Hur fungerar Radiocarbon Dating-metoden och är den tillförlitlig?

Radiocarbon-datering är en av de mest kända arkeologiska dateringstekniker tillgängliga för forskare, och de många människorna i allmänheten har åtminstone hört talas om det. Men det finns många missuppfattningar om hur radiokarbon fungerar och hur pålitlig en teknik det är.

Radiokarbon-datering uppfanns på 1950-talet av den amerikanska kemisten Willard F. Libby och några av hans studenter vid University of Chicago: 1960 vann han ett Nobelpris i kemi för uppfinningen. Det var den första absoluta vetenskapliga metoden som någonsin uppfunnits: det vill säga tekniken var den första som tillät en forskare att bestämma hur länge sedan ett organiskt objekt dog, oavsett om det är i sammanhang eller inte. Blyg över en datumstämpel på ett objekt, det är fortfarande den bästa och mest exakta av datatekniker som är utformade.

Alla levande saker byter ut gasen Kol 14 (C14) med atmosfären kring dem - djur och växter utbyter kol 14 med atmosfären, fisk och koraller byter kol med upplöst C14 i vattnet. Under hela ett djur eller växts liv är mängden C14 perfekt balanserad med den i omgivningen. När en organisme dör bryts den jämvikten. C14 i en död organism avtar långsamt med en känd hastighet: dess "halveringstid".

Halveringstiden för en isotop som C14 är den tid det tar för hälften av det att ruttna bort: i C14, var 5 730 år, är hälften av det borta. Så om du mäter mängden C14 i en död organisme kan du ta reda på hur länge sedan den slutade byta kol med sin atmosfär. Med relativt orörda omständigheter kan ett radiokollaboratorium mäta mängden radiokolväte exakt i en död organisme för så länge som för 50 000 år sedan; efter det finns det inte tillräckligt med C14 att mäta.

Det finns emellertid ett problem. Kol i atmosfären varierar med styrkan hos jordens magnetfält och solaktivitet. Du måste veta hur den atmosfäriska kolnivån (radiokolbehållaren) var då av en organismens död, för att kunna beräkna hur lång tid som gått sedan organismen dog. Vad du behöver är en linjal, en pålitlig karta till reservoaren: med andra ord en organisk uppsättning objekt som du kan säkert knyta ett datum på, mäta C14-innehållet och därmed etablera baslinjereservoar under ett visst år.

Lyckligtvis har vi ett organiskt objekt som spårar kol i atmosfären på årsbasis: träd ringar. Träd upprätthåller jämvikten i kol 14 i sina tillväxtringar - och träd producerar en ring för varje år de lever. Även om vi inte har några 50 000 år gamla träd, har vi överlappande trädringar upp till 12 594 år. Så, med andra ord, vi har ett ganska stabilt sätt att kalibrera råa radiokolldata under de senaste 12 584 år av vår planets förflutna.

Men innan detta finns bara fragmentariska data tillgängliga, vilket gör det mycket svårt att definitivt datera något äldre än 13 000 år. Tillförlitliga uppskattningar är möjliga, men med stora +/- faktorer.

Som ni kan föreställa er har forskare försökt upptäcka andra organiska föremål som kan dateras säkert stadigt sedan Libby upptäckte. Andra undersökta organiska datauppsättningar har inkluderat varvar (lager i sedimentärt berg som fastställdes årligen och innehåller organiska material, djupa havskoraller, speleothems (grottavlagringar) och vulkaniska tefras; men det finns problem med var och en av dessa metoder. Grottavlagringar och varvar har potentialen att inkludera gammalt markkol, och det finns ännu olösta problem med fluktuerande mängder C14 i havskoraller.

Från och med 1990-talet ledde en koalition av forskare under ledning av Paula J. Reimer av CHRONO Center for Climate, Miljö och Kronologi, vid Queen's University Belfast, började bygga ett omfattande datasätt och kalibreringsverktyg som de först kallade CALIB. Sedan den tiden har CALIB, nu bytt namn till IntCal, förfinats flera gånger. IntCal kombinerar och förstärker data från trädringar, iskärnor, tephra, koraller och speleothems till komma med en avsevärt förbättrad kalibreringsuppsättning för c14-datum mellan 12 000 och 50 000 år sedan. De senaste kurvorna ratificerades vid 21: e internationella radiokarbonkonferensen i juli 2012.

Inom de senaste åren är Lake Suigetsu i Japan en ny potentiell källa för ytterligare förädling av radiokarbonkurvor. Lake Suigetsus årligen bildade sediment innehåller detaljerad information om miljöförändringar under de senaste 50 000 år, vilket radiokolspecialist PJ Reimer tror kommer att vara lika bra som och kanske bättre än provkärnor från de Grönlands isark.

Forskarna Bronk-Ramsay et al. rapportera 808 AMS-datum baserade på sedimentvarv mätt av tre olika radiokollaboratorier. Datumen och motsvarande miljöförändringar lovar att göra direkta korrelationer mellan andra viktiga klimatregister, vilket gör att forskare som Reimer kan finkalibrera radiokolonnedater mellan 12 500 till den praktiska gränsen för c14-datering av 52,800.

Reimer och kollegor påpekar att IntCal13 bara är det senaste inom kalibreringsuppsättningarna, och ytterligare förfiningar kan förväntas. I IntCal09s kalibrering upptäckte de till exempel bevis för att det under en yngre Dryas (12,550-12,900 kal BP) fanns en avstängning eller åtminstone en brant minskning av bildningen av Nordatlantiskt djupt vatten, vilket verkligen var en återspegling av klimatförändringar; de var tvungna att kasta ut data för den perioden från Nordatlanten och använda ett annat datasätt. Detta borde ge intressanta resultat framöver.

• _{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 markbunden radiokolbredd för 11,2 till 52,8 kyr B.P. Science 338: 370-374.}
• _{Reimer PJ. 2012. Atmosfärisk vetenskap. Förädling av tidsskalan för radiokarbon. Vetenskap 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 och Marine13 Radiocarbon Age Kalibration Curves 0–50,000 Years cal BP. Radiocarbon 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 och Marine09 kalibreringskurvor för radiokarbonålder, 0-50 000 år kal BP.Radiocarbon 51(4):1111-1150.}
• _{Stuiver M och Reimer PJ. 1993. Utökad C14-databas och reviderat Calib 3.0 c14-ålderkalibreringsprogram. Radiocarbon 35(1):215-230.}