Radiosüsinikumeetod: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
P r2.6.5) (robot lisas: af:Radiokoolstof datering |
Eestikroon (arutelu | kaastöö) Veidi lihtsustatud tõlge Inglise keelest (koolitöö). |
||
1. rida:
'''Radiosüsiniku meetodil dateerimine''' on [[radiomeetria|radiomeetriline]] vanuse määramise meetod, mis kasutab looduses esineva süsiniku [[radioaktiivne isotoop|radioaktiivset isotoopi]] massiarvuga 14 ([[süsinik-14]]), võimaldades määrata orgaanilise päritoluga süsinikku sisaldavate materjalide vanuseid, mis ulatuvad 58,000 kuni 62,000 aastani.<ref>{{cite journal |last=Plastino |first=W. |coauthors=Kaihola, L.; Bartolomei, P.; Bella, F. |year=2001 |title=Cosmic Background Reduction In The Radiocarbon Measurement By Scintillation Spectrometry At The Underground Laboratory Of Gran Sasso |journal=Radiocarbon |volume=43 |issue=2A |pages=157–161 |url=https://digitalcommons.library.arizona.edu/objectviewer?o=http%3A%2F%2Fradiocarbon.library.arizona.edu%2Fvolume43%2Fnumber2A%2Fazu_radiocarbon_v43_n2a_157_161_v.pdf}}</ref> Töötlemata ehk kalibreerimata radiosüsiniku vanused on tavaliselt esitatud radiosüsiniku aastates „[[Before Present]]“ (enne tänapäeva), kus tänapäeva all mõeldakse kokkuleppeliselt aastat 1950. Selliseid vanuseid kalibreerides on võimalik leida vastavad vanused kalendriaastates. Üks sagedasemaid radiosüsiniku meetodi kasutusvaldkondi on arheoloogiliste orgaanikat sisaldavate leidude vanuste määramine. Kui taimed seovad atmosfäärset [[süsihappegaas|süsihappegaasi]] (CO<sub>2</sub>) orgaanilisse materjali läbi [[fotosüntees|fotosünteesi]], haaravad nad <sup>14</sup>C isotoopi samal hulgal, mis ligikaudu ühtib atmosfääris oleva <sup>14</sup>C tasemega (väike erinevus võib tekkida [[isotoopne fraktsioneerumine|isotoopse fraktsioneerimise]] tõttu). Kui taimed surevad või tarbitakse teiste organismide poolt, hakkab [[beetalagunemine|radioaktiivse lagunemise]] tõttu kindlal kiirusel kahanema orgaanilises materjalis oleva <sup>14</sup>C osa. Võrreldes proovis järele jäänud radiosüsiniku osa kunagise arvatava atmosfäärse <sup>14</sup>C tasemega, võimaldab määrata proovi vanuse.
Radiosüsinikul põhinev dateerimise meetod töötati välja [[Willard Libby]] ja tema kolleegide poolt [[Chicago ülikool|Chicago Ülikoolis]] aastal 1949. Libby leidis, et ühe grammi puhta süsiniku radioaktiivsus on umbes 14 lagunemist minutis. Oma töö eest sai ta 1960 aastal [[Nobeli auhind|Nobeli preemia]] keemias. Radiosüsiniku meetodi demonstreerimiseks määras ta [[Vana-Egiptus|Vana-Egiptuse]] lodjalt pärineva puutüki vanuse, mis oli varem ajaloolistest dokumentidest teada.<ref name=libby49>{{cite journal |last=Arnold |first=J. R. |coauthors=Libby, W. F. |year=1949 |title=Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=110 |issue=2869 |pages=678–680 |doi=10.1126/science.110.2869.678 |url=http://hbar.phys.msu.ru/gorm/fomenko/libby.htm |pmid=15407879|bibcode = 1949Sci...110..678A }}</ref><ref>[http://www.mnsu.edu/emuseum/information/biography/klmno/libby_willard.html Willard Frank Libby]</ref>
==Füüsikaline taust==
[[File:Carbon 14 formation and decay.svg|right|thumb| 1: <sup>14</sup>C moodustumine <br>2: <sup>14</sup>C lagunemine <br>3: Võrdsus iseloomustab elus ning ebavõrdsus surnud organismi]]
