• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Datowanie radiowęglowe

    Przeczytaj także...
    Willard Frank Libby (ur. 17 grudnia 1908, zm. 8 września 1980) – chemik amerykański, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii za rok 1960.Metoda uranowo-torowa – metoda datowania bezwzględnego, opiera się na rozpadzie promieniotwórczym izotopów uranu, optymalna dla przedziału chronologicznego od 500 do 50 000 lat temu.
    Liczebniki główne potęg tysiąca o wykładniku naturalnym (takie jak tysiąc, milion, miliard i wyższe) są w różnych językach świata tworzone według różnych reguł. Dwa najbardziej rozpowszechnione systemy takich liczebników to długa skala (fr. échelle longue) i krótka skala (fr. échelle courte). Systemy te posługują się analogicznymi (różniącymi się jedynie ortografią) nazwami w odniesieniu do różnych liczb. Na przykład słowo bilion, które w Polsce i w większości krajów europejskich oznacza milion milionów (10), w krajach anglojęzycznych (ang. billion) określa tysiąc milionów (10). Wybór długiej lub krótkiej skali zależy od kraju, języka, a nawet dziedziny zastosowania danego liczebnika; bywało też, że władze decydowały o zmianie obowiązującej w danym państwie skali.

    Datowanie radiowęglowe – metoda badania wieku przedmiotów oparta na pomiarze proporcji między izotopem promieniotwórczym węgla C a izotopami trwałymi C i C (datowanie izotopowe). Metoda dostępna w wielu laboratoriach, również w Polsce, opracowana została przez Willarda Libby’ego i jego współpracowników w 1949. Libby otrzymał za tę pracę Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1960 roku.

    Obieg węgla w przyrodzie – biologiczne, chemiczne i fizyczne procesy zachodzące na Ziemi, w wyniku których następuje ciągły cykl wymiany węgla znajdującego się w atmosferze, w wodzie, organizmach żywych ich szczątkach oraz w skorupie ziemskiej.Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 7, niemetal z grupy 15 (azotowców) układu okresowego. Stabilnymi izotopami azotu są N i N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości), a jego zawartość w litosferze Ziemi wynosi 50 ppm. Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotyny oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka, alkaloidy i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).

    Podstawy naukowe[]

    W górnych warstwach atmosfery pod wpływem neutronów promieniowania kosmicznego cały czas zachodzi proces przemiany N w radioaktywny C w myśl reakcji:

    Węgiel ten następnie rozchodzi się równomiernie w atmosferze i pod postacią dwutlenku węgla wchodzi poprzez fotosyntezę do organicznego obiegu węgla w przyrodzie. Tak długo jak organizm żyje, wymienia materię z otoczeniem i proporcje węgla radioaktywnego do stabilnego w materii żywej są podobne jak w atmosferze.

    Skóra – surowiec wykorzystywany w przemyśle, pozyskiwany z powłoki ciała zwierząt dzikich i hodowlanych. Jest wykorzystywany m.in. do wyrobu odzieży, obuwia, galanterii, tapicerek samochodowych oraz okładek do książek. Ma również zastosowanie w technice.Dwutlenek węgla (nazwa systematyczna: ditlenek węgla; nazwa Stocka: tlenek węgla(IV)), CO2 – nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym węgiel występuje na IV stopniu utlenienia.

    Sytuacja zmienia się jednak, gdy tylko organizm umrze – wymiana przestaje zachodzić, a izotop C z czasem rozpada się według reakcji:

    Jego udział spada o połowę co około 5740 lat (jest to tzw. czas albo okres połowicznego rozpadu). Zanik izotopu C w stosunku do jego początkowej ilości przedstawia poniższa tabela.

    Supernowa – w astronomii termin określający kilka rodzajów kosmicznych eksplozji, które powodują powstanie na niebie niezwykle jasnego obiektu, który już po kilku tygodniach bądź miesiącach staje się niemal niewidoczny. Istnieją dwie możliwe drogi prowadzące do takiego wybuchu: w jądrze masywnej gwiazdy przestały zachodzić reakcje termojądrowe i pozbawiona ciśnienia promieniowania gwiazda zaczyna zapadać się pod własnym ciężarem, lub też biały karzeł tak długo pobierał masę z sąsiedniej gwiazdy, aż przekroczył masę Chandrasekhara, co spowodowało eksplozję termojądrową. W obydwu przypadkach, następująca eksplozja supernowej z ogromną siłą wyrzuca w przestrzeń większość lub całą materię gwiazdy. Utworzona w ten sposób mgławica jest bardzo nietrwała i ulega całkowitemu zniszczeniu już po okresie kilkudziesięciu tysięcy lat, znikając zupełnie bez śladu. Z tego powodu w Drodze Mlecznej znamy obecnie zaledwie 265 pozostałości po supernowych, choć szacunkowa liczba tego rodzaju wybuchów w ciągu ostatnich kilku miliardów lat jest rzędu wielu milionów.ppt (ang. parts per trillion) – przyjęty na świecie sposób wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Stężenie to jest pochodną ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 bilion (ang. trillion - 10) cząsteczek rozpuszczalnika.
    Spadek ilości izotopu C z czasem

