For 70 år siden udtænkte den amerikanske kemiker Willard Libby en genial metode til datering af organiske materialer. Hans teknik, kendt som kulstofdating, revolutionerede området arkæologi.
Relateret indhold
- Klimaændring Might Break Carbon Dating
Nu kunne forskere nøjagtigt beregne alderen på ethvert objekt lavet af organiske materialer ved at observere, hvor meget af en bestemt form for kulstof, der var tilbage, og derefter beregne baglæns for at bestemme, hvornår planten eller dyret, som materialet stammer fra, var død. Denne teknik, der vandt Libby Nobelprisen i 1960, har gjort det muligt for forskere at datere tatoveringer på gamle mumier, fastslå, at et britisk bibliotek afholdt en af verdens ældste Koraner, og regne ud, at mest handel med elfenben stammer fra elefanter dræbt inden for de sidste tre flere år.
I dag truer mængden af kuldioxid mennesker i Jordens atmosfære med at skæve nøjagtigheden af denne teknik for fremtidige arkæologer, der ser på vores egen tid. Det skyldes, at fossile brændstoffer kan ændre radiokarbonalderen i nye organiske materialer i dag, hvilket gør dem svære at skelne fra gamle. Heldigvis tilbyder forskning, der blev offentliggjort i går i tidsskriftet Environmental Research Letters, en måde at redde Libbys arbejde og genoplive denne afgørende dateringsteknik: bare se på en anden isotop af kulstof.
En isotop er en form for et element med et vist antal neutroner, som er de subatomære partikler, der findes i kernen i et atom, der ikke har nogen ladning. Mens antallet af protoner og elektroner i et atom bestemmer, hvilket element det er, kan antallet af neutroner variere vidt mellem forskellige atomer i det samme element. Næsten 99 procent af alt kulstof på Jorden er kulstof-12, hvilket betyder, at hvert atom har 12 neutroner i sin kerne. Den skjorte, du har på dig, kuldioxid, du inhalerer, og de dyr og planter, du spiser, er alle hovedsageligt dannet af kulstof-12.
Carbon-12 er en stabil isotop, hvilket betyder, at dens mængde i ethvert materiale forbliver den samme år efter år, århundrede efter århundrede. Libbys banebrydende radiocarbon-dateringsteknik kiggede i stedet på en meget mere sjælden isotop af carbon: Carbon-14. I modsætning til Carbon-12 er denne isotop af kulstof ustabil, og dens atomer forfalder til en isotop af nitrogen over en periode på tusinder af år. Nyt carbon-14 produceres dog med en jævn hastighed i jordens øvre atmosfære, når solens stråler rammer nitrogenatomer.
Radiocarbon-datering udnytter denne kontrast mellem en stabil og ustabil kulstofisotop. I løbet af sin levetid indtager en plante konstant kulstof fra atmosfæren gennem fotosyntesen. Dyr på sin side forbruger dette kulstof, når de spiser planter, og kulstoffet spreder sig gennem fødevarecyklussen. Dette kulstof omfatter et konstant forhold mellem carbon-12 og carbon-14.
Når disse planter og dyr dør, ophører de med at indtage kulstof. Fra dette tidspunkt vil mængden af kulstof-14 i materialer, der er tilbage fra planten eller dyret, falde over tid, mens mængden af kulstof-12 forbliver uændret. For radiocarbon dateres et organisk materiale, kan en videnskabsmand måle forholdet mellem resterende kulstof-14 og uændret kulstof-12 for at se, hvor længe det har været siden materialets kilde døde. Fremme af teknologi har gjort det muligt for radiocarbon-datering at blive nøjagtige til inden for få årtier i mange tilfælde.
Carbon-datering er en genial måde for arkæologer at drage fordel af de naturlige måder, atomer forfalder på. Desværre er mennesker på nippet til at ødelægge tingene.
Den langsomme, stabile proces med skabelse af kulstof-14 i den øvre atmosfære er blevet dværgfuld i de sidste århundreder af mennesker, der sprøjter kulstof fra fossile brændstoffer i luften. Da fossile brændstoffer er millioner af år gamle, indeholder de ikke længere nogen målbar mængde carbon-14. Når millioner af ton carbon-12 skubbes ud i atmosfæren, forstyrres det stabile forhold mellem disse to isotoper. I en undersøgelse, der blev offentliggjort sidste år, påpegede fysikeren Imperial College i London Heather Graven, hvordan disse ekstra kulstofemissioner vil skjule radiokarbon-datering.
I 2050 ser nye prøver af organisk materiale ud til at have den samme radiocarbon-dato som prøver fra 1.000 år siden, siger Peter Köhler, hovedforfatter for den nye undersøgelse og en fysiker ved Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research. Fortsatte kuldioxidemissioner fra forbrænding af fossile brændstoffer skæver forholdene endnu mere. "Om et par årtier vil vi ikke være i stand til at skelne mellem, om nogen radiokarbonalder, vi kommer ud, eller kulstof er fra fortiden eller fra fremtiden, " siger Köhler.
Inspireret af Gravens forskning vendte Köhler opmærksomheden på den anden naturligt forekommende stabile isotop af kulstof: Carbon-13. Selvom Carbon-13 udgør lidt over 1 procent af Jordens atmosfære, optager planter dets større, tungere atomer med en meget lavere hastighed end Carbon-12 under fotosyntesen. Således findes kulstof-13 i meget lave niveauer i fossile brændstoffer produceret fra planter og dyrene, der spiser dem. Med andre ord, forbrænding af disse fossile brændstoffer dværger også de atmosfæriske niveauer af kulstof-13.
Ved at måle, om disse niveauer af kulstof-13 er skæve i en genstand, der er radiocarbon-dateret, vil fremtidige videnskabsmænd være i stand til derefter at vide, om objektets niveauer af kulstof-14 er blevet skævt af fossile brændstofemissioner. Et lavere end forventet niveau af kulstof-13 i et objekt ville tjene som et rødt flag, for at dens radiokarbon-dato ikke kunne stole på. Forskere kan derefter se bort fra datoen og prøve andre metoder til datering af objektet.
"Du ser helt klart, at hvis du har en effekt på Carbon-14, hvilket ville give dig en temmelig problematisk alderssignatur, har du også denne signatur i Carbon-13, " sagde Köhler. "Derfor kan du bruge Carbon-13 til at skelne, om radiocarbon er påvirket og derfor forkert, eller hvis det ikke er det."
Köhler indrømmer, at hans teknik ikke ville fungere for materialer hentet fra dybe havområder, hvor kulstof er langsom til at udveksles med resten af atmosfæren, men han tror, det vil hjælpe fremtidige arkæologer med at sortere resterne af vores forurenende alder.
Dronningens universitets paleoclimatolog Paula Reimer påpeger, at det ofte ikke er nødvendigt at måle kulstof-13, da arkæologer normalt kan bruge det sedimentære lag, hvor en genstand blev fundet for at dobbeltkontrolere dens alder. Men for objekter, der findes i områder, hvor jordlagene ikke er klare eller ikke kan dateres korrekt, kunne denne teknik tjene som en ekstra kontrol. Köhllers arbejde "giver en viss forsikring om, at [radiocarbon-datering] vil forblive nyttige til enkeltprøver i fremtiden, " siger Reimer.
Redaktørens note: Denne artikel blev opdateret for at inkludere Peter Köhlers tilknytning.
