آیا تاریخ‌گذاری رادیوکربن قابل اعتماد است؟ بررسی دقت و محدودیت‌های کربن 14

تاریخ‌گذاری رادیوکربن، که گاهی با نام کربن 14 نیز شناخته می‌شود، یکی از مشهورترین و پرکاربردترین تکنیک‌های تاریخ‌گذاری باستان‌شناسی است. احتمالاً بسیاری از مردم نام آن را شنیده‌اند، اما در مورد نحوه کارکرد و دقت آن تصورات نادرستی وجود دارد.

این روش نوآورانه در دهه 1950 توسط ویلارد لیبی، شیمیدان آمریکایی، و دانشجویانش در دانشگاه شیکاگو ابداع شد. لیبی به پاس این اختراع در سال 1960 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد. تاریخ‌گذاری رادیوکربن نخستین روش علمی مطلق بود که به محققان اجازه می‌داد عمر مواد آلی را، صرف نظر از بستر قرارگیری آن‌ها، تعیین کنند. با وجود پیشرفت‌های صورت گرفته، این تکنیک همچنان دقیق‌ترین و قابل اعتمادترین روش تعیین قدمت اشیاء باستانی به شمار می‌رود.

سازوکار تاریخ‌گذاری رادیوکربن چگونه است؟

تمام موجودات زنده در طول حیات خود با محیط اطرافشان تبادل گاز کربن 14 (C14) دارند. این تبادل در گیاهان و جانوران با اتمسفر و در ماهی‌ها و مرجان‌ها با کربن 14 محلول در آب صورت می‌گیرد. تا زمانی که یک موجود زنده است، مقدار C14 در بدن او با محیط پیرامونش در تعادل کامل قرار دارد. اما پس از مرگ، این تعادل برهم می‌خورد.

پس از مرگ موجود زنده، C14 موجود در بافت‌هایش با سرعت مشخصی شروع به واپاشی می‌کند. این سرعت واپاشی با عنوان "نیمه‌عمر" شناخته می‌شود. نیمه‌عمر یک ایزوتوپ، مانند C14، مدت زمانی است که طول می‌کشد تا نیمی از آن تجزیه شود. در مورد C14، نیمه‌عمر برابر با 5730 سال است. بنابراین، با اندازه‌گیری میزان C14 باقی‌مانده در یک نمونه مرده، می‌توان تخمین زد که چه مدت از زمان مرگ آن گذشته است.

در شرایط مساعد، آزمایشگاه‌های تاریخ‌گذاری رادیوکربن می‌توانند میزان C14 را در نمونه‌های مرده تا قدمت 50000 سال پیش با دقت اندازه‌گیری کنند. پس از این بازه زمانی، مقدار C14 باقی‌مانده بسیار کم شده و اندازه‌گیری دقیق آن دشوار می‌شود. این محدودیت، یکی از چالش‌های موجود در تعیین قدمت اشیاء باستانی با استفاده از این روش است.

حلقه‌های درختان و تاریخ‌گذاری رادیوکربن: چالش‌ها و راهکارها

با وجود کارآمدی روش تاریخ‌گذاری رادیوکربن، یک چالش مهم وجود دارد: میزان کربن موجود در اتمسفر، تحت تأثیر عواملی مانند قدرت میدان مغناطیسی زمین و فعالیت‌های خورشیدی، نوسان دارد. برای محاسبه دقیق زمان مرگ یک موجود زنده، باید مقدار کربن موجود در اتمسفر در زمان مرگ آن را بدانیم. به عبارت دیگر، به یک "خط‌کش" یا نقشه دقیق از میزان کربن در گذشته نیاز داریم.

خوشبختانه، چنین خط‌کشی در طبیعت وجود دارد: حلقه‌های درختان. درختان در هر سال یک حلقه رشد تولید می‌کنند و در این حلقه‌ها، تعادل کربن 14 با اتمسفر را حفظ می‌کنند. با اینکه درختانی با عمر 50000 سال وجود ندارند، اما مجموعه‌ای از حلقه‌های درختان با همپوشانی زمانی، اطلاعات دقیقی از 12594 سال گذشته را در اختیار ما قرار می‌دهند. به این ترتیب، می‌توان تاریخ‌های خام رادیوکربن را برای این بازه زمانی با دقت بالایی تصحیح کرد.

اما برای دوره‌های قبل از 12594 سال، اطلاعات پراکنده‌تری در دسترس است که تعیین قدمت اشیاء باستانی با قطعیت را دشوار می‌کند. تخمین‌های قابل اعتماد با درصدهای خطای بزرگتر امکان‌پذیر است، اما دقت آن‌ها به مراتب کمتر است.

