• hiili-14 on heikosti radioaktiivinen hiilen isotooppi; tunnetaan myös radiohiilenä, se on isotooppinen kronometri.
• c-14 iänmääritystä sovelletaan vain orgaanisiin ja joihinkin epäorgaanisiin materiaaleihin (ei koske metalleja).
• kaasun suhteellinen laskenta, nesteen tuikelaskenta ja kiihdyttimen massaspektrometria ovat kolme tärkeintä radiohiiliajoitusmenetelmää.

mikä on radiohiiliajoitus?

radiohiiliajoitus on menetelmä, jolla saadaan objektiiviset ikäarviot elävistä organismeista peräisin oleville hiilipohjaisille materiaaleille. 1 Ikä voitaisiin arvioida mittaamalla näytteessä olevan hiili-14: n määrä ja vertaamalla sitä kansainvälisesti käytettyyn vertailustandardiin.

radiohiiliajoitusmenetelmän vaikutus nykyihmiseen on tehnyt siitä yhden 1900-luvun merkittävimmistä löydöistä. Mikään muu tieteellinen menetelmä ei ole onnistunut mullistamaan ihmisen käsitystä paitsi nykyhetkestään myös jo tuhansia vuosia sitten sattuneista tapahtumista. Arkeologia ja muut ihmistieteet käyttävät radiohiiliajoitusta teorioiden todistamiseen tai kumoamiseen. Vuosien varrella hiili-14-iänmääritys on löytänyt sovelluksia myös geologiassa, hydrologiassa, geofysiikassa, ilmakehätieteessä, oseanografiassa, paleoklimatologiassa ja jopa biolääketieteessä.

Hiiliajoituksen perusperiaatteet

radiohiili (hiili 14) on alkuaineen hiilen isotooppi, joka on epästabiili ja heikosti radioaktiivinen. Stabiileja isotooppeja ovat hiili-12 ja hiili-13.

hiili-14: ää muodostuu yläilmakehässä jatkuvasti kosmisten säteiden neutronien vaikutuksesta typpi-14 atomiin. Se hapettuu nopeasti ilmassa hiilidioksidiksi ja siirtyy globaaliin hiilikiertoon.

kasvit ja eläimet sulauttavat hiilidioksidin hiili-14: ään koko elinaikansa. Kun ne kuolevat, ne lakkaavat vaihtamasta hiiltä biosfääriin ja niiden hiili-14-pitoisuus alkaa sitten laskea radioaktiivisen hajoamisen lain määräämällä nopeudella.

radiohiiliajoitus on lähinnä jäännösradioaktiivisuuden mittaamiseen tarkoitettu menetelmä.

Radiohiiliams vs radiometrinen iänmääritys

on olemassa kolme pääasiallista menetelmää, joita käytetään minkä tahansa näytteen hiili – 14— pitoisuuden mittaamiseen-kaasun suhteellinen laskenta, nesteen tuikelaskenta ja kiihdyttimen massaspektrometria.

kaasun suhteellinen laskenta on tavanomainen radiometrinen iänmääritysmenetelmä, jolla lasketaan tietyn näytteen lähettämät beetahiukkaset. Beetahiukkaset ovat radiohiilen hajoamistuotteita. Tässä menetelmässä hiilinäyte muunnetaan ensin hiilidioksidikaasuksi ennen kuin mittaus kaasujen suhteellisilla laskureilla tapahtuu.

nestemäisen tuikelaskenta on toinen 1960-luvulla suosittu radiohiiliajoitustekniikka, jossa näyte on nestemäisessä muodossa ja siihen lisätään tuike. Tämä tuike tuottaa valon välähdyksen, kun se vuorovaikuttaa beetahiukkasen kanssa. Näytepullo johdetaan kahden valomonistimen väliin,ja vasta kun molemmat laitteet rekisteröivät valonvälähdyksen, lasketaan.

Kiihdytinmassaspektrometria (AMS) on nykyaikainen radiohiiliajoitusmenetelmä, jota pidetään tehokkaampana tapana mitata näytteen radiohiilipitoisuutta. Tässä menetelmässä hiili-14-pitoisuus mitataan suoraan suhteessa läsnä oleviin hiili-12: een ja hiili-13: een. Menetelmässä ei lasketa beetahiukkasia vaan näytteessä olevien hiiliatomien määrää ja isotooppien osuutta.

hiili-14-Datoitavat Materiaalit

kaikkia materiaaleja ei voida radiohiiliajoittaa. Useimmat, ellei kaikki, orgaaniset yhdisteet voidaan ajoittaa. Myös jokin epäorgaaninen aine, kuten kuoren aragoniittikomponentti, voidaan ajoittaa niin kauan kuin mineraalin muodostumiseen liittyi hiili-14: n Assimilaatio tasapainossa ilmakehän kanssa.

näytteisiin, jotka on radiohiiliajoitettu menetelmän alusta lähtien, kuuluu muun muassa puuhiiltä, puuta, oksia, siemeniä, luita, kuoria, nahkaa, turvetta, järvimudaa, multaa, hiuksia, saviastioita, siitepölyä, seinämaalauksia, koralli, verijäämiä, kankaita, paperia tai pergamenttia, hartseja ja vettä.

näille materiaaleille tehdään Fysikaalisia ja kemiallisia esikäsittelyjä mahdollisten epäpuhtauksien poistamiseksi ennen kuin niiden radiohiilipitoisuus analysoidaan.

