¿Qué elementos se pueden utilizar en arqueología?
El carbono 14 es un isótopo radiactivo del carbono que se descubrió por primera vez en 1940. Es producido por rayos cósmicos que chocan contra átomos de nitrógeno en el aire y tiene una vida media de aproximadamente 5.730 años. El modo de desintegración es la desintegración beta, en la que los átomos de carbono-14 se convierten en átomos de nitrógeno.
Debido a que su vida media es de 5730 años, y el carbono es uno de los elementos de la materia orgánica, podemos inferir su edad a través del carbono 14 que queda en el organismo muerto. Cuando un organismo necesita respirar, la cantidad de carbono en su cuerpo permanece casi sin cambios. Cuando mueren, dejan de respirar y, en ese momento, el contenido de carbono en sus cuerpos comienza a disminuir. Debido a que la proporción de isótopos de carbono en la naturaleza siempre ha sido estable, se puede estimar la edad aproximada de una antigüedad midiendo su contenido de carbono. Este método se llama datación por carbono.
La edad medida por el método de datación por carbono 14 tiene errores considerables. Por tanto, si el objeto que se mide es más moderno, el error relativo será mayor. Por otro lado, la determinación del carbono 14 también puede verse afectada por factores naturales como las erupciones volcánicas. Por lo tanto, si no existe otro método de datación para verificar, confiar únicamente en los datos de datación por carbono 14 es completamente poco confiable.
Existen tres tipos de isótopos de carbono en la naturaleza, a saber, los isótopos estables 12C, 13C y el isótopo radiactivo 14C. La vida media del 14C es 5730. La aplicación del 14C tiene principalmente dos aspectos: primero, la determinación de la edad de muerte biológica en arqueología, es decir, la datación radiactiva; segundo, el uso de compuestos marcados con 14C como trazadores para la exploración microscópica; movimientos en química y ciencias de la vida.
En primer lugar, el isótopo radiactivo carbono-14 producido por los rayos cósmicos se utiliza para determinar la edad de los materiales carbonosos, lo que se denomina datación por carbono-14. El famoso arqueólogo Sr. Xia Nai elogió el papel del carbono-14 en la datación arqueológica: “Debido a la adopción del método de datación por carbono-14, varias culturas neolíticas en diferentes regiones tienen un marco relacionado con el tiempo, la herramienta de piedra neolítica de China. La arqueología también ha entrado en una nueva era debido a su cronología precisa.
Entonces, ¿cómo determina la datación con carbono 14 la edad de las ruinas antiguas?
¿Los rayos pueden producir? carbono-14 radiactivo en la atmósfera, que puede combinarse con oxígeno para formar dióxido de carbono, que luego ingresa a todos los tejidos vivos y es absorbido primero por las plantas y luego por los animales. Las plantas o los animales continúan absorbiendo carbono-14 mientras estén vivos. 14, y mantiene un cierto nivel en el cuerpo. Cuando un organismo muere, deja de respirar carbono-14, y el carbono-14 en sus tejidos comienza a descomponerse, con una vida media de 5730 años, desapareciendo gradualmente mientras. se determina el contenido radiactivo restante de carbono-14. Se puede inferir la edad de cualquier material que contenga carbono.
La datación por carbono-14 se puede dividir en datación por carbono-14 convencional y datación por espectrometría de masas con acelerador. Cuando Libby inventó el método convencional de datación por carbono 14. Desde la década de 1950, la tecnología y la aplicación de este método han logrado avances significativos a nivel internacional, pero sus limitaciones también son obvias, es decir, se debe utilizar una gran cantidad de muestras. y se debe tomar un tiempo de medición prolongado, como resultado, se ha desarrollado la tecnología de datación por espectrometría de masas con acelerador de carbono-14. En primer lugar, requiere. sólo se pueden medir de 1 a 5 mg de muestra, por ejemplo, un pequeño trozo de tela, astillas de hueso, trazas de polvo de carbono o poros en la superficie de cerámicas antiguas, mientras que el método de datación convencional con carbono 14 requiere de 1 a 5 g de muestras; , que tiene una diferencia de tres órdenes de magnitud. En segundo lugar, es muy sensible y puede medir proporciones de isótopos. La sensibilidad puede alcanzar de 10-15 a 10-16; el método de datación convencional con carbono 14 es de 5 a 7 órdenes de magnitud diferente. En tercer lugar, el tiempo de medición es corto, la medición del carbono moderno solo toma de 10 a 20 minutos y la precisión es 1; el método de datación por carbono convencional toma de 12 a 20 horas. Debido a las ventajas anteriores, el método de datación por espectrometría de masas con acelerador de carbono-14 ha sido favorecido por los arqueólogos, paleoantropólogos y geólogos desde sus inicios. Todos le conceden gran importancia y se ha utilizado ampliamente. -14 El método de datación es el método más preciso para determinar muestras de reliquias culturales en un plazo de 50.000 años.
