Eesti Looduse fotov�istlus
2005/11



   Eesti Looduse
   viktoriin


   Eesti Looduse
   fotovõistlus 2012




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Artikkel EL 2005/11
Kuidas hinnata radioaktiivse ssiniku meetodit tnapeval?

Tiend absoluutse vanuse mramise meetod radiossiniku meetodi puhul ei thenda absoluutset tde: sel moel saadud vanuste tlgendus nuab alati asjatundlikku ja kompleksset ksitlusviisi.

Eesti Loodus avaldas 1969. aasta novembris artikli Kuidas hinnata radiossiniku meetodit? [6]. Oli mdunud ligi kakskmmend aastat Willard Libby radiossiniku meetodile aluse pannud artikli [4] ilmumisest ning kis elav arutelu meetodi rakendusvimaluste le. Arvamusi oli seinast seina: meetodi tielikust eitamisest kuni dateeringute absolutiseerimiseni. Et Eesti TA zooloogia ja botaanika instituudis ttas edukalt ks maailma esimesi radiossiniku laboratooriume ning Eesti geoloogide, paleogeograafide, arheoloogide huvi radiossiniku meetodi vastu oli suur, paluski Eesti Loodus meetodi tundjatel asja olemust selgitada.

Seda artiklit soovitaksin lugeda ka radiossiniku meetodi praegustel tarbijatel. Meetodi phialuseid on muidugi mdunud aastakmnete jooksul olulisel mral edasi arendatud, ka paljud toonased oletused ja eeldused on leidnud kindlama fsikalise testuse, kuid ks kolmkmmend kuus aastat tagasi publitseeritud artikli phijreldusi - radiossiniku meetodit saab kasutada ainult teiste uurimismeetodite vrtusliku tiendusena - on tnini kindlalt paigas.

Meetodi rakendamise algaastatel oligi tava, et vanuse mramise kikidel etappidel - proovide vtmisel, analsil ja interpretatsioonil - osales meetodi aluseid valdav ekspert ning iga dateering oli laboratooriumi indeksi ja numbriga dokument, mille kasutamisel tuli viidata algallikale. Dateeringut vis kasutada ainult tema esmases vormis, st. analsi teinud laboratooriumi antud kindlas arvulises vrtuses.

Viimastel aastakmnetel on radiossiniku meetodi instrumentaalne klg kiiresti arenenud, sajad laboratooriumid teevad aastas kmneid tuhandeid vanusemranguid. Nagu sageli juhtub, kaotab seejuures kvaliteet ning dateeringute tellijad ldjuhul ei svene meetodi vimalustesse ning piirangutesse. Et aga suurendada projekti finantseerijate huvi, kasutatakse ka arvudega manipuleerimise trikke.


Radiossiniku meetodi phialused. Kikidest isotoopsetest dateerimismeetoditest on radiossiniku meetodi alused kige paremini uuritud. Vanuse mramise printsiip on lihtne: Maa atmosfris tekib kosmilise kiirguse mjul pidevalt radioaktiivse ssiniku (edaspidi 14C) aatomeid. Need oksdeeruvad ssihappegaasiks (CO2) ja taimed omastavad neid fotosnteesil koos mitteradioaktiivse ssiniku aatomitega (12C ja 13C). Nii satub 14C aineringesse. Vees lahustunud CO2 lheb karbonaatskeletiga organismidesse ning settib algupraste karbonaatide koosseisus veekogude phja. Nagu radioaktiivsetele isotoopidele omane, algab prast 14C aatomite teket kohe nende lagunemine poolestusajaga 5730 aastat. Pideva tekke, ringe ja lagunemise tttu on kigi atmosfriga vahetuses olevate ja ssinikku sisaldavate objektide aktiivsus enam-vhem hesugune. Kui organismi ainevahetus lpeb (niteks elutegevuse lakkamisel), siis algab ainult hesuunaline protsess: 14C aktiivsus temas hakkab vhenema. Seega iseloomustab dateeritava objekti 14C sisalduse erinevus tasakaalulisest uuritava objekti vanust aega, mis on mdunud tema ainevahetuse lppemisest. Et mrata objekti vanust kalendriaastates, peavad olema tidetud jrgmised phinuded:

* 14C poolestusaeg peab olema tpselt teada;

* 14C aktiivsus atmosfris peab olema kogu meetodi vanuselise kasutusala piires (umbes 50 000 aastat) teada ja muutumatu;

* atmosfris tekkinud 14C aatomite vahetus teiste sfridega (biosfr, pindmine hdrosfr) peab olema tielik ja kiire, st. 14C ja 12C aatomeid omastatakse samasuguses vahekorras nagu nad on atmosfris;

* dateeritav objekt peab prast ainevahetuse lppu asuma suletud ssteemis, st. tema edasine ssinikuvahetus mbritsevaga peab olema vlistatud.

