În urmă cu șaptezeci de ani, chimistul american Willard Libby a conceput o metodă ingenioasă pentru datarea materialelor organice. Tehnica sa, cunoscută sub denumirea de date de carbon, a revoluționat domeniul arheologiei.
Continut Asemanator
- Schimbările climatice ar putea sparge datarea carbonului
Acum, cercetătorii puteau calcula cu exactitate vârsta oricărui obiect fabricat din materiale organice, observând cât a rămas o anumită formă de carbon, apoi calculând înapoi pentru a determina când planta sau animalul din care a venit materialul au murit. Această tehnică, care a câștigat premiul Nobel Libby în 1960, le-a permis cercetătorilor să-și întâlnească tatuajele pe mumii antice, să stabilească că o bibliotecă britanică deținea unul dintre cei mai vechi Qurans din lume și să-și dea seama că majoritatea traficului de fildeș provine de la elefanți uciși în ultimii trei ani.
Astăzi, cantitatea de dioxid de carbon pe care oamenii o pompează în atmosfera Pământului amenință să înrăutățească exactitatea acestei tehnici pentru viitorii arheologi care se uită la vremea noastră. Acest lucru se datorează faptului că combustibilii fosili pot schimba astăzi epoca radiocarbonului a noilor materiale organice, ceea ce le face greu de diferențiat de cele antice. Din fericire, cercetările publicate ieri în revista Environmental Research Letters oferă o modalitate de a salva munca lui Libby și de a revitaliza această tehnică crucială de datare: pur și simplu priviți un alt izotop de carbon.
Un izotop este o formă a unui element cu un anumit număr de neutroni, care sunt particulele subatomice care se găsesc în nucleul unui atom care nu au nicio încărcare. În timp ce numărul de protoni și electroni dintr-un atom determină ce element este, numărul de neutroni poate varia foarte mult între diferiți atomi ai aceluiași element. Aproape 99 la sută din tot carbonul de pe Pământ este Carbon-12, ceea ce înseamnă că fiecare atom are 12 neutroni în nucleul său. Cămașa pe care o porți, dioxidul de carbon pe care îl inhalezi și animalele și plantele pe care le consumi sunt toate formate în mare parte din Carbon-12.
Carbon-12 este un izotop stabil, ceea ce înseamnă că cantitatea sa din orice material rămâne aceeași an după an, secol după secol. Tehnica de întâlnire a radiocarbonului de la Libby, în schimb, a privit un izotop de carbon mult mai rar: Carbon-14. Spre deosebire de Carbon-12, acest izotop de carbon este instabil, iar atomii săi se descompun într-un izotop de azot pe o perioadă de mii de ani. Noul Carbon-14 este produs cu o viteză constantă în atmosfera superioară a Pământului, pe măsură ce razele Soarelui atacă atomii de azot.
Datarea cu radiocarbon exploatează acest contrast între un izotop stabil și instabil de carbon. În timpul vieții sale, o plantă preia constant carbon în atmosferă prin fotosinteză. La rândul lor, animalele consumă acest carbon atunci când mănâncă plante, iar carbonul se răspândește prin ciclul alimentar. Acest carbon cuprinde un raport constant de Carbon-12 și Carbon-14.
Când aceste plante și animale mor, încetează să mai ia carbon. Din acel moment, cantitatea de Carbon-14 din materialele rămase din plantă sau animal va scădea în timp, în timp ce cantitatea de Carbon-12 va rămâne neschimbată. Pentru radiocarbon datează un material organic, un om de știință poate măsura raportul dintre Carbon-14 rămas și Carbon-12 neschimbat pentru a vedea cât timp a trecut de când a murit sursa materialului. Tehnologia avansată a permis datarea radiocarbonului să devină exactă în doar câteva decenii în multe cazuri.
Datarea cu carbon este o modalitate genială pentru arheologi de a profita de modalitățile naturale cu care descompun atomii. Din păcate, oamenii sunt pe punctul de a încurca lucrurile.
