Radiokoolstofdatering

Radiokoolstofdatering, of koolstof 14-datering, word algemeen deur veral argeoloë gebruik om die ouderdom van voorwerpe te bepaal wat jonger as 50 000 jaar is (laat-Kwartêr en Holoseen), en koolstof in hulle samestelling bevat. Hierdie voorwerpe sluit houtskool, hout, been, stuifmeel, skulpe, grondwater en kalkreet in.

Daar bestaan ’n algemene wanopvatting dat koolstof 14-datering gebruik kan word om die ouderdom van die aarde te bepaal. Dit is egter onmoontlik aangesien die halfleeftyd van die koolstof-14 (¹⁴C)-isotoop net sowat 5 715 jaar is, en dus slegs geskik is om ouderdomme van sowat 50 000 jaar of minder te bepaal. Radiodateringsmetodes waarmee geologiese tyd gemeet kan word, sluit uraan-lood (U/Pb)-, kalium-argon (K/Ar)- en rubidium-stronsium ( Rb/Sr)-radiodatering in. Hierdie tegnieke is geskik vanweë die baie lang halfleeftyd van die moederelemente.

Metode

Koolstof het twee stabiele isotope wat natuurlik voorkom: koolstof 12 (¹²C; 98,89%) en koolstof 13 (¹³C; 1,11%), asook ’n onstabiele isotoop, koolstof 14 (¹⁴C). Laasgenoemde is van groot belang, aangesien die onstabiele aard daarvan radiokoolstofdatering moontlik maak.

Koolstof 14 het ’n halfleeftyd ($t_{1/2}$) van 5 715 jaar en word gevorm deur kosmiese strale wat stikstof 14-isotope in die boonste atmosfeer verander in ¹⁴C-isotope. Hierdie nuut gevormde isotope word gaandeweg in die atmosferiese CO₂ opgeneem. Die vergelykings is:

$n+{^{14}_{7}}N\to {^{14}_{6}}C+p$

$^{14}C+O_{2}\to {^{14}}CO+O$

${^{14}}CO+OH\to {^{14}}CO_{2}+H$

Vanweë die voortdurende vorming van die ¹⁴C-isotoop bly die verhouding tussen ¹⁴C en ¹²C redelik konstant. Hierdie verhouding bestaan ook in die CO₂ wat deur plante, skulpe, diere en gesteentes opgeneem word. Wanneer die organisme doodgaan, hou dit op om koolstofdioksied CO₂ (en dus ¹⁴C) op te neem. Die koolstof 14 wat voor die organisme se dood opgeneem is, verminder gaandeweg namate dit weer as gevolg van radioaktiewe verval in stikstof 14 verander met die vergelyking:

${^{14}_{6}}C\to {^{14}_{7}}N+e^{-}+{\overline {\nu }}_{e}$

Na $t$ jaar is die aantal atome $N$ in 'n spesifieke monster wat oorspronklik $N_{0}$ monsters gehad het, deur die vergelyking

$N=N_{0}\exp \lambda t$

gegee waar

$t_{1/2}\lambda =\ln 2$

Wanneer ’n monster van die material (hout, been, skulpe ens.) in ’n laboratorium ontleed word, word die ¹⁴C /¹²C-verhouding bepaal en met die atmosferiese verhouding vergelyk. Aangesien die tempo van radioaktiewe verval bekend is en die atmosferiese verhouding redelik konstant bly, is die hoeveelheid ¹⁴C wat verdwyn het relatief tot die oorblywende ¹²C ’n aanduiding van die ouderdom van die monster. Dus is hierdie verhouding is ongeveeer $N/N_{0}$. Deur die bogenoemde vergelykings te gebruik, kan 'n mens $t$ skat.

