Uhlíková metóda C14

Uhlíková metóda C14 alebo rádiokarbónová metóda datovania je fyzikálny postup používaný na stanovenie veku organických zvyškov (napr. v archeológii). Princípom metódy je znalosť polčasu rozpadu izotopov uhlíka ¹²C a ¹⁴C a fakt, že v živom organizme je pomer oboch izotopov konštantný, ale po smrti sa tento pomer pozvoľna mení vďaka rozpadu izotopu ¹⁴C. Obsah izotopu ¹⁴C sa zredukuje na 1/8 približne po 17 150 rokoch, z čoho vyplýva, že táto metóda dáva presné výsledky pri určovaní veku spätne do 50 000 – 60 000 rokov. Každých 5730 ± 40 rokov (tzv. "Cambridgeský polčas rozpadu") sa polovica obsahu ¹⁴C premení na ¹²C, až po dobu ca 40 000 rokov, keď je obsah ¹⁴C príliš nízky a jeho meranie komplikované.

Uhlíkovou metódou C14 bol stanovený napríklad vek Turínskeho plátna, pričom bolo dokázané, že plátno bolo vyrobené niekoľko storočí po úmrtí Krista.

Princíp uhlíkovej metódy C14

Na Zemi sa vyskytujú tri izotopy uhlíka – ¹²C, ¹³C (oba stabilné) a nestabilný ¹⁴C. Tieto izotopy sa vyskytujú v nasledujúcich pomeroch ¹²C – 98,89 %, ¹³C – 1,11 % a ¹⁴C – 0,00000000010 %. Jeden atóm ¹⁴C sa v prírode vyskytuje na každých 1 000 000 000 000 atómov ¹²C v živých materiáloch. Rádiokarbónová metóda je založená na spočítaní atómov uhlíka ¹⁴C, ktorý vzniká vo vrchných vrstvách atmosféry pôsobením kozmického žiarenia na dusík ¹⁴N. Táto reakcia je:

$n+\mathrm {~_{7}^{14}N} \rightarrow \mathrm {~_{6}^{14}C} +p$

(kde n je neutrón a p je protón)

¹⁴C oxiduje na oxid uhličitý a pozemské rastliny a živočíchy ho počas života prijímajú počas fotosyntézy a pri konzumácii potravy.

J. R. Arnold a W. F. Libby v roku 1949 boli prví, kto navrhol datovať organické materiály pomocou tejto metódy. Polčas rozpadu izotopu ¹⁴C je 5730 ± 40 rokov, to znamená že každých 5730 ± 40 rokov sa množstvo ¹⁴C zmenší o polovicu. Po 10 polčasoch rozpadu je v látke také malé množstvo ¹⁴C, že je už technicky takmer nemerateľné (1 024-krát menej). Preto je limitom použitia metódy 50 – 60 000 rokov. Pre spodnú hranicu použitia žiadne ohraničenie neexistuje.

¹⁴C emituje slabú beta časticu (b) s priemernou energiou 160keV. Reakcia je nasledujúca:

$\mathrm {~_{6}^{14}C} \rightarrow \mathrm {~_{7}^{14}N} +b$

Teda ¹⁴C sa opäť stáva dusíkom.

Kritika uhlíkovej metódy C14

Kritici uhlíkovej metódy C14 tvrdia, že nemáme istotu, či pomer izotopov ¹²C a ¹⁴C v minulosti zodpovedal tomu dnešnému^{[chýba zdroj]}. Bola intenzívnejšia sopečná činnosť, iné pomery v atmosfére a iné množstvo prenikajúceho vesmírneho rádioaktívneho žiarenia ako aj ďalšie vplyvy ovplyvňujúce výskyt izotopu ¹⁴C. Napríklad počas pokusných atómových a termonukleárnych výbuchov sa lokálne koncentrácia ¹⁴C zvýšila. V modernej ére sa v dôsledku spaľovania fosílnych palív v atmosfére mierne globálne jeho koncentrácia znížila. Pri porovnávaní výsledkov datovania pomocou tejto metódy s alternatívnymi metódami dochádza k porovnateľným výsledkom.

Využitie uhlíkovej metódy C14

Metódu možno použiť napríklad v týchto oblastiach:

• archeológia a história
• oceánografia – skúmanie sedimentov na dne morí, z ich veku a množstva možno simulovať pomery v oceánoch v dávnych dobách
• paleoekológia – odhad podmienok životného prostredia v dávnych dobách
• dendrochronológia – stanovenie veku zvyškov stromov
• paleoklimatológia – skúmanie klímy v dávnych dobách

Korekcie pri uplatňovaní metódy C14

Vplyv spôsobu života

V závislosti od spôsobu života skúmaného objektu musia byť pri datovaní jeho zvyškov vykonávané korekcie. Pri morských živočíchoch a rastlinách činí rozdiel v dôsledku zníženej interakcie s atmosférickým uhlíkom oproti pozemným živočíchom a rastlinám 400 rokov. Z tohto aspektu je datovanie kostí človeka problematické. Pokiaľ počas života konzumoval vo zvýšenej miere morské živočíchy, hladina ¹⁴C v jeho kostiach je oproti človeku, ktorý ich nekonzumoval, výrazne znížená.

Vplyv človeka

Priemyselný efekt

Približne od roku 1890 sa vo zvýšenej miere začali spaľovať fosílne palivá. Od roku 1890 do roku 1950 sa množstvo ¹⁴C v atmosfére znížilo o 2 %.

Efekt atómovej bomby

V dôsledku atómových a termonukleárnych pokusov sa v atmosfére a v oceánoch umelo zvýšilo množstvo izotopu ¹⁴C. Najväčšie hodnoty umelého ¹⁴C boli na severnej pologuli dosiahnuté v roku 1963 na južnej pologuli v roku 1965.^{[chýba zdroj]} Tieto vplyvy sa pri datovaní uhlíkovou metódou C14 zohľadňujú.

Externé odkazy

• Informácie o uhlíkovej metóde C14 Archivované 2012-07-18 na Wayback Machine (po anglicky)
• Pôvodná práca objaviteľov uhlíkovej metódy C14 (po anglicky)

Referencie

Fyzikálny portál Historický portál Chemický portál Portál vied o Zemi