    Obecny udział izotopu radioaktywnego węgla do całości węgla w atmosferze ziemskiej oraz wodach powierzchniowych jest rzędu jednego atomu radioaktywnego na bilion (10) atomów węgla (stężenie 1 ppt). Wartość ta jest zmienna w czasie, gdyż zależy od stężenia węgla w atmosferze oraz natężenia promieniowania kosmicznego.

    Promieniowanie kosmiczne – promieniowanie złożone, zarówno korpuskularne jak i elektromagnetyczne, docierające do Ziemi z otaczającej ją przestrzeni kosmicznej. Korpuskularna część promieniowania składa się głównie z protonów (90% cząstek), cząstek alfa (9%), elektronów (ok 1%) i nielicznych cięższych jąder. Promieniowanie docierające bezpośrednio z przestrzeni kosmicznej nazywamy promieniowaniem kosmicznym pierwotnym. Cząstki docierające do Ziemi w wyniku reakcji promieniowania kosmicznego pierwotnego z jądrami atomów gazów atmosferycznych, to promieniowanie wtórne.Fotosynteza (stgr. φῶς – światło, σύνθεσις – łączenie) – biochemiczny proces wytwarzania związków organicznych z materii nieorganicznej, przez komórki zawierające chlorofil lub bakteriochlorofil, przy udziale światła. Jest to jedna z najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla, zwiększając masę materii organicznej kosztem materii nieorganicznej.

    By określić kiedy nastąpiło pobranie węgla z atmosfery do fotosyntezy i budowy danego organizmu, należy zmierzyć proporcję izotopu węgla C do całej zawartości węgla w badanych pozostałościach organizmu lub materiałów pochodzących z tego organizmu (np. drewna lub skóry). Następnie trzeba obliczyć, jak dawno temu próbka miała proporcje izotopów równe wówczas proporcji atmosferycznej.

    Materia – w potocznym znaczeniu: ogół obiektywnie istniejących przedmiotów fizycznych, poznawalnych zmysłami. W fizyce termin "materia" ma kilka znaczeń.Wzorcowanie - ogół czynności ustalających relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych, realizowanymi przez wzorzec jednostki miary wraz z podaniem niepewności tego pomiaru.

    Udział radiowęgla w ogóle węgla występującego w atmosferze można wyrazić wzorem:

    Licznik zależy od ilości wytworzonego przez promieniowanie kosmiczne radiowęgla i nie zmienia się znacznie w badanym okresie. Znacznie gorzej jest z mianownikiem – ilość CO2 w atmosferze podlega częstym wahaniom, zwłaszcza w związku z procesami zlodowacenia. Z tego powodu na czysty wynik pomiarów radiowęglowych konieczne jest naniesienie poprawek.

    Neutron (z łac. neuter – "obojętny") – cząstka subatomowa występująca w jądrach atomowych. Jest obojętny elektrycznie. Posiada spin ½.Błąd pomiaru – odstępstwo wyniku jednostkowego pomiaru od wartości prawdziwej, której wielkości na ogół nie znamy. Nie należy go rozumieć jako powstałego wyłącznie w wyniku pomyłki, a jako nieodłączny czynnik procesu pomiarowego. Błąd pomiaru jest bezpośrednio związany z metodą pomiaru.

    W celu uzyskania większej dokładności datowania radiowęglowego stosuje się inne metody określania wieku materiału i porównuje się wyniki z datowaniem radiowęglowym. W ich wyniku uzyskuje się krzywe kalibracji. Najpowszechniej stosowane metody to: dendrochronologia, datowanie uranowo-torowe korali i chronologia tzw. warstw (warstewek ilastego osadu).