جستجو برای روش‌های کالیبراسیون دقیق‌تر در تاریخ‌گذاری رادیوکربن

از زمان کشف تاریخ‌گذاری رادیوکربن توسط لیبی، دانشمندان به طور مداوم در تلاش بوده‌اند تا منابع آلی دیگری را برای کالیبراسیون دقیق‌تر این روش شناسایی کنند. مجموعه‌های داده‌های آلی متعددی مورد بررسی قرار گرفته‌اند، از جمله واروه‌ها (لایه‌های رسوبی سالانه حاوی مواد آلی)، مرجان‌های اعماق اقیانوس، غارسنگ‌ها (نهشته‌های غاری) و تفراهای آتشفشانی. با این حال، هر یک از این روش‌ها با مشکلاتی روبرو هستند. به عنوان مثال، غارسنگ‌ها و واروه‌ها ممکن است حاوی کربن خاک قدیمی باشند، و در مورد نوسانات میزان C14 در مرجان‌های اقیانوسی نیز هنوز مسائل حل نشده‌ای وجود دارد.

از دهه 1990، گروهی از محققان به رهبری پائولا جی. ریمر از مرکز CHRONO برای اقلیم، محیط زیست و گاه‌شماری در دانشگاه کوئینز بلفاست، شروع به ایجاد یک مجموعه داده گسترده و ابزار کالیبراسیون کردند که ابتدا آن را CALIB نامیدند. از آن زمان، CALIB، که اکنون IntCal نامیده می‌شود، چندین بار اصلاح شده است. IntCal داده‌های به دست آمده از حلقه‌های درختان، هسته‌های یخی، تفراها، مرجان‌ها و غارسنگ‌ها را با هم ترکیب می‌کند تا یک مجموعه کالیبراسیون بهبود یافته برای تاریخ‌های C14 بین 12000 و 50000 سال پیش ایجاد کند. آخرین منحنی‌های کالیبراسیون در بیست و یکمین کنفرانس بین‌المللی رادیوکربن در جولای 2012 به تصویب رسیدند. این تلاش‌ها نقش مهمی در افزایش دقت تعیین قدمت اشیاء باستانی ایفا می‌کنند.

دریاچه سویگتسو، ژاپن: منبعی جدید برای کالیبراسیون تاریخ‌گذاری رادیوکربن

در سال‌های اخیر، دریاچه سویگتسو در ژاپن به عنوان یک منبع بالقوه جدید برای بهبود منحنی‌های تاریخ‌گذاری رادیوکربن مطرح شده است. رسوبات سالانه این دریاچه، اطلاعات دقیقی در مورد تغییرات محیطی در طول 50000 سال گذشته را در خود جای داده‌اند. متخصص رادیوکربن، پی جی ریمر، معتقد است که این رسوبات می‌توانند به اندازه، و شاید حتی بهتر از، نمونه‌های هسته‌های یخی گرینلند، اطلاعات ارزشمندی ارائه دهند.

محققان برونک-رامسی و همکارانش، 808 تاریخ AMS (طیف‌سنجی جرمی شتاب‌دهنده) را بر اساس واروه‌های رسوبی که توسط سه آزمایشگاه مختلف رادیوکربن اندازه‌گیری شده‌اند، گزارش کرده‌اند. این تاریخ‌ها و تغییرات محیطی متناظر با آن‌ها، امکان ایجاد ارتباط مستقیم بین سایر سوابق کلیدی آب و هوایی را فراهم می‌کنند. این امر به محققانی مانند ریمر اجازه می‌دهد تا تاریخ‌های رادیوکربن را بین 12500 سال تا حد عملی تاریخ‌گذاری C14 یعنی 52800 سال، با دقت بیشتری کالیبره کنند و در نتیجه، دقت تعیین قدمت اشیاء باستانی را بهبود بخشند.

ثابت‌ها و محدودیت‌ها در تاریخ‌گذاری رادیوکربن

ریمر و همکارانش خاطرنشان می‌کنند که IntCal13 تنها جدیدترین مجموعه کالیبراسیون است و انتظار می‌رود اصلاحات بیشتری در آینده صورت گیرد. برای مثال، در کالیبراسیون IntCal09، آن‌ها شواهدی کشف کردند که در طول Younger Dryas (12550-12900 سال قبل از میلاد)، تشکیل آب عمیق اقیانوس اطلس شمالی متوقف یا حداقل به شدت کاهش یافته بود که به طور قطع بازتابی از تغییرات آب و هوایی بود. آن‌ها مجبور شدند داده‌های مربوط به آن دوره از اقیانوس اطلس شمالی را حذف کرده و از مجموعه داده‌های دیگری استفاده کنند. این موضوع نشان می‌دهد که تاریخ‌گذاری رادیوکربن نه تنها یک روش برای تعیین قدمت اشیاء باستانی است، بلکه می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد تغییرات آب و هوایی گذشته نیز ارائه دهد. این اصلاحات و یافته‌ها، مسیر را برای نتایج جالب‌تر در آینده هموار می‌کنند.