1. El carbono 14 es un isótopo radiactivo del carbono, descubierto por primera vez en 1940. Es producido por rayos cósmicos que chocan contra átomos de nitrógeno en el aire y tiene una vida media de aproximadamente 5.730 años. El modo de desintegración es la desintegración beta, en la que los átomos de carbono-14 se convierten en átomos de nitrógeno.
2. Porque la vida media del carbono 14 es de 5730 años, y el carbono es uno de los elementos de la materia orgánica cuando está vivo, debido a la necesidad de respirar, el contenido de carbono 14 en el cuerpo. Básicamente permanece sin cambios Después de la muerte, el contenido de carbono 14 permanecerá sin cambios. En este momento, el carbono 14 en el cuerpo comienza a disminuir. Se puede estimar la edad aproximada de una antigüedad midiendo su contenido de carbono14. Este método se llama datación por carbono.
(1) Principio de datación
Hay tres isótopos de carbono en la naturaleza, su proporción en peso es 12: 13: 14, respectivamente carbono-12 (C12). Carbono-18 (c 18); Carbono-14 (C14) indica que su proporción de contenido es 98,9:1,1:10-10. Los dos primeros son isótopos estables, y sólo el carbono 14 es radiactivo, también llamado radiactividad. El carbono C14 se transforma en N14 tras ser irradiado por partículas beta, con una vida media de 5730±40 años. La fórmula de la reacción es: C14→N14 β-1.
La vida media del C14 es de sólo más de 5.000 años, mientras que la Tierra existe desde hace miles de millones de años. Sin embargo, existen ciertos niveles de radiocarbono en la naturaleza. Para que la producción y descomposición del C14 permanezca equilibrada y mantenga un cierto nivel, debe haber una fuente. Esta fuente se encuentra en la atmósfera superior, donde los neutrones cósmicos reaccionan con los núcleos de nitrógeno atmosférico para producir C14. Fue W.F. Libby, el fundador del método C14, quien descubrió este fenómeno natural y lo confirmó mediante experimentos. Inspirado por la investigación sobre los rayos cósmicos y las reacciones nucleares artificiales, creía que las condiciones para producir C14 existían en la naturaleza y podían detectarse. Después de una cuidadosa inspección y cálculo, resolvió el problema técnico de la medición de baja energía y bajo fondo en el experimento y midió el C14 natural. Así se estableció el método de datación para C14.
Inicialmente, los rayos cósmicos del exterior interactúan con la atmósfera para producir neutrones de rayos cósmicos. El carbono-14 se produce por la reacción nuclear entre los neutrones de los rayos cósmicos y los núcleos de nitrógeno en la atmósfera;
0n1 7n14→⒍c14 1h1
Esta reacción se completa a gran altura. Los átomos de carbono recién formados no pueden existir libremente en el ambiente atmosférico durante mucho tiempo y generalmente se combinan con el oxígeno para formar C14O2. Las propiedades químicas del C14O2 son las mismas que las del CO2 que existía originalmente en la atmósfera, por lo que debe mezclarse con el CO2 original para participar en el ciclo de intercambio de carbono en la naturaleza.
Las plantas combinan CO2 en los tejidos vegetales a través de la fotosíntesis, y los animales se alimentan de las plantas, haciendo que el mundo biológico se mezcle con C14. Los animales excretan y mueren, las plantas se descomponen y depositan, lo que permite que el C14 entre al suelo y la atmósfera entra en contacto con la vasta superficie del mar, y el CO2 se intercambia con los carbonatos y el CO2 disuelto en el agua de mar, por lo que el agua de mar, la vida marina y los sedimentos del fondo marino contienen C65438. Por tanto, todos los materiales carbonosos que se intercambian directa o indirectamente con el CO2 atmosférico contienen C14.
