1. Увод

14C метода је метода за апсолутно одређивање . старости Даје најбоље резултате при

1000 50000 , одређивању старости од до година а са 70000 , мањом сигурношћу и до година односно

1000 . узорака млађих од година Може се применити на све материјале органског порекла

( , , ...) дрво кост љуштуре мекушаца као и на анорганске материјале који садрже угљеник

( . 1997:866).Срејовић Д Радиокарбонска метода датовања је метода у којој се сусрећу различита .подручја природних наука са археологијом

Датују се узорци у којима је барем један део , угљеника биолошког порекла хемијским

поступцима се узорци претварају у хемијски , облик погодан за мерење активност узорака се

, мерифизичкимметодама рачунари се користе у , обради података и калибрације резултата а

резултати се примењују у многим гранама науке ( , , ...).геологија хидрогеологија седиментологија

Од посебног је значаја примена 14 С методе за ( ,истраживање историје човека археологија

..). палеонтологија Ова метода је омогућила одређивање временске скале појаве човека и

. његове активности широм Земље Датовањем људских остатака утврђено је да су многа

.људска насеља старија негошто се очекивало

1

2. Историјат радиокарбонског датовања

Метод датовања органских узорака помоћу радиоактивног

угљеника 14C примењује се од средине 20. века у археологији и

другим наукама. Амерички хемичар, Вилард Ф. Либи, први је

развио технику радиоактивног угљеника, познату као метода 14C, на универзитету у Чикагу. Он је открио постанак 14C атома у

атмосфери и применио их на одређивање старости узорака.

Либи је за овај поступак, 1960. добио Нобелову награду за

хемију. Први тестови су спроведени у Чикагу 1950.год. (Mook,

W.G. & Waterbolk, W.T.,1985: 3). Његов метод се заснивао на

препарацији чврстог угљеника из узорка и пребацивање тог

угљеника у Гајгеров бројач. Широки спектар резултата који је

овом приликом добијен настао је вероватно због тешкоће

избегавања радиоактивне контаминације приликом

2

пребацивања угљеника у бројач. Чинило се да овај метод пуно

обећава када је реч о оном раздобљу прошлости које је важно

за археологе праисторичаре јер је покривао прелазак са

сакупљања и лова на земљорадњу и појаву првих цивилизација

(Грин, К. 2003: 219).

Слика 1: W.F.Libby

1950/52 Hessel de Vries је развио теорију која тврди да

концентрација угљениковог изотопа 14С варира у зависности од

времена и локације. Технички се базирала на мерењу количине 14С у ваздуху помоћу гасног сцинтилационог бројача, како би се

избегла контаминација. Међутим, апаратура и материјали

потребни за њену изградњу били су јако скупи. De Vries је

заслужан за велики број фундаменталних открића. Открио је

природне варијације у атмосферском садржају радиокарбона,

који се од тада зове de Vries ефекат (Mook, W.G. & Waterbolk,

W.T.,1985:4).

3

Група физичара са Rochester Универзитета у Њујорку 1977.

пријавила је нову методу 14C детекције, AMS (акцелераторска

масена спектрометрија). Разлика је у томе што се са AMS мери

концентрација 14C у узорку (у сразмери према 12C ), а не његова

радиоактивност. То је омогућило датовање мањих узорака,

могли су се датовати артефакти и кости а не само контекст у

коме су нађени налази.

Примена радиокарбонског датирања проширила се великом

брзином. Током рада су утврђивани и испитани многи

проблеми и нетачности и то је омогућило да се модификују

ранији резултати. Може се рећи да датуми који су утврђени

анализом 14C данас дају одређен оквир за проучавање

археологије у свету. Данас широм света има више од 80

лабораторија за радиокарбонско датирање и досад је утврђено

преко 30000 археолошких датума (Грин, К. 2003:218).

4

4. Распадање угљеника 14C

Атом 14C има 6 протона и 8 неутрона што га чини

нестабилним и тежим за 16,7% од атома угљеника 12C. Оба ова

угљеника са кисеоником граде угљен-диоксид (CO2) који

узимају тј. апсорбују биљке и друга жива бића. Међутим, пре

или касније, један од неутрона избија електрон и постаје

протон.