Bronne

• Aitken, M.J. (1990). Science-based Dating in Archaeology. London: Longman. ISBN 0-582-49309-9.
• Aitken, Martin J. (2003). "Radiocarbon Dating". In Ellis, Linda (red.). Archaeological Method and Theory. New York: Garland Publishing. pp. 505–508.
• Bianchi, Thomas S.; Canuel, Elizabeth A. (2011). Chemical Markers in Aquatic Ecosystems. Princeton: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-13414-7.
• Bousman, C. Britt; Vierra, Bradley J. (2012). "Chronology, Environmental Setting, and Views of the Terminal Pleistocene and Early Holocene Cultural Transitions in North America". In Bousman, C. Britt; Vierra, Bradley J. (reds.). From the Pleistocene to the Holocene: Human Organization and Cultural Transformations in Prehistoric North America. College Station, Texas: Texas A&M University Press. pp. 1–15. ISBN 978-1-60344-760-7.
• Bowman, Sheridan (1995) [1990]. Radiocarbon Dating. London: British Museum Press. ISBN 0-7141-2047-2.
• Cronin, Thomas M. (2010). Paleoclimates: Understanding Climate Change Past and Present. New York: Columbia University Press. ISBN 978-0-231-14494-0.
• Dass, Chhabil (2007). Fundamentals of Contemporary Mass Spectrometry. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-68229-5.
• Eriksson Stenström, Kristina; Skog, Göran; Georgiadou, Elisavet; Genberg, Johan; Johansson, Anette (2011). A guide to radiocarbon units and calculations. Lund: Lund University.
• Ferronsky, V.I.; Polyakov, V.A. (2012). Isotopes of the Earth's Hydrosphere. New York: Springer. ISBN 978-94-007-2855-4.
• Killick, David (2014). "Using evidence from natural sciences in archaeology". In Chapman, Robert; Alison, Wylie (reds.). Material Evidence: Learning From Archaeological Practice. Abingdon, UK: Routledge. pp. 159–172. ISBN 978-0-415-83745-3.
• L'Annunziata, Michael F. (2007). Radioactivity: Introduction and History. Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-444-52715-8.
• L'Annunziata, Michael F.; Kessler, Michael J. (2012). "Liquid scintillation analysis: principles and practice". In L'Annunziata, Michael F. (red.). Handbook of Radioactivity Analysis (3rd uitg.). Oxford: Academic Press. pp. 423–573. ISBN 978-0-12-384873-4.
• Libby, Willard F. (1965) [1952]. Radiocarbon Dating (2nd (1955) uitg.). Chicago: Phoenix.
• Macdougall, Doug (2008). Nature's Clocks: How Scientists Measure the Age of Almost Everything. Berkeley, California: University of California Press. ISBN 978-0-520-24975-2.
• Malainey, Mary E. (2010). A Consumer's Guide to Archaeological Science. New York: Springer. ISBN 978-1-4419-5704-7.
• Maslin, Mark A.; Swann, George E.A. (2006). "Isotopes in marine sediments". In Leng, Melanie J. (red.). Isotopes in Palaeoenvironmental Research. Dordrecht: Springer. pp. 227–290. ISBN 978-1-4020-2503-7.
• Mook, W.G.; Waterbolk, H.T. (1985). Handbooks for Archaeologists: No. 3: Radiocarbon Dating. Strasbourg: European Science Foundation. ISBN 2-903148-44-9.
• Post, Wilfred M. (2001). "Carbon cycle". In Goudie, Andrew; Cuff, David J. (reds.). Encyclopedia of Global Change: Environmental Change and Human Society, Volume 1. Oxford: Oxford University Press. pp. 127–130. ISBN 0-19-514518-6.
• Renfrew, Colin (2014). "Foreword". In Taylor, R.E.; Bar-Yosef, Ofer (reds.). Radiocarbon Dating. Walnut Creek, California: Left Coast Press. pp. 12–14. ISBN 978-1-59874-590-0.
• Schoeninger, Margaret J. (2010). "Diet reconstruction and ecology using stable isotope ratios". In Larsen, Clark Spencer (red.). A Companion to Biological Anthropology. Oxford: Blackwell. pp. 445–464. ISBN 978-1-4051-8900-2.
• Šilar, Jan (2004). "Application of environmental radionuclides in radiochronology: Radiocarbon". In Tykva, Richard; Berg, Dieter (reds.). Man-made and Natural Radioactivity in Environmental Pollution and Radiochronology. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. pp. 150–179. ISBN 1-4020-1860-6.
• Suess, H.E. (1970). "Bristlecone-pine calibration of the radiocarbon time-scale 5200 B.C. to the present". In Olsson, Ingrid U. (red.). Radiocarbon Variations and Absolute Chronology. New York: John Wiley & Sons. pp. 303–311.
• Taylor, R.E. (1987). Radiocarbon Dating. London: Academic Press. ISBN 0-12-433663-9.
• Taylor, R.E. (1997). "Radiocarbon dating". In Taylor, R.E.; Aitken, Martin J. (reds.). Chronometric Dating in Archaeology. New York: Plenum Press. pp. 65–97. ISBN 0-306-45715-6.
• Taylor, R.E.; Bar-Yosef, Ofer (2014). Radiocarbon Dating (2nd uitg.). Walnut Creek, California: Left Coast Press. ISBN 978-1-59874-590-0.
• Terasmae, J. (1984). "Radiocarbon dating: some problems and potential developments". In Mahaney, W.C. (red.). Quaternary Dating Methods. Amsterdam: Elsevier. pp. 1–15. ISBN 0-444-42392-3.
• Theodórsson, Páll (1996). Measurement of Weak Radioactivity. Singapore: World Scientific Publishing. ISBN 9810223153.
• Trumbore, Susan E. (1996). "Applications of accelerator mass spectrometry to soil science". In Boutton, Thomas W.; Yamasaki, Shin-ichi (reds.). Mass Spectrometry of Soils. New York: Marcel Dekker. pp. 311–340. ISBN 0-8247-9699-3.
• Tuniz, C.; Zoppi, U.; Barbetti, M. (2004). "Radionuclide dating in archaeology by accelerator mass spectrometry". In Martini, M.; Milazzo, M.; Piacentini, M. (reds.). Physics Methods in Archaeometry. Amsterdam: IOS Press. pp. 385–405. ISBN 978-1-58603-424-5.
• Walker, Mike (2005). Quaternary Dating Methods (PDF). Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-86927-7.
• Warneck, Peter (2000). Chemistry of the Natural Atmosphere. London: Academic Press. ISBN 0-12-735632-0.

Eksterne skakels

• RADON – database for European ¹⁴C dates