datowanie węglowe
Datowanie węglowe — jest to metoda badań, pozwalająca na ustalenie wieku różnych obiektów archeologicznych o pochodzeniu biologicznym. Metodę tę opracował w połowie XX wieku Willard Libby, amerykański chemik, który nieco wcześniej czynnie uczestniczył w Projekcie Manhattan – programie naukowo-badawczym, mającym umożliwić Stanom Zjednoczonym zaprojektowanie i skonstruowanie bomby atomowej. Libby w ramach projektu zajmował się przede wszystkim problemem rozdzielania izotopów uranu. Wyniki swojej pracy wykorzystał później w tworzeniu metody datowania węglowego, za której wynalezienie, w roku 1960 odebrał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.
Metoda datowania radiowęglowego umocowana została na wcześniejszych ustaleniach, dotyczących określania wieku Ziemi w oparciu o zjawiska z zakresu promieniotwórczości. Najważniejszym i wyjściowym wnioskiem w tej materii było stwierdzenie, że rozpad jądra doprowadza nietrwałe pierwiastki promieniotwórcze do przemiany w pierwiastki trwałe, pozbawione właściwości promieniotwórczych.
W dodatku czas rozpadu poszczególnych pierwiastków jest stały dla każdego izotopu, więc można go dokładnie określić. Początkiem XX wieku, w oparciu o te wnioski, ustalono (dokonał tego Bertram Boitwood), że wiek naszej planety to 2,2 mld lat, a Układ Słoneczny ma 5 mld lat. Obliczenia te przypieczętowało późniejsze odkrycie promieniowania kosmicznego oraz zbadanie, co takiego dzieje się z cząstkami promieniowania w czasie jego drogi na Ziemię. Okazało się, że niektóre z tych cząstek zderzają się z atomami azotu, a ten z kolei przekształca się w izotop węgla C-14, czyli w węgiel promieniotwórczy.
Węgiel pod tą postacią jest przyswajany przez roślinność, a zatem dostaje się do pożywienia zwierząt i ludzi, dzięki czemu obecny jest w każdym żywym organizmie. Kluczowy jest tutaj fakt, że o ile w czasie całego życia, ilość węgla C-14 w organizmie jest mniej więcej stała, o tyle po jego śmierci C-14 rozpada się (naturalny rozpad pierwiastków promieniotwórczych do ich zwykłych izotopów), a jego stężenie zaczyna się powoli zmniejszać. Połowiczny rozpad izotopu C-14 wynosi w przybliżeniu 5730 lat. Oznacza to, że jeżeli w danej próbce mamy 2 miliony jąder C-14, to po upływie 5730 lat zostanie ich połowa, a po upływie kolejnych 5730 lat, ich liczba zmniejszy się do 500 000. W tym czasie 1 500 000 jąder węgla C-14 zamieni się w jądra azotu.
Węgiel C-14 charakteryzuje się tym, że zawiera 6 protonów i 8 neutronów, czyli o 2 neutrony więcej, niż w zwykłym izotopie węgla C-12. Węgiel C-12 jest przy tym stabilny, natomiast C-14 ma charakter nietrwały i rozpada się. Emituje przy tym elektrony i neutrina. W wyniku tego rozpadu, neutron przekształca się w proton, co z kolei pociąga za sobą przemianę jądra węgla C-14 w jądro azotu N-14.
Węgiel C-14 powstaje w górnych warstwach atmosfery. Dochodzi do tego w następujący sposób: protony promieniowania kosmicznego w rezultacie zetknięcia się z jądrami różnych atomów występujących w atmosferze, wytwarzają neutrony. Te z kolei trafiają na powszechne w atmosferze jądra azotu, i w wyniku reakcji z nimi powodują powstanie węgla C-14. Izotop ten, wnikając do organizmów żywych wraz z pożywieniem, wpływa na nie identycznie jak węgiel C-12, gdyż właściwości chemiczne tych dwóch izotopów są identyczne ze względu na tę samą liczbę elektronów. Człowiek wchłania węgiel C-14 zjadając rośliny, które wcześniej wchłonęły go z atmosfery, lub zwierzęta, które pożywiły się tymi roślinami. Izotop ten dostaje się do naszego organizmu także wraz z wdychanym powietrzem.
Datowanie za pomocą węgla C-14 pozwala otrzymać wiarygodne wyniki i jest sensowne dla czasookresu obejmującego od 500 do 70 000 lat wstecz. Jedną z pierwszych próbek, których wiek sprawdził Libby po dokonaniu powyższych ustaleń, była sekwoja kalifornijska, a następnie fragment faraońskiej łodzi pogrzebowej. Do tego celu wykorzystał licznik Geigera, urządzenie służące do wykrywania promieniowania jądrowego, które udoskonalił poprzez nałożenie nań ołowianej obudowy. Posługując się opracowaną przez siebie metodyką, dokonał pomiarów wieku próbek, przy czym wyniki okazały się zbieżne z wcześniejszymi szacunkami.
