Metoda 14 C

1. Metoda 14C

2. Izotopy uhlíku • Nejobvyklejší je 12C se šesti protony a šesti neutrony v jádře asi 98,9%. • Méně obvyklý je izotop 13C se šesti protony a sedmi neutrony v jádře, ten se vyskytuje asi v 1,1% případů. • Jen jeden atom z 1012 atomů uhlíku je izotop 14C s osmi neutrony v jádře.

3. Při kolizi s atmosférou vzniká neutron. Neutron vyráží jeden proton z jádra 14N a zaujímá jeho místo. Vznik izotopu 14C Kosmické záření Atmosféra Proton Neutron 14N 14C V jádře zbývá 6 protonů a 8 neutronů a jelikož právě počet protonů určuje vlastnosti prvků, stává se z 14N 14C.

4. Poločas rozpadu • Stejně jako všechny druhy radioaktivního rozpadu i rozpad izotopu uhlíku 14C je konstantní a nezávislý na všech přírodních podmínkách. • Čas potřebný k rozpadu jedné poloviny z původního množství atomů izotopu 14C se nazývá poločas rozpadu. • V případě izotopu 14C je poločas rozpadu 5730 let.

5. První radiokarbonové datování • V roce 1949 publikoval první radiokarbonové datování americký chemik Willard Libby • Libby se v průběhu druhé světové války zabýval studiem kosmického záření. • Odhadl poločas rozpadu u radiokarbonu na 5568 let. • I když moderní výzkum stanovil, že přesnější je 5730 let, laboratoře stále používají 5568 let jako poločas rozpadu izotopu 14C.

6. Princip Libbyho metody • 14C se v atmosféře slučuje spolu s kyslíkem za vzniku molekul 14CO2. • Libby předpokládal, že produkce i podíl 14C v atmosféře se v průběhu času nemění (dnes už víme že je tento předpoklad chybný). • Tato stálá atmosférická koncentrace zajišťuje díky fotosyntéze rostlin rovnoměrné pronikání 14C do všech živých organismů. • Pouze pokud organizmus zemře, absorpce 14C je zastavena a stabilní koncentrace 14C začíná klesat. • Každý atom 14C při rozpadu emituje β částice.

7. Libby s pomocí Geigrova počítače a olověného stínění počítal emise β částic ze vzorků. • Pomocí Libbyho metody je možné stanovit dobu mezi současností a smrtí organizmu.

8. Meze a další vývoj metody • Měření aktivity 14C ve vzorku je postiženo statistickou chybou. • Proto byla zavedena standardní odchylka. • Metoda je omezena minimální velikostí vzorku. V konvenčních metodách je potřeba 5g čistého uhlíku. To je 10 – 20g dřeva či 100 – 200g kostí. • 1970 – 1980 v některých laboratořích zavedeny speciální plynové počítače umožňující datovat vzorky o velikosti řádově stovek miligramů. • Dnes některé laboratoře používají AMS (Accelerator Mass Spectrometry), která počítá atomy 14C přímo.

9. AMS umožňuje analyzovat vzorky o hmotnosti asi 5 -10mg.

10. Publikace radiokarbonových výsledků • Radiokarbonové laboratoře poskytují v čase vyjádřené odhady radiokarbonové aktivity ve vzorku. • Úroveň aktivity je převedena na číslo vyjadřující dobu mezi smrtí organizmu a současností. • Aby se laboratoře vyhnuly nejasnostem pocházejících z faktu, že „současnost“ postupuje každý rok, laboratoře si stanovily za svou „současnost“ rok 1950 a tím pádem všechna radiokarbonová datování jsou uvedena vletech BP (before present) tedy „před současností“ myšleno před rokem 1950.

11. 3700 ± 100 BP (P - 685) • V odborných publikacích jsou výsledky radiokarbonového datování uvedeny v takovéto formě. • První cifra je rok BP (Před rokem 1950). • Další cifra je vypočítaná pravděpodobná chyba, tedy standardní odchylka. • V závorce je číslo laboratorní analýzy. Každá laboratoř má své vlastní písmeno (P – Philadelphie, Q - Cambridge).

12. Standardní odchylka • Nemůže být nikdy úplně odstraněna a je se všemi radiokarbonovými daty neoddělitelně spjata. • Máme-li radiokarbonové datování stanovené na 3700 ± 100 BP, máme 68% šanci, tedy dvě ze tří, že správné datum leží někde mezi 3800 a 3600 let BP. • Je zde tedy jedna šance ze tří, že uvedené datum do tohoto rozpětí nespadá. • Doporučuje se převádět takováto data do formy s dvojnásobnou standardní odchylkou. Pak máme 95% šanci že správné datum spadá do vymezeného rozpětí.

13. Pro datování 3700 ± 100 BP je 95% šance, že skutečný věk vzorku je mezi 3900 (3700 + 200) a 3500 (3700 - 200) BP. • Čím větší standardní odchylka, tím menší přesnost datování. • Například 95% šance 3700 ± 150 BP vymezí periodu od 4000 do 3400 BP, která je o 200 let větší než datování stanovené ± 100 BP.

14. Kalibrování radiokarbonových dat • Libby předpokládal, že produkce i podíl 14C v atmosféře se v průběhu času nemění. • Dnes víme, že koncentrace 14C v atmosféře je proměnlivá, z velké části kvůli změnám v magnetickém poli Země. • To činí tuto metodu ještě nespolehlivější. • Zpřesnění přinesla konfrontace radiokarbonových dat a dat získaných pomocí dendrochronologie. • Díky dendrochronologii byly vytvořeny tzv. kalibrační křivky umožňující kalibrovat radiokarbonová data až k letům 8500 BC

15. Např. pokud radiokarbonové datování ukazuje na věk okolo 4100 BP, tak kalibrovaná data budou někde okolo 5000 BP. • Nedávné srovnání 14C dat a dat pocházejících z datování korálových útesů poblíž Barbadosu pomohlo vytvořit kalibrační křivku od 9000 BP (limit kalibrace pomocí dendrochronologie) do 40 000 BP.

16. Kontaminace • Kontaminace před vzorkováním • Během uložení v zemi. • Podzemní voda může rozpustit organické materiály a znečistit tak budoucí vzorek. • Formace minerálních hmot může zanést vzorek uhličitanem vápenatým a snížit tak koncentraci 14C a tím klamavě zvýšit věk vzorku.

17. Kontaminace v průběhu vzorkování • Vzorky by měly být bezpečně odděleny od jakéhokoliv zdroje moderního uhlíku. • Měly by být uloženy v temnu, aby se zabránilo fotosyntéze (zelená plíseň je jasná známka kontaminace).

18. Použití • Turínské Roucho 1988 – datováno do 14. stol AD • Zrnka vína z Hambledonského kopce, jižní Anglie – datováno 3500 BC (O 3000 let starší než se předpokládalo).