Strona główna

Wprowadzenie

Powstawanie izotopu 14C
Krótka historia rozwoju metody
Metody badawcze
 

Powstawanie izotopu 14C

W naturze występują trzy główne izotopy węgla – 12C, 13C i 14C, ostatni radioaktywny. Proporcje ich ilości wynoszą: 12C – 98.89%, 13C – 1.11% i 14C- jeden atom na 1012 atomów 12C, ( odniesione do żywych organizmów ). Węgiel 14C tworzy się w górnych warstwach atmosfery, gdzie atomy azotu są bombardowane neutronami o wysokiej energii z promieniowania kosmicznego. Reakcja przebiega w sposób następujący :

14N+n® 14C+p.

Węgiel radioaktywny ulega szybkiemu utlenianiu do dwutlenku węgla i w ten sposób przedostaje się do globalnego obiegu węgla, którego częścią są wszystkie istoty żywe. 14C rozprzestrzenia się w atmosferze niezwykle szybko, czego dowiodły pomiary dokonane na podstawie obserwacji węgla powstałego w wyniku wybuchów nuklearnych. Izotop przedostaje się również do oceanów.

14C rozpada się, emitując elektron o średniej energii 160 keV:

14C® 14N+b

Ilość węgla radioaktywnego w żyjących organizmach pozostaje taki sam- przez cały czas “uzupełniają” ilość izotopu, wchłaniając go w łańcuchu pokarmowym. Zawartość 14C w ogólnej ilości węgla jest podobna jak w atmosferze. Po śmierci organizmu nie wchłania on już węgla, zatem zawartość węgla 14C, który ulega rozpadowi zaczyna spadać. Znając połowiczny czas rozpadu izotopu, można poprzez pomiar koncentracji lub aktywności rozpadu i porównanie go z aktywnością próbek “współczesnych”(więcej w : obliczanie wieku radiowęglowego ) określić datę śmierci organizmu.

Czas rozpadu połowicznego po raz pierwszy został wyznaczony przez Libby`ego jako 5568 ± 30 lat. Późniejsze pomiary zweryfikowały ten wynik na 5730 ± 30 lat – tzw. czas połowiczny Cambridge, nazwany tak od miejsca badań. Czas rozpadu ogranicza możliwości zastosowania techniki 14C - po około 10 okresach połowicznego rozpadu mamy już 210 razy mniej atomów i dokładne wyznaczenie wieku obiektu staje się niemożliwe.

Krótka historia rozwoju metody

Pierwsze prace na temat metody 14C zostały opublikowane w 1949 roku. Libby chcąc sprawdzić jej poprawność zdecydował się na datowanie próbek ze starożytnego Egiptu, których wiek historyczny został wcześniej ustalony innymi metodami. Pobrano i datowano próbkę z grobowca faraona Dżosera z trzeciej dynastii , którego powstanie źródła historyczne określają na około 2700-2600 roku p.n.e.. Rezultat doświadczenia zdawał się potwierdzać poprawność metody, a dalsze badania przeprowadzone na próbkach drewna datowanego dendrochronologicznie (patrz : Dendrochronologia ) dawały wyniki zgodne w założonym przedziale błędu 10%. Pozwoliło to wysunąć hipotezę o stałej koncentracji izotopu 14C w atmosferze. W 1949r. w publikacji w czasopiśmie Science Arnold i Libby zawarli wyniki swoich prac łącznie z porównaniem dat historycznych z tymi uzyskanymi metodą węgla radioaktywnego.

W latach 50-tych dokonywano dalszych datowań próbek pochodzących z regionu śródziemnomorskiego. W części z nich uzyskiwano wiek znacznie młodszy, niż wskazywały dane historyczne. Powstałe spory pomiędzy badaczami pociągnęły za sobą dokładne badania pierścieni drzew (drewno wewnątrz drzewa obumiera – więc może być datowane 14C ). Okazało się, że zawartość 14C w atmosferze fluktuuje – w ciągu ostatnich 1500 lat fluktuacje te dochodziły nawet do 5%. Oprócz zmian długotrwałych stwierdzono obecność wielu mniejszych, krótkich czasowo “wahnięć”. Wskazało to na konieczność kalibracji dat uzyskiwanych metodą 14C na podstawie materiału datowanego historycznie. Badania dendrochronologiczne, prowadzone przez ostatnie 10 lat pozwoliły na stworzenie sięgającego 10 tysięcy lat w przeszłość “kalendarza”, pozwalającego na zamianę lat uzyskanych w metodzie izotopowej na lata słoneczne. (patrz: dendrochronologia i kalibracja)

Metody badawcze

Obecnie istniejące laboratoria stosują w badaniach trzy metody określania zawartości 14C w materiale :

Strona główna