوازن. يتحلل C14 في الكائن الحي الميت ببطء بمعدل معروف: "نصف عمره".

نصف العمر النظائر مثل C14 هو الوقت الذي يستغرقه نصفه لتتحلل: في C14 ، كل 5،730 عامًا ، يختفي نصفه. لذا ، إذا قمت بقياس كمية C14 في كائن ميت ، يمكنك معرفة كم من الوقت توقفت عن تبادل الكربون مع غلافه الجوي. نظرًا للظروف النقية نسبيًا ، يمكن لمختبر الكربون المشع أن يقيس كمية الكربون المشع بدقة في كائن ميت منذ ما يقرب من 50000 سنة مضت ؛ بعد ذلك ، لم يتبق ما يكفي من C14 للقياس.

لكن هناك مشكلة. يتقلب الكربون في الغلاف الجوي بقوة المجال المغناطيسي للأرض والنشاط الشمسي. عليك أن تعرف كيف كان مستوى الكربون في الغلاف الجوي ("خزان" الكربون المشع) في ذلك الوقت لموت الكائن الحي ، لكي تكون قادرًا على حساب مقدار الوقت المنقضي منذ الكائن الحي مات. ما تحتاجه هو مسطرة ، خريطة موثوقة للخزان: وبعبارة أخرى ، مجموعة عضوية من الأشياء التي أنت يمكن تحديد موعد بشكل آمن وقياس محتواه C14 وبالتالي إنشاء خزان خط الأساس في سنة معينة.

لحسن الحظ ، لدينا جسم عضوي يتتبع الكربون في الغلاف الجوي سنويًا: حلقات جذوع الأشجار. تحافظ الأشجار على توازن الكربون 14 في حلقات نموها - وتنتج الأشجار حلقة لكل عام تعيش فيه. على الرغم من أنه ليس لدينا أي أشجار عمرها 50000 عام ، إلا أن لدينا مجموعات متداخلة من حلقات الأشجار تعود إلى 12،594 عامًا. وبعبارة أخرى ، لدينا طريقة قوية جدًا لمعايرة تواريخ الكربون المشع الخام لآخر 12،594 عامًا من ماضي كوكبنا.

ولكن قبل ذلك ، لا تتوفر سوى البيانات المجزأة ، مما يجعل من الصعب للغاية تحديد أي شيء مضى عليه أكثر من 13000 عام بشكل نهائي. التقديرات الموثوقة ممكنة ، ولكن مع عوامل +/- كبيرة.

كما قد تتخيل ، يحاول العلماء اكتشاف كائنات عضوية أخرى يمكن تأريخها بشكل آمن منذ اكتشاف ليبي. تضمنت مجموعات البيانات العضوية الأخرى التي تم فحصها ، الأصناف (طبقات في الصخور الرسوبية التي يتم وضعها سنويًا وتحتوي على مواد عضوية ، مرجان أعماق المحيطات ، speleothems (رواسب الكهوف) ، وعربات البراكين ؛ ولكن هناك مشاكل في كل من هذه الأساليب. يمكن أن تشتمل رواسب الكهوف والأصناف على كربون التربة القديم ، وهناك مشاكل لم يتم حلها حتى الآن مع تذبذب كميات C14 في مرجان المحيطات.

ابتداء من التسعينات ، تحالف من الباحثين بقيادة بولا ج. Reimer من مركز كرونو للمناخ والبيئة والتسلسل الزمنيفي جامعة كوينز بلفاست ، بدأت في بناء مجموعة بيانات واسعة وأداة معايرة أطلقوا عليها أولًا CALIB. منذ ذلك الوقت ، تم تحسين CALIB ، التي أعيدت تسميتها الآن IntCal ، عدة مرات. تجمع IntCal البيانات وتعززها من حلقات الأشجار ، وأنوية الجليد ، وتيفرا ، والشعاب المرجانية ، والكهوف إلى وضع مجموعة معايرة محسنة بشكل كبير لتواريخ C14 بين 12000 و 50000 سنة منذ. تم التصديق على أحدث المنحنيات في المؤتمر الدولي الحادي والعشرون للكربون المشع في يوليو 2012.

في السنوات القليلة الماضية ، هناك مصدر محتمل جديد لمزيد من التحسين لمنحنيات الكربون المشع وهي بحيرة Suigetsu في اليابان. تحتوي رواسب بحيرة Suigetsu التي يتم تشكيلها سنويًا على معلومات تفصيلية حول التغيرات البيئية على مدار الخمسين ألف عام الماضية سنوات ، والتي يعتقد أخصائي الكربون المشع PJ Reimer أنها ستكون جيدة ، وربما أفضل من عينات العينات من ال صفيحة غرينلاند الجليدية.

الباحثون Bronk-Ramsay et al. تقرير 808 مواعيد AMS على أساس رواسب الرواسب المقاسة بواسطة ثلاثة مختبرات مختلفة للكربون المشع. التواريخ والتغيرات البيئية المقابلة تعد بإقامة ارتباط مباشر بين السجلات المناخية الرئيسية الأخرى ، مما يسمح للباحثين مثل Reimer بمعايرة تواريخ الكربون المشع بدقة ما بين 12،500 إلى الحد العملي لـ c14 التي يرجع تاريخها إلى 52,800.

يشير رايمر وزملاؤه إلى أن IntCal13 هو الأحدث في مجموعات المعايرة ، ومن المتوقع إجراء المزيد من التحسينات. على سبيل المثال ، في معايرة IntCal09 ، اكتشفوا أدلة على أنه خلال الأصغر سنا (12،550-12،900 cal BP) ، كان هناك الإغلاق أو على الأقل انخفاض حاد في تكوين المياه العميقة لشمال المحيط الأطلسي ، والذي كان بالتأكيد انعكاساً لتغير المناخ ؛ كان عليهم التخلص من بيانات تلك الفترة من شمال الأطلسي واستخدام مجموعة بيانات مختلفة. هذا يجب أن يسفر عن نتائج مثيرة للاهتمام في المستقبل.

• _{Bronk Ramsey C ، Staff RA ، Bryant CL ، Brock F ، Kitagawa H ، Van der Plicht J ، Schlolaut G ، Marshall MH ، Brauer A ، Lamb HF et al. 2012. سجل كامل من الكربون المشع الأرضي للأرض من 11.2 إلى 52.8 kyr B.P. Science 338: 370-374.}
• _{Reimer PJ. 2012. علوم الغلاف الجوي. تنقيح المقياس الزمني للكربون المشع. علم 338(6105):337-338.}
• _{Reimer PJ، Bard E، Bayliss A، Beck JW، Blackwell PG، Bronk Ramsey C، Buck CE، Cheng H، Edwards RL، Friedrich M et al.. 2013. IntCal13 و Marine13 منحنيات معايرة العمر بالكربون المشع من 0 إلى 50000 سنة من ضغط الدم. الكربون المشع 55(4):1869–1887.}
• _{Reimer P ، Baillie M ، Bard E ، Bayliss A ، Beck J ، Blackwell PG ، Bronk Ramsey C ، Buck C ، Burr G ، Edwards R et al. 2009. IntCal09 و Marine09 منحنيات معايرة العمر بالكربون المشع ، 0-50،000 سنة من ضغط الدم.الكربون المشع 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M ، و Reimer PJ. 1993. تمديد قاعدة بيانات C14 وبرنامج المعايرة العمرية Calib 3.0 c14 المنقح. الكربون المشع 35(1):215-230.}