Hiiliajoitusstandardit

tietyn tuntemattoman näytteen radiohiiliikä voidaan määrittää mittaamalla sen hiili-14-pitoisuus ja vertaamalla tulosta nyky-ja taustanäytteiden hiili-14-aktiivisuuteen.

radiohiiliajoituslaboratorioiden pääasiallinen nykyaikainen standardi oli Marylandilaisesta National Institute of Standards and Technologysta saatu oksaalihappo I. Tämä oksaalihappo tuli sokerijuurikkaasta vuonna 1955. Oksaalihapon I radiohiiliaktiivisuudesta noin 95% vastaa absoluuttisen radiohiilistandardin—a-puun vuonna 1890 mittaamaa radiohiiliaktiivisuutta, johon fossiilisten polttoaineiden vaikutukset eivät vaikuta.

kun oksaalihappo I: n varastot oli kulutettu lähes kokonaan, tehtiin toinen standardi vuonna 1977 valmistetusta ranskalaisesta juurikasmelassista. Uudella standardilla, oksaalihappo II: lla, osoitettiin olevan vain pieni ero oksaalihappo I: n kanssa radiohiilipitoisuuden suhteen. Vuosien varrella on tehty muitakin toissijaisia radiohiilistandardeja.

taustamateriaalien Radiohiiliaktiivisuus määritetään myös poistamaan sen vaikutus näytteiden määrityksessä saaduista tuloksista. Taustaradiohiiliaktiivisuus mitataan, ja saadut arvot vähennetään näytteen radiohiiliajoitustuloksista. Analysoidut taustanäytteet ovat yleensä geologisesti äärettömän ikäistä alkuperää, kuten kivihiili, ruskohiili ja kalkkikivi.

hiili-14-iänmääritys

radiohiilimittausta kutsutaan tavanomaiseksi radiohiilikaudeksi (CRA). CRA: n yleissopimuksiin kuuluvat A) Libby-puoliintumisajan käyttö, B) oksaalihapon I tai II tai minkä tahansa soveltuvan sekundääristandardin käyttö nykyaikaisena radiohiilistandardina, c) näytteen isotooppisen fraktioinnin korjaus normalisoituun tai perusarvoon -25,0 promillea suhteessa hiili – 12: n ja hiili-13: n suhteeseen karbonaattistandardissa VPDB-liitukauden belemniittimuodostuma Etelä-Carolinassa Peedeessä, d) nolla BP (ennen tätä) määritellään AD 1950 ja e) oletus, että maailmanlaajuinen RADIOHIILITASO on vakio.

Keskivirheitä ilmoitetaan myös radiohiiliajoitustuloksessa, jolloin arvot ovat”±”. Nämä arvot on johdettu tilastollisin keinoin.

radiohiiliajoituksen pioneeri

yhdysvaltalainen fysikaalinen kemisti Willard Libby johti toisen maailmansodan jälkeisenä aikana tutkijaryhmää kehittämään menetelmän, joka mittaa radiohiilen aktiivisuutta. Hänen katsotaan olleen ensimmäinen tiedemies, joka esitti, että epävakaata hiilen isotooppia, radiohiiltä tai hiili-14: ää, voisi olla elävässä aineessa.

Mr. Libby ja hänen tutkijaryhmänsä pystyivät julkaisemaan paperin, jossa oli yhteenveto radiohiilen ensimmäisestä havainnosta orgaanisessa näytteessä. Juuri Libby mittasi ensimmäisenä radiohiilen hajoamisnopeuden ja määritteli puoliintumisajaksi 5568 vuotta ± 30 vuotta.

vuonna 1960 Libbylle myönnettiin Nobelin kemianpalkinto tunnustuksena hänen ponnisteluistaan radiohiiliajoituksen kehittämiseksi.

1. American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. Discovery radiohiiliajoitus (accessed lokakuu 31, 2017).
2. Sheridan Bowman, Radiohiiliajoitus: Interpreting the Past (1990), University of California Press

Further Reading:

Accelerator Mass Spectrometry radiohiiliajoitus
Calibration of Carbon 14 Dating Results
radiohiiliajoitus ja Bomb Carbon