[[Süsinik|Süsinikul]] on kaks stabiilset, mitteradioaktiivset [[Isotoop|isotoopi]]: [[süsinik-12]] (<sup>12</sup>C) ja [[süsinik-13]] (<sup>13</sup>C). Lisaks eksisteerib Maal teatud väikesel hulgal ebastabiilset nn. radiosüsiniku (14C) isotoopi. Radiosüsinikul on suhteliselt lühike, 5730 aasta pikkune [[poolestusaeg]], mille jooksul lagunevad radioaktiivsel lagunemisel pooled 14C aatomituumad. Süsinik-14 tekib atmosfääris õhulämmastikust kosmilise kiirguse toimel. [[Kosmiline kiirgus|Kosmilise kiirguse]] sisenemisel Maa atmosfääri tekivad [[Neutron|neutronid]], mis osalevad atmosfääris oleva molekulaarse [[Lämmastik|lämmastikuga]] (N<sub>2</sub>) [[tuumareaktsioon|tuumareaktsioonis]]:
:<math>n + \mathrm{^{14}_{7}N} \rightarrow \mathrm{^{14}_{6}C} + p</math>
Suurim osa radiosüsiniku moodustumisest toimub 9 kuni 15 km kõrgusel, kuid levib enam-vähem ühtlaselt atmosfääris ja reageerib hapnikuga moodustades süsihappegaasi. Radiosüsinikku sisaldavat süsihappegaasi tarbivad fotosünteesi käigus taimed ning läbi taimede ka loomad. Selline radiosüsiniku vahetus keskkonna ja organismi vahel toimub kuni organismi surmani. Alates sellest hakkab organismis sisaldunud radiosüsiniku hulk järk-järgult läbi beetalagunemise, poolestusajaga 5,730 ± 40 aastat, vähenema<ref> http://hypertextbook.com/facts/1997/MargaretKong.shtml </ref>.
:<math>\mathrm{~^{14}_{6}C}\rightarrow\mathrm{~^{14}_{7}N}+ e^{-} + \bar{\nu}_e</math>
==Mõõtmine==
[[File:1 MV accelerator mass spectrometer.jpg|right|thumb|Kiirend-mass-spektromeetri kasutamine suurendab radiosüsiniku meetodi tundlikkust]]
Mõõtmised põhinevad iga individuaalse süsiniku [[aatom|aatomi]] radioaktiivsete lagunemiste (emiteeritud [[Beetaosake|beetaosakeste]]) loendamisel. Seda teostatakse nii gaasilisest ([[proportsionaalne gaasloendur]]) kui ka vedelast keskkonnast ([[vedelik-stsintillatsiooniloendur]]) loendamisega. Piisava suurusega proovide puhul (mõni gramm orgaanilist süsinikku) on meetod siiamaani laialdaselt kasutusel. Väiksemate proovide mõõtmisel sellise lagunemiste loendamise meetodil jääb suureks statistiline määramatus vähendades tulemuste täpsust. Kui proov sisaldab vähe radiosüsinikku, siis suhteliselt suure poolestusaja tõttu lagunevad mõõtmise ajal vaid mõned <sup>14</sup>C [[Aatomituum|tuumad]] minutis. Meetodi tundlikkust on tugevalt tõstnud [[kiirend-mass-spektromeeter|kiirend-mass-spektromeetri]] (AMS) kasutuselevõtt. Selle tehnoloogiaga määratakse <sup>14</sup>C hulk otse proovist, mistõttu on võimalik dateerida proove, mis sisaldavad vaid mõnda milligrammi süsinikku.
Töötlemata radiosüsiniku vanused (dateeringud, mis ei ole kalibreeritud) esitatakse tavaliselt aastatena „Before Present“ (BP). See on radiosüsiniku aastate arv enne 1950, mis põhineb kindlal <sup>14</sup>C tasemel atmosfääris, mis oli omane 1950. aastale. Radiosüsiniku meetodil vanuseid määravad laborid esitavad tavaliselt igale dateeringule [[määramatus|määramatuse]]. Näiteks 3000 ± 30 BP näitab, et antud dateeringu [[standardhälve]] on 30 radiosüsiniku aastat. Sellest hoolimata on proovi töötlemisest ja selle mõõtmisest tulev statistiline määramatus vaid väike osa lõplikust vanuse kujunemisest. Proovid, mis on vanemad kui ülemine vanuse määramise piir, ei saa dateerida. Põhjuseks on liiga väike alles jäänud radiosüsiniku aatomite hulk, mistõttu on proov tundlik settekeskkonnas, ettevalmistamisel või mõõtmisel kokkupuutuva <sup>14</sup>C suhtes.