    Atmosfera — gazowa powłoka otaczająca planetę o masie wystarczającej do utrzymywania wokół siebie warstwy gazów w wyniku działania grawitacji. Ta definicja stosuje się do planet skalistych i księżyców. W przypadku gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz, oraz gwiazd (por. atmosfera słoneczna) terminem atmosfery określa się tylko zewnętrzne (przezroczyste) warstwy gazowej powłoki, z których promieniowanie dociera bezpośrednio do obserwatora. Język polski (polszczyzna) – język naturalny należący do grupy zachodniosłowiańskich (do których należą również czeski, słowacki, kaszubski, dolnołużycki, górnołużycki i wymarły połabski), stanowiących część rodziny indoeuropejskiej.

    Maksymalny wiek próbek, dla których można stosować metodę datowania radiowęglowego to 58-62 tys. lat. W przypadku próbek starszych zawartość C jest na tyle mała, że jej pomiar obarczony jest dużym błędem.

    Dokładność pomiaru spada też dla próbek z okresów nasycenia metody datowania radiowęglowego (ang. radiocarbon plateau), w których stężenie izotopu C w atmosferze ulegało zmianom w tempie podobnym do zaniku C w materiale wyniku rozpadu. W związku z tym zależność pomiędzy latami radiowęglowymi i chronologią bezwzględną (latami) – czyli tzw. krzywa kalibracji – przestaje być liniowa w tych obszarach czasowych i nasyca się (spłaszcza). Efekt taki miał miejsce m.in. 10 000 – 11 000 lat temu, podczas młodszego dryasu.

    Drewno, ksylem (z gr. ksylos – drewno) – złożona tkanka roślinna roślin naczyniowych, zajmująca przestrzeń między rdzeniem, a kambium. Jej główną funkcją jest rozprowadzanie wody i rozpuszczonych w niej soli mineralnych, pobieranych przez korzenie, po całej roślinie. U roślin strefy klimatów umiarkowanych wiosną, gdy rozpoczyna się okres wegetacji transportuje również substancje odżywcze z elementów spichrzowych (są to głównie korzenie i pnie) do rozwijających się pędów i liści. Większość komórek wchodzących w skład drewna ma zdrewniałe ścianki, przez co drewno pełni również funkcję mechaniczną.Dendrochronologia – gałąź dendrologii, naukowa metoda datowania zjawisk przyrodniczych, zabytków i znalezisk archeologicznych zawierających drewno. Polega na analizie wzoru przyrostów rocznych (słojów) drzew i pozwala określić wiek z próbek drewna z dokładnością przynajmniej do roku, a czasem nawet co do sezonu. Metoda została opracowana w latach 20. XX wieku przez amerykańskiego astronoma A. E. Douglassa, założyciela Laboratory of Tree-Ring Research na Uniwersytecie Stanu Arizona w Tucson.

    Kalibracja[]

    Krzywa kalibracji datowania radiowęglowego. Źródło danych: Stuiver et al. 1998.

    Wiek próbki obliczony na podstawie rozkładu izotopu promieniotwórczego nie jest dokładny, dlatego że zawartość atmosferycznego C nie była stała, lecz zmieniała się w wyniku zmian aktywności słonecznej. Potencjalnie koncentracje C zwiększają odległe zjawiska astrofizyczne, jak wybuchy supernowych czy rozbłyski gamma. Ilość trwałych izotopów węgla ulega rozcieńczaniu w wyniku uwolnienia węgla z naturalnych starych źródeł na Ziemi np. z osadów oceanicznych, bagiennych, erozji CaCO3, wybuchów wulkanów itp. Na niektóre procesy uwalniania ma wpływ klimat, a niektóre procesy związane z uwalnianiem wpływają na klimat. Na podstawie licznych pomiarów metodą radiowęglową oraz innymi metodami opracowano krzywą kalibracyjną datowania radiowęglowego (patrz rysunek), umożliwiającą określanie daty kalendarzowej próbki.

    Czas połowicznego rozpadu (zaniku) (okres połowicznego rozpadu) - czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas ten, oznaczany symbolem T1/2, zgodnie z definicją musi spełniać zależność:Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii – laureaci nagrody przyznawanej corocznie osobom (1–3 rocznie), które dokonały odkrycia naukowego lub wynalazku w dziedzinie chemii (jednej z pięciu różnych dziedzin), wyświadczając tym największe dobrodziejstwo ludzkości; kryterium oceny osiągnięć kandydatów do Nagrody Nobla sformułował Alfred Nobel (1833–1896) w swoim testamencie. Fundusz nagród pochodzi z odsetek od majątku fundatora, którym zarządza Fundacja Nobla. Decyzje w sprawach wyróżnień podejmuje Królewska Szwedzka Akademia Nauk, zgodnie ze ściśle opisaną procedurą. Ceremonie wręczania nagród odbywają się od roku 1901, 10 grudnia kolejnych lat, co jest uhonorowaniem rocznicy śmierci fundatora (10 grudnia 1896).