Када ће појединачни атом 14C емитовати електрон и

претворити се у азот је немогуће предвидети, међутим,

статистика је лако предвидива. Ако узмемо велики број 14C

атома, можемо тврдити, са великим степеном сигурности, да ће

се пола од њих распасти тј. претворити у азот за 5730 год. Ово се

назива полуживот јер се пола од укупног броја 14C распадне за

5

то време. Друга половина ће се распасти за још 5730 год. (други

полураспад).

Слика 3: Распадање 14C

Сва жива бића се налазе у кружном току угљен-диоксида на

Земљи. То значи да све док је нека биљка жива узима угљен-

диоксид из ваздуха, воде и земље, и уграђује га у своја влакна

помоћу фотосинтезе. Око 0,6% шећера који створе биљке

отпада на 14C. Пошто животиње једу биљке, негде око 0,6% од

целокупног угљеника у месу и костима отпада на 14C. Када

6

животиња или биљка умре више се не може одржавати

константна количина 14C у организму и полако долази до

опадања концентрације 14C.

Слика 4: опадање концентрације 14С у односу на 12С

7

5. Технике мерења

Мерење активности 14C захтева врло осетљиве технике:

Користе се пропорционални гасни бројачи (PGC), течни

сцинтилацијски бројачи (LSC) или AMS (акцелераторска масена

спектометрија). Максимална старост која се може измерити

PGC методом је око 40000 година, LSC методом 50000 година а

AMS методом нешто више од 60000 година. Најмања количина

узорка потребна за мерење GPC или LSC методама износи

неколико грама, док је за мерење AMS методом довољно само

неколико милиграма. Али период мерења ових мерача је

веома дуг. Траје недељама и месецима уместо данима, што

намеће границу њихове употребе. AMS метод има много краће

време мерења (пар сати) у зависности од величине узорка и

његове старости. PGC и LSС методе се чешће користе због

мањих трошкова, мада техника која користи милиграмске

узорке нуди погодне предности и могућности.

5.1 Грешке

Статистичка природа радиоактивног распада је једна

суштинска неизвесност ове методе. Сва друга физичка

8

одступања могу да се посматрају као грешке и оне су претежно

случајне, тј. нису наслеђене методом.

Сваки радиокарбонски резултат има статистичку маргиналну

грешку, која се изражава као средња вредност и стандардна

девијација.

Вршене су разне провере између лабораторија и оне су

показале да се грешке не преносе из једне лабораторије у другу

већ да потичу из одређених личних несигурности.

Закључак је да се код 14С датума једино сигма – стандардна

одступања могу узети у обзир (Mook, W.G. & Waterbolk,

W.T.,1985:15).

5.2 Геофизички аспекти

Једна од претпоставки веза за 14С датовање је да је активност 14С у атмосфери константна (Mook, W.G. & Waterbolk, W.T., 1985,

17). Дендрохронолошка мерења спроведена на годовима су

показала да та тврдња није сасвим тачна. У скорашњим

годинама добијени су јако прецизни резултати за Немачки

храст. Стога можемо уочити 3 типа варијације:

9

1. Дугорочни смер, синусоидна крива са периодом од

око скоро 9000 год., који се може узети за

еквивалентно варирање земљиног магнетног поља.

Корекције се овде врше путем формуле:

Thist = 1838 – 0.71 Tconv – 1.61 x 10-4T2conv + 1.5 x 10-8T3

conv

2. Средње варијације, Де Вриесов ефекат и Суесов ефекат. Ово се може свести на очигледне промене 14С у току од пар стотина година у историјском периоду мањем од пола века. Ове варијације се могу објаснити променама настанка 14С због промена у сунчевој активности.

3. Краткотрајне флуктуације од око 3‰ или мање,

повезан са једанаестогодишњим циклусом сунчевих

пега. Ове мале флуктуације су изазване ниском

производњом 14С током периода јаке сунчеве

активности и стога долази до повећања геомагнетног

поља које штити aтмосферу од космичке радијације.

6.Узорци

10

Да би узорак био датован радиокарбонском методом мора

садржати извесну количину угљеника, зато се датују

првенствено органски материјали али се и неки неоргански

попут кречњака или појединих врста малтера могу искористити.