Vaatamata nilisele lihtsusele ei ole neid tingimusi alati tidetud. Et radioaktiivne lagunemine on statistiline protsess, sisaldab kikide mtmisprotseduuride tulem teatud viga, mis mrab paratamatult ka saadud vanuste tpsuse piiri. Peale selle on leitud, et 14C teke on olnud ajas muutuv: seda on mjustanud eritasemelised protsessid, nagu tuhandete aastate pikkused geomagnetilise vlja variatsioonid ning Pikese sadade aastate pikkused aktiivsuse muutused. Seetttu saamegi vanuse mrangud radiossiniku aastates, mis erinevad kalendriaastatest.

On ka leitud, et 14C aatomite omastamisel atmosfrist toimub isotoopne fraktsioneerimine, mistttu eri objektid vivad omastada atmosfrset 14C ja mitteaktiivset ssinikku eri vahekordades. Et seda krvalekallet korrigeerida, tuleb proovis peale 14C aatomite mrata ka psivate ssiniku isotoopide 13C ja 12C suhe, mida vljendatakse suhtarvuga d13C.

Raske ja sageli vimatu on kontrollida ka dateeritava objekti isoleeritust prast elutegevuse lppu. Kik need phjused mjutavad tulemusi ning tingivad erinevusi dateeritava objekti tegeliku ja nilise vanuse vahel.


Radiossiniku vanustelt kalendriaastatele. Selleks, et arvestada radiossiniku vanust kalendriaastates, on vaja teada, kui palju tekkis minevikus igal aastal 14C aatomeid. Selline arhiiv on puu aastaringides. Ent aastaringides sisalduv materjalihulk on vga vike, seetttu oli selle arhiivi uurimiseks vaja 14C analsimeetodeid edasi arendada.

Tavapraselt mratakse radioaktiivse ssiniku sisaldus, registreerides tema lagunemisel eralduvat radioaktiivset kiirgust. Seda meetodit nimetatakse konventsionaalseks tehnikaks. Alates 1980. aastatest hakati analsil rakendama kiirendeid ja mass-spektromeetrilist tehnikat, mis vimaldas 14C aatomeid loendada. Uus tehnika (kirjanduses tuntud AMS-meetodina accelerator mass spectrometry) kujunes radioaktiivse ssiniku meetodi arengus revolutsiooniliseks. Kui konventsionaalsel meetodil vajatakse vanuse mramiseks mitmeid gramme ssinikku, siis AMS-meetod vimaldab vanuse mranguid juba milligrammilistest ainehulkadest. Et loendatakse ssiniku aatomeid, saame kohe sisse viia ka d13C parandused, mis vimaldavad vltida isotoopfraktsioneerimisel tekkivaid krvalekaldeid.

Eri kronoloogiate paralleelne kasutamine kalibreerimisel on viinud parajale segadusele ja vasturkivustele, mida ilmekalt kirjeldasid Anto Raukas ja Enn Kaup artiklis Aasta pole olnud alati aasta [7].

Vanuste mberarvutamisel on sageli unustatud kalibreerimise teoreetilised alused: igale aastaringile vastab kindel radiossiniku vanus, mida tuleb korrigeerida isotoopse fraktsioneerimise teguriga. Kalibreerimiskverate ksikud punktid on saadud hes kuni kolmes aastaringis sisalduva 14C kontsentratsioonide alusel. Seega eeldame kalibreerimisel, et dateeritava objekti eluiga oleks samuti ks kuni kolm aastat [5]. Samas tuleb iga proovi puhul sisse viia korrektsioon isotoopsele fraktsioneerimisele, kasutades selleks d13C vrtusi. Kahjuks on selliseid dateeringuid Eestis veel imevhe, sest meie kodumaistes laboratooriumides neid teha ei saa. Soov anda tulemusi ikkagi Gregoriuse kalendri jrgi on tinginud meetodi phitdede eitamise ja nii ongi paljud tarbijad konventsionaalsel viisil saadud radiossiniku dateeringud mber arvutatud ebakorrektselt [niteks 3].


