POLITYKA

Wtorek, 23 stycznia 2018

Polityka - nr 9 (2594) z dnia 2007-03-03; Polityka. Cywilizacja. Zeszyt 1. Lata powojenne; s. 8-9

1945. Promieniotwórczość

Agnieszka Krzemińska

Dawno, dawno temu, czyli kiedy?

Dla badaczy przeszłości największym odkryciem ostatniego półwiecza było stworzenie metody datowania radiowęglowego.

Odtworzenie dokładnej chronologii wydarzeń i precyzyjne określenie wieku znalezisk są sednem studiów nad przeszłością Ziemi i człowieka. Przez lata badacze wypracowali dwie metody datowania. Pierwsza polega na ustalaniu wieku zabytku przez porównanie z innymi, co pozwala stwierdzić, który z nich jest starszy.

Druga metoda polega na dokładnym określeniu wieku znaleziska. Przez stulecia jedyną możliwością poznania dokładnej daty wydarzenia było znalezienie o nim informacji w źródłach pisanych. System ten ma jednak zasadniczą wadę – ogranicza możliwość takiego datowania wyłącznie do ludów znających pismo.

Kosmiczna podpowiedź

Dopiero odkrycie przez młodego amerykańskiego chemika Willarda Franka Libby’ego metody datowania radiowęglowego pomogło archeologom. Przyszły laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 1960 r., w czasach II wojny światowej brał udział w badaniach nad energią atomową i promieniowaniem kosmicznym. Był jednym z tych, którzy opracowali sposób rozdzielenia izotopów uranu (Co to są izotopy? – patrz ramka), potrzebny do skonstruowania bomby atomowej.

Radiowęglową metodę datowania udało mu się odkryć niejako przy okazji studiów nad promieniotwórczością. Prowadząc badania promieniowania kosmicznego Libby zauważył, że stale bombardujące Ziemię z kosmosu cząstki promieniowania powodują powstawanie w górnych warstwach atmosfery strumieni neutronów. Wchodzą one w reakcję z atomami azotu, wskutek czego powstaje izotop węgla 14C, którego atomy są nietrwałe, a rozpadając się emitują promieniowanie. Spostrzegł, że proces rozpadu postępuje ze stałą prędkością i obliczył czas, w którym ulega rozpadowi połowa atomów węgla 14C: 5568 lat (nowsze badania uściśliły go do 5730 lat). Stężenie atomów 14C jest w atmosferze stałe. Ponieważ węgiel 14C pobierają wszystkie organizmy żywe – jego stężenie w tkankach jest takie samo jak w atmosferze. Gdy organizm umiera, przestaje przyswajać izotop węgla i od tej chwili jego stężenie zmniejsza się o połowę co 5730 lat. Libby doszedł do wniosku, że mierząc stężenie izotopu węgla w szczątkach organicznych można obliczyć czas, jaki upłynął od momentu śmierci organizmu. Ponieważ każdy atom węgla 14C rozpadając się emituje cząstki promieniowania beta, do pomiaru można użyć licznika Geigera-Müllera.

Archeolodzy byli zachwyceni. Metoda Libby’ego dawała nadzieję na określenie dokładnych dat powstania zabytków, których wiek dotychczas tylko szacowano. Z radością oddawali genialnemu odkrywcy próbki. Musiały być spore – w przypadku kości potrzeba było nawet 300 g. Pierwsze eksperymentalne datowania Libby przeprowadził na zabytkach, których wiek był dość dobrze znany. Na pierwszy ogień poszły fragmenty drewna z grobów egipskich władców I dynastii z Sakkary – wezyra Hemaki i króla Dżeta, desek pokładu łodzi z kompleksu grobowego faraona Sezostrisa III w Dahszur (XII dynastia) i zwęglone resztki chleba znalezione w Pompejach. Nową metodę uznano za wiarygodną i bardzo obiecującą.

O włos od prawdy

Pierwsze tzw. daty radiowęglowe, uzyskane przez amerykańskiego chemika, zostały opublikowane w 1949 r., a trzy lata później Libby wydał książkę „Radiocarbon Dating”, w której opisał zasadę swojej metody. Do najsłynniejszych badań datujących wykonanych przez zespół Libby’ego należało określenie wieku fragmentu płótna, którym był owinięty jeden ze zwojów z Qumran (czytaj na s. 12–13), zawierający Księgę Izajasza. Udowodnił, że pochodzi on z I wieku, co było zgodne z badaniami paleograficznymi. Libby ustalił też, że ostatnia epoka lodowcowa skończyła się około 11 400 ± 200 lat temu, czyli znacznie później, niż przypuszczano.

Metoda okazała się najdokładniejsza dla próbek młodszych niż około 50 000 lat. Oczywiście precyzja datowania zależała od dokładności pomiarów i czystości próbki, a uzyskaną datę i tak zawsze należało podawać w przybliżeniu. Ponieważ metoda radiowęglowa umożliwia ustalenie, ile czasu upłynęło od chwili śmierci organizmu do „teraz”, uczeni przyjęli za „teraz” umowny rok „zerowy” 1950. Wszystkie daty radiowęglowe podawane są zatem w latach BP (z ang. before present), co należy rozumieć „przed rokiem 1950”.

Mimo dość wysokich kosztów badań wynalazek Libby’ego robił błyskawiczną karierę. Niestety szybko okazało się, że optymizm należy nieco ostudzić. Jedno z podstawowych założeń Libby’ego, że stężenie 14C w atmosferze jest stałe, trzeba było zweryfikować. Ponieważ wartość ta jest zmienna (na co ma wpływ wiele czynników, np. wahania pola magnetycznego czy zmiany klimatyczne), to wiek próbek obliczany przy takim założeniu nie odpowiada prawdzie. Porównując daty radiowęglowe z datami dendrochronologicznymi (ustalanymi na podstawie liczenia przyrostów rocznych pni drzew), badacze doszli do wniosku, że przed rokiem 1000 p.n.e. stężenie 14C w atmosferze musiało być wyższe niż dzisiaj. Ta sama dendrochronologia, która zdemaskowała złe ...

[pełna treść dostępna dla abonentów Polityki Cyfrowej]

Załączniki

  • Co to są izotopy?

    Co to są izotopy?

  • Datowanie węglem 14C

    Datowanie węglem 14C