Este fenómeno natural de producción de C14 existe desde hace mucho tiempo. Al mismo tiempo, el C14 se desintegra según una vida media de 5730 años, y el nivel de C14 en este tipo de carbono debe alcanzar un valor de equilibrio. Debido a que el ciclo de intercambio de carbono en la naturaleza es bastante rápido, las diversas sustancias que se intercambian con la atmósfera son básicamente las mismas en el famoso nivel C14.
El uso de este fenómeno natural del C14 todavía se puede utilizar en todas partes hoy en día. Por ejemplo, el C14 descompuesto de los organismos terrestres y marinos a menudo puede reponerse debido a frecuentes intercambios con la atmósfera a lo largo de sus vidas, pero una vez que cesa el intercambio (como en la muerte y la sedimentación), su C14 no se repone y el nivel de El C14 disminuirá debido a la desintegración. Disminuye a la mitad de su nivel original cada 5.730 años. Por lo tanto, al comparar los niveles de radiactividad existentes del C14 con sus niveles de radiactividad originales, podemos calcular la edad a la que murió o dejó de intercambiarse. Por supuesto, los niveles de radiactividad de plantas y animales que se encontraban en estado de intercambio hace miles o decenas de miles de años son inconmensurables, pero si asumimos que este fenómeno natural que produce C14 no ha cambiado durante decenas de miles de años, puede poner al mundo entero en equilibrio de intercambio. Los niveles de radiactividad de los animales y plantas estatales se utilizan como niveles de radiactividad originales de las muestras.
La ley de desintegración radiactiva se puede expresar mediante fórmulas matemáticas. La fórmula de cálculo de la edad de la muestra es la siguiente:
A=τln No/NA
Respuesta: Edad de la muestra
τ: Vida útil promedio del C14
NA: Radiactividad existente de la muestra.
No: la radiactividad original de la muestra
La vida útil promedio del C14 es una constante y la edad de la muestra se puede calcular midiendo experimentalmente el No y el NA.
Este es el principio de la datación C14, porque este método se basa en cambios en los núcleos atómicos. Este cambio no se ve afectado por las condiciones físicas y químicas del entorno circundante. La vida media del C14 (5730) es adecuada para muestras que datan de varios miles a decenas de miles de años. Además, algunos materiales carbonosos, como madera, hierba, huesos, conchas y otros restos de animales y plantas, también son omnipresentes en las ruinas antiguas. Por lo tanto, desde que se estableció el método C14 en 1950, se ha convertido en un poderoso método de datación y ha sido ampliamente utilizado en arqueología prehistórica y geología del Cuaternario tardío.
(2) Tecnología de medición
El método de datación del C14 es técnicamente diferente de la medición general de isótopos radiactivos, que se caracteriza por una radiactividad débil y baja energía. El contenido de C14 en el carbono natural es de sólo 1,2×10-10, y la radiactividad por gramo de carbono es de sólo unos pocos picocurios, es decir, unos 10 por minuto. La radiactividad también cae rápidamente, de modo que la tasa de recuento de especímenes de más de 20.000 años cae a menos de uno por minuto. En respuesta a esta situación, se debe diseñar especialmente un detector altamente eficiente de rayos beta de baja energía y fondo bajo. El carbono de la muestra se integra en una parte del detector y se mide en una sala especial protegida. Por ejemplo, el carbono de la muestra se convertirá completamente en gas de recuento en el tubo de recuento mediante el método del gas, y el disolvente del fluido de centelleo se convertirá completamente mediante el método del líquido. Estos requisitos básicos determinan que la medición de C14 debe contar con un laboratorio completo, que incluya sistemas de procesamiento químico y preparación de muestras, equipos de protección completos, detectores dedicados y sistemas de medición electrónicos estables que puedan funcionar durante mucho tiempo. Solo después de una operación cuidadosa, los datos pueden ser. preciso y confiable.