Szénizotópos kormeghatározás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
(Radiokarbonos kormeghatározás szócikkből átirányítva)

A szénizotópos kormeghatározás olyan radiometrikus kormeghatározási módszer, amely a természetben előforduló 14C izotópot használja a széntartalmú anyagok korának meghatározására kb. 60 000[1] (más közlés szerint 50 000[2]) évre visszamenően. A radioaktív szén sugárzása a 37 000 évet meghaladó korú minta esetében már nehezen különíthető el a természetes háttérsugárzástól.

A régészet területén ezt abszolút kormeghatározásnak tekintik. Ezt a technikát Willard Frank Libby és munkatársai dolgozták ki 1949-ben a Chicagói Egyetemen. 1960-ban, Libby kémiai Nobel-díjat kapott a radiokarbonos módszerért.

Haladás a technikában és felhasználásában[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Hessel de Vries, a Groningeni Egyetemen tovább kereste a változatos mérési technológiák által adott lehetőségek gyakorlati alkalmazásának egyszerűsítését, gyorsítását. Fontos volt azon probléma leküzdése, hogy a kezdeti eljárások nagy mennyiségű szerves anyagot igényeltek. Figyelembe véve azt a körülményt, hogy az eljárás során a lelet megsemmisült, valamint a szerves maradványok viszonylag kis számát, a régészek leghőbb vágya a minta szükséges mennyiségének csökkentése volt. (cf Engels). Őt „a radiokarbon hős tudósának” nevezték. (cf Willis). A minta tömegének csökkentése azonban csak a tömegspektrométer alkalmazásával vált lehetővé a nyolcvanas évek közepén.

Kémiai alapjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A szénnek két stabil (nem radioaktív) izotópja van: a szén-12 (12C) és szén-13 (13C). Ráadásul, előfordul kis mennyiségű instabil szén-14 (14C) a Földön. A szén-14-nek a felezési ideje 5730 év és régen eltűnt volna a Földről, ha a Föld légkörében a kozmikus sugárzás nem hozná létre szüntelenül, ez a folyamat nitrogént alakít át szén-14-é. Mikor a kozmikus sugarak belépnek a légkörbe, különböző átalakulásokon mennek keresztül, beleértve a neutronok termelését. A neutronok a légköri nitrogénmolekulák (N2) egyik atomjával ütközve a következő folyamatot hozzák létre:

{}_{\ 7}^{14}\mathrm N + {}_0^1\mathrm n \rightarrow\ {}_{\ 6}^{14}\mathrm C^* + {}_1^1\mathrm p
Atmoszferikus 14C, Új-Zéland[3] és Ausztria.[4] Az új-zélandi görbe jellemző a déli féltekére, az osztrák görbe pedig az északi féltekére. A légköri nukleáris kísérletek megduplázták a 14C koncentrációját az északi féltekén.[5]

A szén-14 termelés legnagyobb mértékben a 9–15 km-es magasságban játszódik le és magas geomágneses szélességeken, de a szén-14 szétterjed egyenletesen az egész légkörben és reakcióba lép az oxigénnel, ennek eredménye szén-dioxid lesz. A szén-dioxid bejut az óceánokba és feloldódik a vízben. Hozzávetőleges elemzések azt feltételezik, hogy a kozmikus sugárzás állandó mértékű hosszú időszakokon keresztül, ilyen módon a szén-14 is állandó mennyiségben keletkezik, tehát az aránya a nem radioaktív szénhez viszonyítva a Föld légkörében és az óceánok felszínhez közeli részén állandó. Nagyjából 1 részecske jut egy billió egyéb részecskére (600 milliárd atom/mólonként). A pontosabb munkával a kozmikus sugárzás fluxusának időbeni változatait kompenzálni lehet a görbék kalibrációjával. Ha ezeket a görbéket használjuk, akkor a pontosságuk és az alakjuk lesz a korlátozó tényező egy adott minta radiokarbonos kormeghatározásában.

A növények felveszik a légköri szén-dioxidot fotoszintetizálással és az állatok megeszik őket, így cseréli minden élő dolog folyamatosan a szén-14-et a környezettel élete során, az anyagcsere révén a 14C/12C arány nagyjából állandó, a tényt hogy kis mértékben változhat a dendrokronológiai ellenőrzések tették lehetővé. Mihelyt meghal, ez a csere megáll és a szén-14 mennyisége fokozatosan, pontosan meghatározott sebességgel csökken a radioaktív bomlással. Felezési ideje 5736 év.

{}_{\ 6}^{14}\mathrm C^* \rightarrow\ {}_{\ 7}^{14}\mathrm N^* + {}_{-1}^{\,\,\ 0}\mathrm e^- + \bar \nu

A (béta-bomlás) miatt β-részecskék kibocsátásával a szén-14 átalakul stabil (nem radioaktív) nitrogén-14-re. Ez a csökkenés használható arra, hogy megkapjuk mennyire régi az egyszer élt, meghalt anyag. Azonban a vízi növényekbe olyan oldott karbonátokból is jut szén, amelyek feltehetően nagyon régiek és ennek következtében hiányos szén-14 izotópban, így az eljárás kevésbé megbízható ilyen növények esetén, valamit olyan állatokból származó mintáknál, amelyeknek ilyen növények voltak a táplálékláncában. Általánosságban a módszer korlátait jelentik a különböző korú szénforrások, sőt a betemetődés után is kerülhet más eredetű szén a szerves anyagba.

A módszer pontossága[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A meghatározott dátum pontossága nagy mértékben függ a minta tömegétől. A megfelelő mérési pontosság eléréséhez vagy hosszú idejű mérés vagy nagy tömegű minta szükséges. A számított kor pontossága fordítottan arányos a radioaktív bomlással elbomlott szénatomok észlelt számának négyzetgyökével. 10 000 darab szénatom bomlásának kimutatása már 80 éves pontosságot jelenthet, ehhez 1-5 gramm tiszta szén kell. Ekkora szénmennyiséget viszont 0,025–1 kg szerves anyag tartalmaz.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Régészeti szempontból tárgyalja a módszert Colin Renfrew: A civilizáció előtt, Budapest, Osiris, 2005, ISBN 963-389-695-9 – különösen a 3. és 4. fejezetben, valamint a függelékben.
  • Robert E. M. Hedges - John A. J. Gowlett (1986.). „Radiokarbon kormeghatározás részecskegyorsító tömegspektrométerrel”. Scientific American (magyar kiadás) (3), 92-99. o.  

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]