Metoda 14C.

Metoda ¹⁴C

Není to ještě tak dlouho, kdy archeolog stál před problémem časového zařazení významného objevu. Co bylo platné, že odkryl několik kulturních vrstev nad sebou, bezpečně určil jejich posloupnost a často i délku trvání jednotlivých epoch, když je nemohl navázat na skutečný letopočet.

Zlom přinesl rok 1940, kdy Martin D. Kamen z amerického Oregonu objevil radioaktivní uhlík ¹⁴C. Jak tento objev souvisí s přesným datováním v archeologii?

Zemská atmosféra je tvořena mnoha různými prvky, včetně uhlíku a dusíku. Atom dusíku je tvořen 7 protony a 7 neutrony. Uhlík má 3 izotopy (prvky se stejným počtem protonů ale různým počtem neutronů v atomovém jádru) označované ¹²C, ¹³C a ¹⁴C, kde horní index označuje počet protonů a neutronů (nukleonové číslo) v jádru. Nejrozšířenějším druhem uhlíku (kolem 98,9 %) je ¹²C, tvořený 6 protony a 6 neutrony. Ve vzácných případech (asi 0,000000001 %) má uhlík kromě obvyklých 6 protonů neobvyklý počet 8 neutronů. Jak k tomu dochází?

kolize.jpg (13834 bytes)

Kosmické záření ze Slunce bombarduje naši atmosféru za vzniku neutronů. V některých případech se neutron srazí s atomem dusíku, vyrazí proton a zaujme jeho místo.V takovém případě se počet protonů sníží na 6, což odpovídá atomu uhlíku, neboť ten má ve svém jádře právě 6 protonů. Dusík se přeměnil na uhlík (vlastnosti prvku určuje právě počet protonů), ale s tím rozdílem, že tento atom má 8 neutronů, tedy o 2 více než “normální” uhlík. Proto se stává radioaktivním.

Život na této planetě je založen na uhlíku: rostliny absorbují uhlík z atmosféry (“dýchají” oxid uhličitý), z rostlin se pak uhlík dostává do těla zvířat a odtud do těla lidí společně s konzumací ovoce a zeleniny. Protože atmosféra obsahuje určitý poměr radioaktivního ¹⁴C k běžnému ¹²C, je stejný poměr zachován v tělech rostlin, zvířat i lidí. Ale za jedné podmínky: že rostlina nebo živočich žije! Neboť i radioaktivní uhlík má svůj čas rozpadu, kdy se postupně mění na běžný ¹²C. Martin D. Kamen objevil, že poločas rozpadu radioaktivního ¹⁴C je 5 730 ± 30 let.

libby_willard.jpg (6831 bytes)

(obr. převzat z http:/www.anthro.mankato.msus.edu/information/biography/klmno/libby_willard.html)

Z toho všeho vycházel Willard Frank Libby (1908 – 1980), americký chemik v Institute for Nuclear Studies, když v roce 1947 se svými studenty objevil metodu datování pomocí ¹⁴C. Stačilo totiž “jen” citlivým detektorem porovnat intenzitu záření zkoumaného nálezu s jeho dnešním “současníkem”: Čím byl nález starší, tím méně radioaktivního uhlíku obsahoval, neboť rostlina či živočich už radioaktivní uhlík nepřijímal a ten původní se částečně měnil na neradioktivní a intenzita záření tak klesala.

Jako detektor použil Libby tzv. Geigerův počítač. Problém byl v tom, že Libby potřeboval měřit velmi malý stupeň beta záření, menší, než je běžný “šum”. Naměřil totiž cca 500 jednotek za minutu, ale radioaktivní uhlík se na tom podílel pouze 6 až 7 jednotkami! Libby tedy detektor “opancéřoval” dvaceticentimetrovými ocelovými deskami a snížil tak činnost detektoru na 120 jednotek za minutu. Později svoji metodu vylepšil tím, že použil několik Geigerových počítačů elektronicky spojených. Datování dřeva, kostí, schránek mořských i sladkovodních živočichů a usazenin tyto schránky obsahující a dokonce i hornin obsahujících uhlík (tufy) bylo na světě. . .

Ale postupem doby se ukázalo, že vše není zas tak jednoduché. Např. se zjistilo, že předpoklad, že poměr ¹⁴C/¹²C je v průběhu datovaných let konstantní, neodpovídá skutečnosti. I to se nakonec muselo vzít v úvahu a nikterak to nesnižuje význam Libbyho objevu, za který dostal v roce 1960 Nobelovu cenu.