===Kalibreerimine===
====Kalibreerimise vajadus====
[[Image:radiocarbon dating calibration.svg|thumb|300px|right| Radiosüsiniku meetodil dateerimisel kasutatav kalibratsioonikõver. Allikas: Stuiver ''et al.'' (1998).<ref>{{cite journal |author=Stuiver M, Reimer PJ, Braziunas TF |year=1998 |title=High-precision radiocarbon age calibration for terrestrial and marine samples |journal=Radiocarbon |volume=40 |pages=1127–51 |url=http://depts.washington.edu/qil/datasets/uwten98_14c.txt}}</ref> Proovid, mis on nooremad kui AD 1950 dateeritakse kasutades põhja- ja lõunapoolkera <sup>14</sup>C graafikuid. Vaata järgmist joonist]]
[[Image:Radiocarbon bomb spike.svg|thumb|300px|right|Atmosfäärne <sup>14</sup>C, Uus-Meremaa<ref>{{cite web |url=http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/welling.html |title=Atmospheric δ{{chem|14|C}} record from Wellington |work=[[Carbon Dioxide Information Analysis Center]] |accessdate=1 May 2008}}</ref> ja Austria.<ref>{{cite web |url=http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/cent-verm.html |title= δ{{chem|14|CO|2}} record from Vermunt |work=Carbon Dioxide Information Analysis Center |accessdate=1 May 2008}}</ref> Uus-Meremaa kõver iseloomustab lõuna- ja Austria põhjapoolkera. Tuumakatsetused on peaaegu kahekordistanud 14C kontsentratsiooni põhjapoolkeral.<ref>{{cite web |url=http://www1.phys.uu.nl/ams/Radiocarbon.htm |title= Radiocarbon dating |publisher=[[Utrecht University]] |accessdate=1 May 2008}}</ref>]]
Dateeringuid võib väljendada kalibreeritud ja kalibreerimata vanustena. Töötlemata BP dateeringuid ei saa kasutada otse kalendriaastatega võrdlemiseks, kuna atmosfäärse radiosüsiniku tase ei ole olnud kogu dateeritava aja ulatuses rangelt konstantne. Taseme mõjutus on tingitud kosmilise kiirguse intensiivsuse variatsioonidest, mis omakorda on mõjutatud Maa [[magnetosfäär|magnetosfäärist]].<ref>{{cite journal |author=Kudela K. and Bobik P. |title=Long-Term Variations of Geomagnetic Rigidity Cutoffs |journal=[[Solar Physics (journal)|Solar Physics]] |year=2004 |volume=224 |pages=423–431 |doi=10.1007/s11207-005-6498-9|bibcode = 2004SoPh..224..423K }}</ref> Lisaks on mitmeid olulisi süsiniku reservuaare: [[orgaaniline aine]], [[ookean|ookeanid]], ookeani põhjasetted ja [[settekivim|settekivimid]]. Muutused Maa [[kliima|kliimas]] võivad mõjutada süsinikuvooge reservuaaride ja atmosfäri vahel, mis tingib muutuseid atmosfääris olevate süsiniku isotoopide fraktsioneerumises.
Lisaks looduslikele protsessidele mõjutab radiosüsiniku taset ka inimtegevus. Alates [[tööstusrevolutsioon|tööstusrevolutsiooni] algusest 18. Sajandil kuni 1950. aastateni, paisati [[fossiilne kütus|fossiilsete kütuste]] põletamisega õhku suurtes kogustes süsihappegaasi, mis oma minimaalse radiosüsiniku sisaldusega alandas atmosfäris oleva <sup>14</sup>C osakaalu See on teatud kui [[Suessi efekt]] ning mõjutab ka <sup>13</sup>C isotoopi. Sellest hoolimata atmosfäärse <sup>14</sup>C osa peaaegu kahekordistus seoses 1950. Ja 1960. aastatel läbi viidud [[tuumarelv|tuumarelvade]] katsetustega.
<ref>{{Cite journal
| title = Discussion: Reporting and Calibration of Post-Bomb {{chem|14|C}} Data
| year = 2004
| journal = Radiocarbon
| pages = 1299–1304
| volume = 46
| issue = 3
| last1 = Reimer | first1 = Paula J.
| last2 = Brown | first2 = Thomas A.
| last3 = Reimer | first3 = Ron W.