Mned nited selliste dateeringute kalibreerimisel tekkivatest probleemidest on joonisel.

Esiteks. Nagu juba eldud, nuab vanuse mramine konventsionaalsel meetodil (aga sellised on kik Eesti laboratooriumides tehtud dateeringud) kllaltki suurt kogust materjali. Tavaliselt vetakse proov settekihist, mille paksus vib olla 510 cm; arheoloogiliste objektide dateerimisel eelistatakse suuremalt vi viksemalt alalt kogutud setkikesi, mis prinevad erisuguste ja eri vanusega puidutkkide plemisest. Seega hlmab proov kmneid vi isegi sadu aastaid ja tema radiossiniku vanus nitab eri vanusega ssinikku sisaldavate objektide kaalutud keskmist vanust. Sellisel viisil saadud vanusele ei vasta mitte kski punkt dendroloogilisel kalibreerimiskveral.

Toome nitena kmne sentimeetri paksuse turbakihi dateerimisel saadud vanuse 8000120 mberarvutamise kalendriaastateks, kasutades selleks programmi CALIB 5.0, mis on aastatel 19862005 vlja ttatud Washingtoni likooli Kvaternaari laboratooriumis (joonis, a) [8].

Joonisel on turbakihi vimalikud vanuselised piirid radiossiniku aastates (hikuks aastat tagasi), kantud vertikaalteljele. Kasutades kalibreerimiskverat saame horisontaalteljelt leida kalendriaastad, mis antakse tavaliselt hikutes eKr (enne Kristust, BC) vi pKr (prast Kristust, AD). Tulemina saame antud proovi jaoks rea vanuselisi intervalle (vt. tabelit), mis statistiliselt on kik vimalikud. See on lihtsustatud nide, sest kalibreerimiskver ei ole lineaarne ja tegelikult ei saa me saja aasta vltel ladestunud turbakihile vastavat kalibreerimisfaktorit kuidagi leida.


Tabel
Radiossiniku vanus, aastat tagasi, tenosus 95,4% Kalibreeritud vanus, aastad eKr, tenosus 68,3% Kalibreeritud vanus, aastad eKr, tenosus 95,4%
7950120 70326872; 68696732; 67296698 71776564; 65466529; 65176513
8000120 70636748; 67246701 72997222; 71956602
8050120 71717156; 71436773 73356647


Teine nide. Tiendavaid ebamrasusi tekitab asjaolu, et Eestis tehtud 14C dateeringutel ei ole mratud d13C vrtusi, mis sisalduvad ometi kalibreerimiskverates. Jttes d13C vrtused arvestamata, vime erisuguseid materjale dateerides saada suuri hlbeid nilike ja tegelike vanusemrangute vahel. Aastates vljendatuna vivad need hlbed taimse materjali korral ulatuda 80 aastani, vees kasvavate taimede puhul aga isegi +80 kuni 600 aastani. Luumaterjali dateerimisel vib viga olla +320 kuni 80 aastat [2]. Nagu nitasid Erikssoni jt. uuringud [1], varieeruvad Phja-Ltis asuva Zvejnieki asulast leitud luuleidude d13C vrtused vahemikus 18,8 kuni 24,4 olenevalt Zvejnieki elanike dieedist: kalade ja loomse toidu korral d13C vrtused erinevad.

Joonise b-osas on nha Pulli asula dateeringu kalibreerimise kik. 1980. aastatest, tehtud. Muistse asula kultuurkihist kogutud seosakeste radiossiniku vanuseks saadi tollases ENSV TA zooloogia ja botaanika instituudi radiossiniku laboratooriumis 9600120 aastat (TA-245), kusjuures d13C ei ole mratud. Oletame, et d13C kalibratsioon mjutaks vanust 80 aasta vrra ja leiame siis parandatud radiossiniku vanustele (vastavalt 9520 ja 9680 aastat) vastavad kalendriaastad (joonis, b). Nagu nha vib proovi kalibreeritud vanus olla vahemikus 9360 kuni 8569 eKr. Ja sellise ebamrasusega tulebki leppida, edasine arvudega manipuleerimine ei oleks korrektne. Niisiis ei suurenda kalibreerimine ei objekti vanust ega mrangu tpsust.

