Hvordan fungerer radiokarbon-dateringsmetoden, og er den pålitelig?

Radiocarbon-datering er en av de mest kjente arkeologiske dateringsteknikker tilgjengelig for forskere, og de mange i allmennheten har i det minste hørt om det. Men det er mange misoppfatninger om hvordan radiokarbon fungerer og hvor pålitelig en teknikk det er.

Radiocarbon-datering ble oppfunnet på 1950-tallet av den amerikanske kjemikeren Willard F. Libby og noen få av studentene hans ved University of Chicago: i 1960 vant han en nobelpris i kjemi for oppfinnelsen. Det var den første absolutt vitenskapelige metoden som noen gang er oppfunnet: det vil si at teknikken var den første som lot en forsker bestemme hvor lenge siden en organisk gjenstand døde, om den er i kontekst eller ikke. Sjenert av et datostempel på et objekt, det er fremdeles den beste og mest nøyaktige av daterteknikker som er utviklet.

Alle levende ting bytter ut gassen Karbon 14 (C14) med atmosfæren rundt seg - dyr og planter bytter ut karbon 14 med atmosfæren, fisk og koraller bytter karbon med oppløst C14 i vannet. Gjennom levetiden til et dyr eller en plante er mengden C14 perfekt balansert med den i omgivelsene. Når en organisme dør, blir den likevekten brutt. C14 i en død organisme forfaller sakte med en kjent hastighet: dens "halveringstid".

Halveringstiden til en isotop som C14 er tiden det tar for halvparten av det å råtne bort: i C14, hvert 5.730 år, er halvparten av det borte. Så hvis du måler mengden C14 i en død organisme, kan du finne ut hvor lenge siden den sluttet å bytte karbon med atmosfæren. Gitt relativt uberørte omstendigheter, kan et radiokarbonlaboratorium måle mengden radiokarbon nøyaktig i en død organisme så lenge som for 50 000 år siden; etter det er det ikke nok C14 igjen til å måle.

Det er imidlertid et problem. Karbon i atmosfæren svinger med styrken til jordens magnetiske felt og solaktivitet. Du må vite hvordan det atmosfæriske karbonnivået (radiokarbonreservoaret) var på den tiden av en organismes død, for å kunne beregne hvor mye tid som har gått siden organismen døde. Det du trenger er en linjal, et pålitelig kart til reservoaret: med andre ord et organisk sett med objekter som du kan trygt feste en dato på, måle C14-innholdet og dermed etablere grunnlinjereservoaret i et gitt år.

Heldigvis har vi et organisk objekt som sporer karbon i atmosfæren på årlig basis: treringer. Trær opprettholder karbon-likevekt i vekstringene - og trær gir en ring for hvert år de lever. Selv om vi ikke har noen 50.000 år gamle trær, har vi overlappende tresirkelsett tilbake til 12.594 år. Så, med andre ord, vi har en ganske solid måte å kalibrere rå radiokarbondatoer for de siste 12.594 årene av planeten vår.

Men før det er bare fragmentariske data tilgjengelig, noe som gjør det veldig vanskelig å definitivt datere noe eldre enn 13 000 år. Pålitelige estimater er mulig, men med store +/- faktorer.

Som du kanskje forestiller deg, har forskere forsøkt å oppdage andre organiske gjenstander som kan dateres sikkert jevnlig siden Libbys oppdagelse. Andre organiske datasett som er undersøkt har inkludert varver (lag i sedimentær bergart som ble lagt ned årlig og inneholder organiske materialer, dype havkoraller, speleothems (huleavsetninger) og vulkanske tefraer; men det er problemer med hver av disse metodene. Grotteforekomster og varver har potensial til å inkludere gammelt karbon, og det er foreløpig uavklarte problemer med svingende mengder C14 i hav koraller.

Fra og med 1990-tallet, en koalisjon av forskere ledet av Paula J. Reimer av CHRONO Senter for klima, miljø og kronologived Queen's University Belfast begynte å bygge et omfattende datasett og kalibreringsverktøy som de først kalte CALIB. Siden den tid har CALIB, nå omdøpt til IntCal, blitt raffinert flere ganger. IntCal kombinerer og forsterker data fra treringer, iskjerner, tephra, koraller og speleothemer til komme med et betydelig forbedret kalibreringssett for c14-datoer mellom 12.000 og 50.000 år siden. De siste kurvene ble ratifisert ved 21. internasjonale radiokarbonkonferanse i juli 2012.

I løpet av de siste årene er Lake Suigetsu i Japan en ny potensiell kilde for ytterligere raffinering av radiokarbonkurver. Lake Suigetsus årlige dannede sedimenter inneholder detaljert informasjon om miljøendringer de siste 50 000 år, noe radiokarbonspesialist PJ Reimer mener vil være like bra som, og kanskje bedre enn, prøver kjerner fra de Greenland Ice Sheet.

Forskerne Bronk-Ramsay et al. rapporter 808 AMS-datoer basert på sedimentvarv målt av tre forskjellige radiokarbonlaboratorier. Datoene og tilsvarende miljøendringer lover å gjøre direkte korrelasjoner mellom andre viktige klimaregistreringer, slik at forskere som Reimer kan finkalibrere radiokarbondatoer mellom 12 500 til den praktiske grensen for c14-datering av 52,800.

Reimer og kollegene påpeker at IntCal13 bare er det siste innen kalibreringssett, og ytterligere forbedringer er å forvente. I IntCal09s kalibrering oppdaget de for eksempel bevis på at det under en yngre Dryas (12.550-12.900 kal BP) var nedstengning eller i det minste en bratt reduksjon av dannelsen av dypt vann i Nord-Atlanteren, noe som absolutt var en refleksjon av klimaendringer; de måtte kaste ut data for den perioden fra Nord-Atlanteren og bruke et annet datasett. Dette bør gi interessante resultater fremover.

• _{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. En komplett terrestrisk radiokarbonrekord for 11,2 til 52,8 kyr B.P. Vitenskap 338: 370-374.}
• _{Reimer PJ. 2012. Atmosfærevitenskap. Raffinering av tidsskalaen for radiokarbon. Vitenskap 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 og Marine13 Radiocarbon Age Calibration Curves 0–50,000 Years cal BP. radiokarbon 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 og Marine09 kalibreringskurver for radiokarbonalder, 0-50 000 år cal BP.radiokarbon 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M, og Reimer PJ. 1993. Utvidet C14-database og revidert kalibreringsprogram for Calib 3.0 c14. radiokarbon 35(1):215-230.}