| postscript = <!-- Bot inserted parameter. Either remove it; or change its value to "." for the cite to end in a ".", as necessary. -->{{inconsistent citations}} }}</ref>
====Kalibratsiooni meetodid====
Töötlemata radiosüsiniku vanuseid kalibreeritakse, et saada kalendriaastatele vastavaid tulemusi. Selleks on olemas standardsed kalibratsioonikõverad, mis põhinevad radiosüsiniku vanuste võrdlemisel erinevatest proovidest, mida on võialik iseseisvalt dateerida ka teiste meetoditega nagu puu aastaringide ([[dendrokronoloogia]]), süvaookeani [[sete|setete]], järvepõhjas tekkinud varvide ([[varvokronoloogia]]), [[korall|korallide]] ja [[speleoteem|speleoteem]]speleoteemide uurimisega. Kalibreeriiskõverad ei ole sirgjooned, sisaldades kõrvalkaldeid perioodide kohta, mil radiosüsiniku määr atmosfääris erines normaalsest. Suuremad kõrvalkalded kõveral põhjustavad kalibreeritavas vanuses suuremat määramatust. Kalibreerimiskõvera ulatus ja täpsus, sealhulgas ka määramatuse suurus, on läbi aastate paranenud. Kui 2004. aasta versioon võimaldab suhteliselt täpselt kalibreerida kuni 26,000 aasta vanuseid proove, siis 2009. Aasta standardit INTCAL09 kasutades saab suurema täpsusega kalibreerida kuni 50,000 aastat vana proove.<ref>{{cite journal |author=Reimer Paula J ''et al.'' |year=2004 |title=INTCAL04 Terrestrial Radiocarbon Age Calibration, 0–26 Cal Kyr BP |journal=Radiocarbon |volume=46 |issue=3 |pages=1029–1058 |url=http://digitalcommons.library.arizona.edu/objectviewer?o=http://radiocarbon.library.arizona.edu/Volume46/Number3/azu_radiocarbon_v46_n3_1029_1058_v.pdf
}} A web interface is [http://calib.qub.ac.uk/calib/calib.html here].</ref><ref>{{cite journal|last=Reimer|first=P.J.|coauthors=et. al.|year=2009|title=IntCal09 and Marine09 Radiocarbon Age Calibration Curves, 0–50,000 Years cal BP|url=http://researchcommons.waikato.ac.nz/bitstream/10289/3622/1/Hogg%20Intcal09%20and%20Marine09.pdf|journal=Radiocarbon|volume=51|issue=4|pages=1111–1150}}</ref><ref>{{cite journal|last=Balter|first=Michael|date=15 Jan 2010|title=Radiocarbon Daters Tune Up Their Time Machine|journal=ScienceNOW Daily News|url=http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2010/115/3}}</ref>
Kalibreeritud vanused esitatakse kujul X±Y cal 14C a. BP. Radiosüsiniku dateerimistäpsus antakse 1-sigma tasemel, mis tähendab, et näiteks <sup>14</sup>C vanuse 1000±100 puhul on 68% tõenäosusega objekti vanus 900 ja 1100 aasta vahel ja 95% tõenäosusega 800 kuni 1200 aastat BP.
==Reservuaariefekt==
Teatud juhtudel näivad proovidest tehtud dateeringud uuritava organismi vanusest vanemad. See võib olla põhjustatud organismi eluajal tarbitud eeldatavast süsiniku isotoopkoostisest väiksema <sup>14</sup>C sisaldusega süsinikust:
*Kui CO<sub>2</sub> lahustub ookeanivees, võtab ta endaga kaasa ka sellele hetkele omase atmosfäärse radiosüsiniku hulga. Kuna gaaside liikumine ookeanis on väga aeglane, tarbitakse vee-elustiku poolt „vana“ süsinikku, mille tulemusena peegeldavad nende organismide radiosüsiniku vanused pigem hetke, millal gaas ookeanisse sattus. Selliste proovide kalibreerimiseks on loodud iseseisev kalibratsioonikõver<ref>{{cite journal |author=Stuiver M, Braziunas TF |title=Modelling atmospheric {{chem|14|C}} influences and {{chem|14|C}} ages of marine samples to 10,000 BC |journal=Radiocarbon |volume=35 |year=1993 |issue=1 |pages=137}}</ref>, millel eksisteerivad siiski mõnesaja aastased kõrvalekalded.
*[[karbonaatkivim|Karbonaatkivimite]] (mis on tavaliselt vanemad kui 80,000 aastat ja ei sisalda seega mõõdetavat <sup>14</sup>C hulka) [[erosioon]] põhjustab <sup>12</sup>C ja <sup>13</sup>C isotoopide vahetuse kasvu reservuaaride vahel. See sõltub kohalikest kliimatingimustest ja võib muuta taimede poolt omastava süsiniku isotoopsuhet. Selle mõju peetakse väikeseks atmosfäärsele süsiniku isotoopsuhtele, vastupidiselt veekogudele, kus lahustunud „vana“ süsinik kaasatakse vee-elustiku poolt kiirelt ainevahetusse, mis avaldab mõju terve toiduahela ulatuses.<ref name="Kolchin1972">{{cite book |title=Absolute archaeological datings and their problems |author=Kolchin BA, Shez YA |year=1972 |publisher=Nauka |location=Moscow}}</ref> Seetõttu on meetod nende organismide vanuste määramiseks vähem usaldusväärne.