Што је садржај угљеника мањи узорак мора бити већи. Пошто

са старошћу опада количина угљеника од старости зависи и

количина узорка. Такође узорци се узимају у зависности од тога

која од три методе радиокарбонског датовања се примењује.

Приликом узимања узорка треба обратити пажњу на контекст

налаза, тј. на стратиграфију и међусобни однос налаза и

археолошких целина, како би се добијени датум успешно

интерпретирао.

Контаминација узорака је велики проблем јер може да

доведе до великих одступања од реалне старости узорка. До

контаминације може доћи пре или за време формирања

узорка (фосилним органским материјама или карбонатима који

су се налазили у земљи у тренутку када је узорак ту доспео),

након формирања ( продирањем страних материјала,

органских материја, секундарних карбоната у земљиште и

мешањем са њима) или за време узимањa узорака (мешањем

различитих материјала приликом складиштења, неким

средствима за презервацију или појединим материјалима за

паковање као што је PVC). Већина ових облика контаминације

11

има подмлађујући ефекат на узорак. Контаминација може,

мање или више успешно, да се уклони одговарајућим

третманом.

Материјал Пожељна количина

(г)

Минимална

количина (г)

Дрвени угаљ 8-12 1

Дрво 10-30 3

Шкољка 500-2500 200

Кост (старија од

5000 год.)

400-1000 250

Кост (млађа од 5000

год.)

200-500 100

Ливено гвожђе 100-150 30

Ковано гвожђе 1000-2500 500

Челик 300-500 150

Тресет 10-25 3

Табела 1: Пожељне количине узорака за уобичајене

археолошке материјале

6.1 Препарација и третман узорака

Након што се узорци сакупе, из њих се морају одстранти

стране материје како би се добио што чистији угљеник погодан

за датовање. Неки материјали (на пример корење) се могу

12

уклонити на самом терену, али се ова фаза првенство одвија у

лабораторији. Материје се уклањају физички или, чешће,

хемијским третманом у коме се најчешће користе раствори НСl

и NаОН уз повишену температуру.

6.2 Слање узорака

Широм света постоји велики број лабораторија које се деле

на конвенцијалне и AMS лабораторије, према томе коју методу

датовања користе. Датовање у ковенционалним

лабораторијама је јефтиније, али дуже траје и потребни су већи

узорци у односу на AMS лабораторије.

Формулари се разликују од лабораторије до лабораторије,

али у свим је потребно навести основне податке о пошаљиоцу,

локалитету и узорку, контекст налаза, третман и очекивану

приближну старост узорка. Након што се формулар попуни,

узорак се завија у фолију, пакује у херметички затворену посуду

и може се слати поштом уз плаћене трошкове.

Неке од водећих лабораторија које врше 14С датовање:

= лабораторије са AMS    = лабораторије које дају информације о 14C датовању

Austria o VERA: Vienna Environmental Research Accelerator  

13

Australia

o Australian National University - Accelerator Mass Spectrometry ANSTO  

Canada

o Geological Survey of Canada (GSC) - Radiocarbon Dating

o IsoTrace - The Canadian Centre for Accelerator Mass Spectrometry  

Denmark

o University of Aarhus - AMS Radiocarbon Dating Laboratory

France

Centre de datation par le RadioCarbone - Université Claude Bernard I, Lyon, FranceGermany

o Deutsches Arch � ologisches Institut - Berlin. Website in German, with English version in preparation.

o Erlangen-Nürnberg University AMS Group ;   same site auf Deutsch

Leibniz Labor for Radiometric Dating and Isotope Research - Christian Albrechts University, Kiel;

Italy

o CEDAD, AMS Radiocarbon Dating Facility , University of Lecce

o ENEA Bologna Research Center , Bologna

Netherlands

o Centre for Isotope Research, Groningen

o Utrecht University AMS Facility

New Zealand

o Rafter Radiocarbon Laboratory (AMS)

o University of Waikato Radiocarbon Dating Laboratory (AMS)

Switzerland

o University of Zurich Dep't of Geography Radiocarbon Laboratory ETH/PSI AMS facility, Zurich Switzerland

