Metoda 14C

Izotopy uhlíku Nejobvyklejší je 12C se šesti protony a šesti neutrony v jádře asi 98,9%. Méně obvyklý je izotop 13C se šesti protony a sedmi neutrony v jádře, ten se vyskytuje asi v 1,1% případů. Jen jeden atom z 1012 atomů uhlíku je izotop 14C s osmi neutrony v jádře.

Vznik izotopu 14C Kosmické záření Atmosféra Proton Neutron Neutron vyráží jeden proton z jádra 14N a zaujímá jeho místo. 14N Při kolizi s atmosférou vzniká neutron. 14C V jádře zbývá 6 protonů a 8 neutronů a jelikož právě počet protonů určuje vlastnosti prvků, stává se z 14N 14C.

Poločas rozpadu Stejně jako všechny druhy radioaktivního rozpadu i rozpad izotopu uhlíku 14C je konstantní a nezávislý na všech přírodních podmínkách. Čas potřebný k rozpadu jedné poloviny z původního množství atomů izotopu 14C se nazývá poločas rozpadu. V případě izotopu 14C je poločas rozpadu 5730 let.

První radiokarbonové datování V roce 1949 publikoval první radiokarbonové datování americký chemik Willard Libby Libby se v průběhu druhé světové války zabýval studiem kosmického záření. Odhadl poločas rozpadu u radiokarbonu na 5568 let. I když moderní výzkum stanovil, že přesnější je 5730 let, laboratoře stále používají 5568 let jako poločas rozpadu izotopu 14C.

Princip Libbyho metody 14C se v atmosféře slučuje spolu s kyslíkem za vzniku molekul 14CO2. Libby předpokládal, že produkce i podíl 14C v atmosféře se v průběhu času nemění (dnes už víme že je tento předpoklad chybný). Tato stálá atmosférická koncentrace zajišťuje díky fotosyntéze rostlin rovnoměrné pronikání 14C do všech živých organismů. Pouze pokud organizmus zemře, absorpce 14C je zastavena a stabilní koncentrace 14C začíná klesat. Každý atom 14C při rozpadu emituje β částice.

Libby s pomocí Geigrova počítače a olověného stínění počítal emise β částic ze vzorků. Pomocí Libbyho metody je možné stanovit dobu mezi současností a smrtí organizmu.

Meze a další vývoj metody Měření aktivity 14C ve vzorku je postiženo statistickou chybou. Proto byla zavedena standardní odchylka. Metoda je omezena minimální velikostí vzorku. V konvenčních metodách je potřeba 5g čistého uhlíku. To je 10 – 20g dřeva či 100 – 200g kostí. 1970 – 1980 v některých laboratořích zavedeny speciální plynové počítače umožňující datovat vzorky o velikosti řádově stovek miligramů. Dnes některé laboratoře používají AMS (Accelerator Mass Spectrometry), která počítá atomy 14C přímo.

AMS umožňuje analyzovat vzorky o hmotnosti asi 5 -10mg.

Publikace radiokarbonových výsledků Radiokarbonové laboratoře poskytují v čase vyjádřené odhady radiokarbonové aktivity ve vzorku. Úroveň aktivity je převedena na číslo vyjadřující dobu mezi smrtí organizmu a současností. Aby se laboratoře vyhnuly nejasnostem pocházejících z faktu, že „současnost“ postupuje každý rok, laboratoře si stanovily za svou „současnost“ rok 1950 a tím pádem všechna radiokarbonová datování jsou uvedena vletech BP (before present) tedy „před současností“ myšleno před rokem 1950.

V odborných publikacích jsou výsledky radiokarbonového datování uvedeny v takovéto formě. První cifra je rok BP (Před rokem 1950). Další cifra je vypočítaná pravděpodobná chyba, tedy standardní odchylka. V závorce je číslo laboratorní analýzy. Každá laboratoř má své vlastní písmeno (P – Philadelphie, Q - Cambridge). 3700 ± 100 BP (P - 685)

Standardní odchylka Nemůže být nikdy úplně odstraněna a je se všemi radiokarbonovými daty neoddělitelně spjata. Máme-li radiokarbonové datování stanovené na 3700 ± 100 BP, máme 68% šanci, tedy dvě ze tří, že správné datum leží někde mezi 3800 a 3600 let BP. Je zde tedy jedna šance ze tří, že uvedené datum do tohoto rozpětí nespadá. Doporučuje se převádět takováto data do formy s dvojnásobnou standardní odchylkou. Pak máme 95% šanci že správné datum spadá do vymezeného rozpětí.

Pro datování 3700 ± 100 BP je 95% šance, že skutečný věk vzorku je mezi 3900 (3700 + 200) a 3500 (3700 - 200) BP. Čím větší standardní odchylka, tím menší přesnost datování. Například 95% šance 3700 ± 150 BP vymezí periodu od 4000 do 3400 BP, která je o 200 let větší než datování stanovené ± 100 BP.

Kalibrování radiokarbonových dat Libby předpokládal, že produkce i podíl 14C v atmosféře se v průběhu času nemění. Dnes víme, že koncentrace 14C v atmosféře je proměnlivá, z velké části kvůli změnám v magnetickém poli Země. To činí tuto metodu ještě nespolehlivější. Zpřesnění přinesla konfrontace radiokarbonových dat a dat získaných pomocí dendrochronologie. Díky dendrochronologii byly vytvořeny tzv. kalibrační křivky umožňující kalibrovat radiokarbonová data až k letům 8500 BC

Např. pokud radiokarbonové datování ukazuje na věk okolo 4100 BP, tak kalibrovaná data budou někde okolo 5000 BP. Nedávné srovnání 14C dat a dat pocházejících z datování korálových útesů poblíž Barbadosu pomohlo vytvořit kalibrační křivku od 9000 BP (limit kalibrace pomocí dendrochronologie) do 40 000 BP.

Kontaminace Kontaminace před vzorkováním Během uložení v zemi. Podzemní voda může rozpustit organické materiály a znečistit tak budoucí vzorek. Formace minerálních hmot může zanést vzorek uhličitanem vápenatým a snížit tak koncentraci 14C a tím klamavě zvýšit věk vzorku.

Kontaminace v průběhu vzorkování Vzorky by měly být bezpečně odděleny od jakéhokoliv zdroje moderního uhlíku. Měly by být uloženy v temnu, aby se zabránilo fotosyntéze (zelená plíseň je jasná známka kontaminace).

Použití Turínské Roucho 1988 – datováno do 14. stol AD Zrnka vína z Hambledonského kopce, jižní Anglie – datováno 3500 BC (O 3000 let starší než se předpokládalo).