*[[Vulkaanipurse|Vulkaanipursked]] paiskavad atmosfääri suures koguses süsinikku, mis põhjustab lokaalselt <sup>12</sup>C ja <sup>13</sup>C määra tõusu, mis võib tingida vulkaaniliselt aktiivsetest piirkondadest pärit dateeritavate proovide ebaseaduspärased vanused.<ref name="Kolchin1972" />
*Kosmiline kiirgusel ei ole Maale ühtlane mõju. See sõltub maapinna kõrgusest merepinnast ja Maa magnetvälja tugevusest eri piirkondades, põhjustades piirkonniti väikseid variatsioone radiosüsiniku moodustumisel. Sellest tulenevalt on erinevates regioonides kasutusel erinevad kalibratsioonikõverad.
==Vaata ka==
*[[Süsinik-14]]
*[[AMS-meetod]]
*[[
==Viited==
{{
==Kirjandus==
{{refbegin}}
<!-- these references need to be integrated into the text; all appear relevant, but this needs to be properly explained in the article main text; otherwise they should probably be deleted (or commented out; he equivocates) Only delete if found to not be supportive of the article or frivolously added.-->
*{{cite book |title=Interpreting the Past: Radiocarbon Dating |last=Bowman |first=Sheridan |year=1990 |publisher=University of California Press |location=Berkeley |isbn=0520070372}}
*{{cite journal |last=Currie |first=L. |year=2004 |title=The Remarkable Metrological History of Radiocarbon Dating II |journal=J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. |volume=109 |pages=185–217 |url=http://nvl.nist.gov/pub/nistpubs/jres/109/2/j92cur.pdf}}
*{{cite journal |last=Friedrich |first=M. |coauthors=''et al.'' |year=2004 |title=The 12,460-Year Hohenheim Oak and Pine Tree-Ring Chronology from Central Europe—a Unique Annual Record for Radiocarbon Calibration and Paleoenvironment Reconstructions |journal=Radiocarbon |volume=46 |pages=1111–1122}}
* Gove, H. E. (1999) ''From Hiroshima to the Iceman.'' The Development and Applications of Accelerator Mass Spectrometry. Bristol: Institute of Physics Publishing.
*{{cite journal |last=Kovar |first=Anton J. |year=1966 |title=Problems in Radiocarbon Dating at Teotihuacan |journal=American Antiquity |volume=31 |pages=427–430 |doi=10.2307/2694748 |jstor=2694748 |issue=3 |publisher=Society for American Archaeology}}
*{{cite journal |last=Lorenz |first=R. D. |coauthors=Jull, A. J. T.; Lunine, J. I.; Swindle, T. |year=2002 |title=Radiocarbon on Titan |journal=Meteoritics and Planetary Science |volume=37 |issue=6 |pages=867–874 |doi=10.1111/j.1945-5100.2002.tb00861.x|bibcode = 2002M&PS...37..867L }}
*{{cite journal |last=Mook |first=W. G. |coauthors=van der Plicht, J. |year=1999 |title=Reporting {{chem|14|C}} activities and concentrations |journal=Radiocarbon |volume=41 |pages=227–239 |url=http://digitalcommons.library.arizona.edu/index.php/objectviewer?o=http://radiocarbon.library.arizona.edu/Volume41/Number3/azu_radiocarbon_v41_n3_227_239_v.pdf}}
* Weart, S. (2004) ''[http://www.aip.org/history/climate/Radioc.htm The Discovery of Global Warming - Uses of Radiocarbon Dating]''.
* Willis, E.H. (1996) ''[http://www.quaternary.group.cam.ac.uk/history/radiocarbon/ Radiocarbon dating in Cambridge: some personal recollections. A Worm's Eye View of the Early Days]''.
{{refend}}
==Välislingid==
*[http://www.c14dating.com/ C14dating.com - Üldinfo radiosüsiniku meetodi kohta]
*[http://c14.arch.ox.ac.uk/oxcal.html OxCal kalibreerimise rakendus (Oxford Calibration)]
[[Kategooria:Geokeemia]]
| |||