תיארוך פחמן-14

תיארוך פחמן-14 הוא שיטת תיארוך רדיומטרי לקביעת גיל של חפצים עם חומר אורגני. זהו איזוטופ רדיואקטיבי, סוג של אטום שדועך עם הזמן. את השיטה פיתח הכימאי וילארד פרנק ליבי ב-1949, וזכה עליה בפרס נובל ב-1960.

פחמן-14 נוצר באטמוספירה כאשר קרניים קוסמיות פוגעות בחנקן. הוא נכנס לחמצן ויוצר פחמן דו-חמצני, שנבלע על ידי צמחים בפוטוסינתזה. פוטוסינתזה היא התהליך שבו צמחים עושים מזון מהשמש. בעלי חיים מקבלים את הפחמן דרך אכילה. כשהצמח או החיה מתים, הם מפסיקים להחליף פחמן עם הסביבה, וכמות הפחמן-14 ברקמות פוחתת עקב דעיכה רדיואקטיבית.

זמן מחצית החיים של פחמן-14 הוא כ-5,730 שנים. לכן ככל שהממצא ישן יותר, כך פחות בו פחמן-14. בדרך כלל אפשר למדוד תאריכים מהימנים עד כמה עשרות אלפי שנים. שיטות מיוחדות וכיולים מאפשרים הרחבה עד כ-55,000 שנים בערך.

בטבע יש בעיקר שלושה איזוטופים של פחמן: פחמן-12, פחמן-13 ופחמן-14. רק פחמן-14 רדיואקטיבי, והוא דועך בסופו של דבר לחנקן-14. ריכוז פחמן-14 באטמוספירה קטן מאוד ביחס לאחרים, ובצמחים היחס בין האיזוטופים בדרך כלל משקף את האוויר שבו הם חיו.

בעבר מדדו את יוני הדעיכה שנופלים בזמן המדידה, ושיטות אלה דרשו הרבה חומר. היום משתמשים גם ב'ספקטרומטר מסות מאיץ' (AMS). AMS מנתח ומונה ישירות אטומי פחמן-14, וקונן דגימות קטנות מאוד.

ריכוז הפחמן-14 באטמוספירה לא היה קבוע תמיד. שינויים נובעים משינויים בקרינה הקוסמית, בשדה המגנטי של כדור הארץ, ובהעברות פחמן בין מאגרים בארץ ובים. גם פעילות אנושית השפיעה, למשל שריפת דלקים מאובנים והניסויים הגרעיניים באמצע המאה ה-20. לכן משתמשים בעקומות כיול שמבוססות על שיטות עצמאיות.

טבעות עצים (דנדרוכרונולוגיה) מספקות כיול מדויק עד כ-13,910 שנים. אלמוגים, נטיפות מערות ומשקעים באגמים מאריכים את תחום הכיול. גרסאות מוכרות של עקומות הכיול הן INTCAL04, INTCAL09 ו-INTCAL20. INTCAL20 מרחיב את הכיול עד כ-55,000 שנים.

כדי להימנע משגיאות בוחרים דגימות קצרות חיים, כמו זרעים. שימוש בעץ ממבנה ישן עלול להטעות, כי העץ עשוי להיות משומש שוב. זיהומים לפני השטח גם יכולים לשנות את התוצאה, ולכן מנקים ובוחרים דוגמאות מעומק הדגימה.

פחמן-14 חשוב לתיארוך חומרים אורגניים בטווח של עשרות אלפי שנים. הוא שימש, בין היתר, לאימות הכרונולוגיה המצרית והבהרת סדר אירועים בעת העתיקה.

השיטה הוצגה לראשונה על ידי ליבי ב-1949. בתחילה השתמשו בזמן מחצית החיים של ליבי (5568 שנים), אבל הערכה מדויקת יותר היא 5,730±40 שנים. מעבדות רבות ממשיכות לשמור על מדידות ישנות לצורך עקביות בממצאים ומדידות לאורך זמן.

תיארוך פחמן-14 בודק כמה זמן עבר מאז שצמח או חיה מתו. וילארד ליבי המציא את השיטה ב-1949. הוא קיבל פרס נובל.

קרניים מהחלל פוגעות בחנקן שבאוויר ויוצרות פחמן-14. פחמן-14 הוא איזוטופ, סוג של אטום שמעט שונה. הוא נעלם לאט עם השנים.

צמחים סופגים פחמן-14 מהאוויר בפוטוסינתזה. פוטוסינתזה = איך צמחים עושים אוכל מהשמש. בעלי חיים מקבלים פחמן-14 כשאוכלים את הצמחים. כשצמח או חיה מתים, הם כבר לא מקבלים פחמן חדש. אז פחמן-14 הולך ונעלם, ואפשר למדוד זאת.

חצי מהפחמן-14 נעלם בכל 5,730 שנים. לכן השיטה טובה למדידות עד כמה עשרות אלפי שנים. יש כיולים מיוחדים שמאריכים את המדידה עד כ-55,000 שנים.

בטבע יש פחמן-12, פחמן-13 ופחמן-14. רק פחמן-14 נעלם לאט והופך לחנקן.

יש מכשיר שנקרא AMS, והוא סופר אטומי פחמן-14. המכשיר עובד גם על דגימות קטנות מאוד.

טבעות עצים עוזרות לדעת בדיוק איזו שנה היא. לכן משתמשים בטבעות אלה כדי לכייל את המדידות.

לפעמים משתמשים בעץ ישן מבניין ישן. זה יכול לתת תאריך לא נכון. לכן מעדיפים לבדוק זרעים או חלקים קצרים חיים.

השיטה עוזרת למדוד דברים שנוצרו עד עשרות אלפי שנים אחורה.

ליבי הציע את השיטה ב-1949. מאז פיתחו מדויקים יותר וכיווני כיול נוספים.