United Kingdom

14

o NERC Radiocarbon Laboratory, East Kilbride, Scotland

o Oxford University - Research Lab for Archaeology and Radiocarbon Accelerator Unit

o Queen's University of Belfast - Radiocarbon Laboratory

United States

o Beta Analytic Radiocarbon Dating -Radiometric, AMS, Stable Isotopes and SEM

o Center for Applied Isotope Studies - University of Georgia

o Geochron Laboratories - Cambridge, Massachussets

o University of Arizona - Department of Geosciences, Laboratory of Isotope Geochemistry

Детаљан списак лабораторија може се наћи на сајту www . radiocarbon . org

Основна цена за 14С датовање је око 100€+10€ за формулар ако узорак садржи 5-10

грама угљеника, а ако садрже 0,5-3 грама угљеника цена је 150€+10€. Неке

лабораторије дају попуст ако се шаље 10 и више узорака.

За АМЅ лабораторије цена се креће око 280£+ трошкови формулара, а за 5 и више

узорака је цена око 260£+ трошкови формулара.

7.Ограничења метода

Радиокарбонским методом датовања се могу датовати налази који садрже довољну количину угљеника, у распону од

15

60000 год.п.н.е. до 1950.год., с тим што свака метода има своју границу у годинама – PGC до 40000 година, LSC до 50000 година а AMS до 60000 година. Такође, свака метода има различиту минималну количину узорка потребну за датовање. Статистичка природа стандардне девијације представља највећу несигурност овог метода. Проблем је и статистичка природа саме калибрационе криве као и други проблеми приликом калибрације. Контаминација узорка, ако се не уочи, може да донесе погрешне резултате. Може доћи и до грешака приликом обраде узорака, било да су у питању проблеми са опремом која се мора редовно калибрисати или личне грешке особља.

8. Археолошка интерпретација

16

Сам датум не сме да буде сам себи циљ, већ је потребно јасно дефинисати проблем, односно питање чији ће одговор између осталог пружити тај датум. Осим апсолутне и релативне хронологије налаза, резултатом датовања се налаз може уклопити у ширу слику представљајући везе између различитих локалитета на широком подручју или између археолошких секвенци (нпр.насеља) и окружења (нпр.клима). Радиокарбонском методом се могу проверавати старе и успостављати нове типолошке и стратиграфске слике јер показује хронолошки однос налаза. Посебно је захвално анализирање затворених налаза. Ако се датовање изврши на почетку кампање, може се добро организовати даље ископавање у складу са тим о ком периоду се ради.

Приликом датовања мора се узети у обзир могућност да је извесно време прошло од смрти организма до њеног доспевања у земљу, уз могућност поновне употребе неких предмета , чиме би датована археолошка целина била млађа од самог узорка. Према разлици у времену између настанка узорка и њихове употребе, узроци се могу поделити у неколико група:

- Гранчице , семенке, кожа, кости, спољашњи годови код кратковечног дрвећа(разлика у годинама је мала, до 20 година).

- Ћумур од кратковечног дрвећа, спољашњи годови код старог дрвећа, када се не очекује дуготрајна употреба(20-100 година).

- Ћумур од дуговечног дрвета који је вероватно био поново у употреби (разлика нколико векова).

- Узорци који представљају црну земљу, пепео, наслаге чија природа и порекло органских материја нису сасвим познати.

8.1 Примери коришћења 14С методе

17

- У пећини Chauvet-Pont-D'Arc радиокарбонски датуми представљају најранију уметност на камену у том региону.

- Радиокарбонском методом датован локалитет Pinarbasi близу Чатал Хујука

- Свитци са Мртвог мора су датовани овом методом

- Мегалитски споменици су датовани овом методом. Добијени резултати су оборили теорије да су они одраз култура са истока зато што су старији него њихови "узори".

9.Закључак

Радиокарбонски метод датовања дао је највећи појединачни допринос развоју археологије откако су се геолози и праисторичари ослободили стега хронологије засноване на писаним изворима одбацивши библијску причу о стварању (Грин, К. 2003: 230). Најважнији ступњеви човековог развоја, од лова па све до урбанизације, данас су прилично добро датовани у већем делу света. Овај метод није погодан за већи део палеолита због тога што је у узорку старијем од 40000 година остало мало угљеника 14С па је те честице тешко измерити.

18

19