    Przypisy

    1. Andrzej Komosa, Zakład Radiochemii i Chemii Koloidów UMCS: Podstawy datowania radiowęglowego (pol.). W: Dni otwarte UMCS [on-line]. www.radiochemistry.umcs.lublin.pl. [dostęp 2012-07-01]. s. 2008.
    2. M. Stuiver, M., P.J. Reimer and T.F. Braziunas (University of Washington): High-Precision Radiocarbon Age Calibration for Terrestrial and Marine Samples. W: Radiocarbon, nr 40 [on-line]. 1998. [dostęp 2012-07-01]. s. 1127–1151.
    Izotopy promieniotwórcze, radioizotopy – odmiany pierwiastków (izotopy), których jądra atomów są niestabilne i samorzutnie ulegają przemianie promieniotwórczej. W wyniku tej przemiany powstają inne atomy, cząstki elementarne, a także uwalniana jest energia w postaci promieniowania gamma i energii kinetycznej produktów przemiany.Węgiel-14 lub poprawniej C – promieniotwórczy izotop węgla, odkryty 27 lutego 1940 roku przez Martina Kamena i Sama Rubena. Jądro atomowe C zawiera 6 protonów i 8 neutronów.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Młodszy dryas – późnoglacjalna faza klimatyczna, biostratygraficzna i chronostratygraficzna trwająca od ok. 12,8 do 11,65 tys. lat BP (ok. 11-10 tys. C BP). Nazwa pochodzi od dębika ośmiopłatkowego (Dryas octopetala), tundrowo-górskiej krzewinki, której pyłek znaleziono w osadach z tego okresu. Młodszy dryas trwał ok. 1100-1300 lat; oddzielał interstadiał Bölling/Allerød (późnoglacjalne optimum) od preboreału - pierwszej fazy holocenu. Stanowi więc on ostatni zimny epizod ostatniego zlodowacenia. Dokładne ustalenie wieku bezwzględnego metodą radiowęglową początku i końca młodszego dryasu stanowi problem ze względu na obecność spłaszczeń radiowęglowej krzywej kalibracyjnej, co ma swoje przyczyny właśnie w tych zmianach klimatycznych.
    Węgiel (C, łac. carboneum) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 6, niemetal z bloku p układu okresowego. Należy do grupy 14. Posiada cztery elektrony walencyjne. Istnieją trzy naturalnie występujące izotopy węgla, C oraz C są stabilne, natomiast izotop C jest promieniotwórczy o czasie połowicznego rozpadu równym około 5700 lat. Węgiel jest jednym z niewielu pierwiastków znanych w starożytności. Jako pierwszy polską nazwę – węgiel – zaproponował Filip Walter.
    Organizm – istota żywa charakteryzująca się procesami życiowymi (przede wszystkim przemianą materii), której części składowe tworzą funkcjonalną całość (indywiduum) zdolną do samodzielnego życia. Badaniem różnorodności organizmów i ich klasyfikowaniem zajmuje się systematyka organizmów. Szczątki organizmów wymarłych w odpowiednich warunkach tworzą skamieniałości.
    Rozbłysk gamma (GRB, z ang. Gamma-Ray Burst) – pojawiające się izotropowo na sferze niebieskiej mniej więcej raz na dobę i trwające od kilku milisekund aż do siedmiu godzin, nagłe wzrosty natężenia promieniowania gamma w niewielkim obszarze nieba. Rozbłyskom towarzyszą również tzw. poświaty, w zakresie większych długości fal (promieniowanie rentgenowskie, ultrafioletowe, optyczne, podczerwone czy radiowe).
    Datowanie izotopowe (radiodatowanie) – metody datowania próbek, oparte na zjawisku rozpadu promieniotwórczego, stosowane głównie w naukach geologicznych i archeologicznych. Metody oparte są na określeniu proporcji pomiędzy pierwotną zawartością danego izotopu promieniotwórczego a obecną zawartością tego izotopu w próbce. Proporcja ta zależna jest wyłącznie od czasu rozpadu. Warunkiem metodologicznym jest utrzymanie układu zamkniętego w czasie trwania rozpadu (z wyjątkiem metody radiowęglowej). Pierwotną zawartość izotopu oblicza się poprzez zsumowanie produktu jego rozpadu (stałego izotopu radiogenicznego) oraz reszty nierozpadniętego izotopu promieniotwórczego.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.022 sek.