Radiosüsinikumeetod: erinevus redaktsioonide vahel

'''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 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]]i (CO₂) orgaanilisse materjali läbi [[fotosüntees]]i, haaravad nad ¹⁴C isotoopi samal hulgal, mis ligikaudu ühtib atmosfääris oleva ¹⁴C 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 ¹⁴C osa. Võrreldes proovis järele jäänud radiosüsiniku osa kunagise arvatava atmosfäärse ¹⁴C tasemega, on võimalik määrata proovi vanus.

Radiosüsinikul põhineva dateerimise meetodi töötas välja [[Willard Libby]] koos kolleegidega [[Chicago ülikool|Chicago Ülikoolis]] 1949. aastal. Libby leidis, et ühe grammi puhta süsiniku radioaktiivsus on umbes 14 lagunemist minutis. Oma töö eest sai ta 1960. aastal [[Nobeli auhind|Nobeli preemiakeemiaauhinna]] keemias. Radiosüsiniku meetodi demonstreerimiseks määras ta [[Vana-Egiptus]]e 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>

Suurim osa radiosüsiniku moodustumisest toimub 9 kuni 159–15 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>.

Mõõtmised põhinevad iga individuaalse süsiniku [[aatom]]i radioaktiivsete lagunemiste (emiteeritud [[beetaosake]]ste) loendamisel. Seda teostataksetehakse 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 ¹⁴C [[Aatomituum|tuumad]] minutis. Meetodi tundlikkust on tugevalt tõstnud [[kiirend-mass-spektromeeter|kiirend-mass-spektromeetri]] (AMS) kasutuselevõtt. Selle tehnoloogiaga määratakse ¹⁴C 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 ¹⁴C tasemel atmosfääris, mis oli omane 1950. aastale. Radiosüsiniku meetodil vanuseid määravad laborid esitavad tavaliselt igale dateeringule [[määramatus]]e. Näiteks 3000 ± 30 BP näitab, et antud dateeringu [[standardhälve]] on 30 radiosüsiniku aastatradiosüsinikuaastat. Sellest hoolimata on proovi töötlemisest ja selle mõõtmisest tulev statistiline määramatus vaid väike osa lõplikust vanuse kujunemisest. Proovid, mille vanus ületab vanuse määramise piiri, ei saa dateerida. Põhjuseks on liiga väike alles jäänud radiosüsiniku aatomite hulk, mistõttu on proov tundlik settekeskkonnas, ettevalmistamisel või mõõtmisel kokkupuutuva ¹⁴C suhtes.

[[Image:radiocarbon dating calibration.svg|thumb|300px|right| Radiosüsiniku meetodil dateerimisel kasutatav kalibratsioonikõverkalibreerimiskõver. 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 ¹⁴C graafikuid. Vaata järgmist joonist]]

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]]ist.<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]]id, ookeani põhjasetted ja [[settekivim]]id. Muutused Maa [[kliima]]s võivad mõjutada süsinikuvooge reservuaaride ja atmosfääri vahel, mis tingib muutuseidmuutusi seal olevate süsiniku isotoopidesüsinikuisotoopide fraktsioneerumises.

Lisaks looduslikele protsessidele mõjutab radiosüsiniku taset ka inimtegevus. Alates [[tööstusrevolutsioon]]i algusest 18. sajandil kuni 1950. aastateni paisati [[fossiilne kütus|fossiilsete kütuste]] põletamisega õhku suurtes kogustes süsihappegaasi, mis oma minimaalse radiosüsiniku sisaldusega alandas atmosfääris oleva ¹⁴C osakaalu. See on tuntud kui [[Suessi efekt]] ning mõjutab ka ¹³C isotoopi. Sellest hoolimata on atmosfäärse ¹⁴C osa peaaegu kahekordistunud seoses 1950. ja 1960. aastatel läbi viidudaastate [[tuumarelv|tuumarelva]]ade <nowiki/>katsetustega.

====Kalibratsiooni meetodidKalibreerimismeetodid====

Töötlemata radiosüsiniku vanuseid kalibreeritakse, et saada kalendriaastatele vastavaid tulemusi. Selleks on olemas standardsed kalibratsioonikõveradkalibreerimiskõverad, mis põhinevad radiosüsiniku vanuste võrdlemisel erinevatest proovidest, mida on võimalik iseseisvalt dateerida ka teiste meetoditega. Levinumateks meetoditeks on puu aastaringide ([[dendrokronoloogia]]), süvaookeani [[sete]]te, järvepõhjas tekkinud varvide ([[varvokronoloogia]]), [[korall]]ide ja [[speleoteem]]ide uurimine. Kalibreerimiskõverad 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 jooksul paranenud. Kui 2004. aasta versioon võimaldab suhteliselt täpselt kalibreerida kuni 26, 000 aasta vanuseid proove, siis 2009. Aastaaasta standardit INTCAL09 kasutades saab suurema täpsusega kalibreerida kuni 50, 000 aasta vanuseid 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

Kalibreeritud vanused esitatakse kujul X±Y cal ¹⁴C a. BP. Radiosüsiniku dateerimistäpsus antakse 1-sigma tasemel, mis tähendab, et näiteks ¹⁴C vanuse 1000±100 puhul on 68% tõenäosusega objekti vanus 900 ja 1100 aasta vahel ja 95% tõenäosusega 800 kuni 1200800–1200 aastat BP.

*Kui CO₂ lahustub ookeanivees, võtab ta endaga kaasa ka sellele hetkele omase atmosfäärse radiosüsiniku hulga. Kuna gaaside liikumine ookeanis on väga aeglane, tarbib vee-elustik „vana“ süsinikku, mille tulemusena peegeldavad nende organismide radiosüsiniku vanused pigem hetke, millal gaas ookeanisse sattus. Selliste proovide kalibreerimiseks on loodud iseseisev kalibratsioonikõverkalibreerimiskõver<ref>{{cite journal |author=Stuiver M, Braziunas TF |title=Modelling atmospheric ¹⁴C influences and ¹⁴C 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]]ite (mis on tavaliselt vanemad kui 80, 000 aastat ja ei sisalda seega mõõdetavat ¹⁴C hulka) [[erosioon]] põhjustab ¹²C ja ¹³C isotoopide vahetuse kasvu reservuaaride vahel. See sõltub kohalikest kliimatingimustest ja võib muuta taimede tarbitava süsiniku isotoopsuhet. Selle mõju peetakse väikeseks atmosfäärsele süsiniku isotoopsuhtele, vastupidiselt veekogudele, kus vee-elustik kaasab lahustunud „vana“ süsiniku 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.

*Kosmilisel 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 kalibratsioonikõveradkalibreerimiskõverad.

*[http://www.c14dating.com/ C14dating.com -– ÜldinfoÜldiselt radiosüsiniku meetodiradiosüsinikumeetodi kohta]

*[http://c14.arch.ox.ac.uk/oxcal.html OxCalOxCali kalibreerimise rakenduskalibreerimisrakendus (Oxford Calibration)]