Et radiossiniku meetodil saadud vanuste kasutajad ei saa alati aru meetodi olemusest, sellest rgib ka Valter Langi ja Arvi Kriiska [3] konstateering: .. omaette probleem on kiirendiga tehtud ja konventsionaalsete dateeringute mnetine erinevus, mis on vga selgesti vlja tulnud niteks Edela-Eesti mattunud orgaanikakihtide puhul .. Tpselt nii see peabki olema! Ja seetttu ei tohiks nendel viisidel saadud dateeringuid sama algoritmiga ksitleda, kalibreerida ega ka interpreteerida.

Asi on selles, et konventsionaalsel viisil dateeritakse proov, mis koosneb kmnete-sadade aastate jooksul moodustunud erivanuselisest orgaanilisest ainest. Kasutatava materjali vanus peegeldab niteks kultuurkihist kogutud seosakeste keskmist kaalutud vanust. AMS-meetodil mratakse aga he konkreetse seosakese vanus.

Mlemal vanuse mramise viisil on oma head ja vead. Suure materjalihulga dateerimisel saame keskmise vanuse, mida juhuslikult dateeritavasse kihti sattunud erivanuseline ssinikku sisaldav materjal eriti ei mjuta, sest tema osakaal ldises materjali hulgas on vike. Niteks jrvesettesse veega sisse kantud ja mber settinud varasemast ajast prit kaseseeme. Selle seemne dateering AMS-meetodil ei pea olema ldse seotud dateeritava settekihi vanusega (ta on vljauhutud vanematest kihtidest). Et saada kultuurkihi kohta vhegi adekvaatsemat vanuse hinnangut, peaks AMS-meetodil dateerima suure hulga ksikuid seosakesi.


Ettevaatust! Tin siin vaid mningad nited ohtudest, mis kaasnevad tnapevaste analtiliste meetodite kasutamisega loodus- ja humanitaarteadustes. Praegusaegsete mteseadmete ksitsemise niline lihtsus, nende suur mtmistpsus ja massanalside vimalused loovad illusiooni saadud andmete kikvimsusest ja absoluutsusest. Tulemus vibki olla instrumentaalsest aspektist laitmatu, kuid ta ei pruugi peegeldada tegelikkust tepraselt. Lppjrelduse teeb ikka uurija, kes peab olema hsti kursis rakendatava meetodiga ja probleemiga mida ta tahab nende analsidega uurida. Kui on khklusi, siis kehtigu kuldreegel: parem jtta proov vtmata ja analsid tegemata. Liiga palju on toodetud mra, mille alusel vlja ttatud vrteooriaid mber lkata on ldjuhul kallim ja keerulisem kui luua uusi teooriaid.


1. Eriksson, Gunilla et al. 2003. Stone age hunter-fisher-gatherers at Zvejnieki, northern

Latvia: radiocarbon, stable isotope and archaeozoology data. Before Farming 1 (2): 4767.

2. Ильвес, Эваљд и др. 1974. Радиоуглеродный метод и его применение в четвертичной геологии и археологии Эстонии. АН ЭССР, Таллинн, АН ЭССР

3. Lang, Valter; Kriiska, Aivar 2001. Eesti esiaja periodiseering ja kronoloogia. Eesti Arheoloogia Ajakiri 5(2): 83103.

4. Libby, Willard F. 1955. Radiocarbon dating. Chicago-London-Cambridge, 175.

5. Mook, Willem G. 1983. 14C calibration curves depending on sample time-width. PACT 8: 517525.

6. Punning, Jaan-Mati jt. 1969. Kuidas hinnata radiossiniku meetodit? Eesti Loodus 20 (11): 667670.

7. Raukas, Anto; Kaup, Enn 2003. Aasta pole olnud alati aasta. Eesti Loodus 54 (5): 214217.

8. Stuiver, Minze et al. 2005. CALIB 5.0 (www Program and Documentation)



JAAN-MATI PUNNING
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012