Procesul lent și constant de creare a Carbonului 14 în atmosfera superioară a fost împânzit în secolele trecute de către oamenii care aruncă carbon în combustibilii fosili în aer. Deoarece combustibilii fosili au o vechime de milioane de ani, ei nu mai conțin nicio cantitate măsurabilă de Carbon-14. Astfel, pe măsură ce milioane de tone de Carbon-12 sunt împinse în atmosferă, raportul constant al acestor doi izotopi este perturbat. Într-un studiu publicat anul trecut, fizicianul de la Imperial College London Heather Graven a subliniat modul în care aceste emisii de carbon în plus vor influența întâlnirile cu radiocarbon.
Până în 2050, se vor părea că noile probe de material organic vor avea aceeași dată cu radiocarburi ca și mostrele de acum 1.000 de ani, spune Peter Köhler, autorul principal al noului studiu și fizician la Institutul Alfred Wegener pentru Cercetări Polare și Marine. Emisiile continue de dioxid de carbon din arderea combustibililor fosili vor scădea și mai mult raporturile. „În câteva decenii, nu vom putea distinge dacă există vreo vârstă a radiocarbonului pe care o vom ieși sau că ar putea fi carbonul din trecut sau din viitor”, spune Köhler.
Inspirat de cercetările lui Graven, Köhler și-a îndreptat atenția către celălalt izotop stabil al carbonului care se află în mod natural: Carbon-13. Deși Carbon-13 cuprinde puțin peste 1 la sută din atmosfera Pământului, plantele preiau atomi mai mari, mai grei, cu o rată mult mai mică decât Carbon-12 în timpul fotosintezei. Astfel, Carbon-13 se găsește la niveluri foarte scăzute în combustibilii fosili produși din plante și animalele care le mănâncă. Cu alte cuvinte, arderea acestor combustibili fosili scade și nivelurile atmosferice ale Carbon-13.
Măsurând dacă aceste niveluri de Carbon-13 sunt înglobate într-un obiect datat prin radiocarbon, viitorii oameni de știință ar fi capabili să știe dacă nivelurile de carbon-14 ale obiectului au fost influențate de emisiile de combustibili fosili. Un nivel mai scăzut decât cel preconizat de Carbon-13 într-un obiect ar servi drept un steag roșu, în care data radiocarbonului său nu a putut fi de încredere. Cercetătorii ar putea apoi să ignore data și să încerce alte metode de întâlnire a obiectului.
"Vedeți clar că dacă aveți un efect asupra Carbon-14, care vă va oferi o semnătură de vârstă destul de problematică, aveți și această semnătură în Carbon-13", a spus Köhler. "Prin urmare, puteți utiliza Carbon-13 pentru a distinge dacă radiocarbonul este afectat și, prin urmare, este greșit sau dacă nu."
Köhler recunoaște că tehnica sa nu ar funcționa pentru materialele prelevate din zonele oceanice adânci, unde carbonul se schimbă lent cu restul atmosferei, dar consideră că îi va ajuta pe viitorii arheologi să sorteze resturile epocii noastre poluante.
Paleoclimatologul Queen’s University Reimer, Paula Reimer, subliniază că măsurarea Carbon-13 nu va fi adesea necesară, deoarece arheologii pot folosi de obicei stratul sedimentar în care s-a dovedit că un obiect își verifică dubla vârstă. Dar pentru obiectele găsite în zonele în care straturile Pământului nu sunt clare sau nu pot fi datate corect, această tehnică ar putea servi drept o verificare suplimentară. Lucrarea lui Köhler „oferă o anumită asigurare că [datarea radiocarbonelor] va rămâne utilă pentru viitoarele probe în viitor”, spune Reimer.
Nota editorului: Acest articol a fost actualizat pentru a include afilierea lui Peter Köhler.
