Radioaktiivse süsiniku meetod looduslike objektide vanuse määramiseks

Aja mõõtühik on üldiselt aasta – so ajavahemik, mille vältel Maa teeb tiiru ümber päikese. Geoloogilise ajaloo vältel on muutunud nii Maa kui ka Päikese pöörlemis- ja tiirlemiskiirus, mis muudab ajaarvamise keerukamaks.

Aega mõõtvateks “kelladeks” on mitmesugused dateerimismeetodid. Praeguseks on välja töötatud ja katsetatud enam kui paarikümmet erinevat “minevikukella”. Tähtsaim nendest on radioaktiivse süsiniku meetod. Radioaktiivne süsinik (C¹⁴, poolestusaeg 5570 aastat) tekib maa atmosfääri ülemistes kihtides, kus kosmilise kiirguse neutronid “löövad” lämmastiku aatomist välja prootoni ehk vesiniku aatomi tuuma. Selle reageerimisel hapnikuga moodustub süsihappegaas, milles tavalise süsiniku aatomi (massiarv 12) asemel on radioaktiivne süsinik (massiarv 14). See seguneb atmosfääri alumistes kihtides tavalise süsihappegaasiga ja osaleb koos sellega süsinikuringes – taimedes tekib päikeseenergia toimel orgaaniline aine (fotosüntees), mis satub kõigisse taimtoidulistesse ja edasi juba nendest toituvaisse organismidesse. Selgroogsete puhul ladestub süsinik peamiselt luudes, kasvavates puudes aga selle viimase aasta kasvukihis, nn aastarõngas. Sisemistesse kihtidesse seda enam ei sattu.

Organismide surmaga lakkab süsiniku ladestumine ja hakkab tiksuma “radioaktiivne kell”, mis mõõdab radioaktiivse süsiniku vähenemist orgaanilises aines. Lähtudes C¹⁴ poolestusajast on tuletatud nn süsinikuaasta, mis näitab radioaktiivse süsiniku hulka, mille võrra väheneb selle kogus mingis massiühikus süsinikus (näiteks 1 g) aasta jooksul. Seega on süsinikuaasta konstantne suurus, ei suurem ega väiksem. Objekti vanuse määramisel mõõdetakse kiirguse intensiivsust, mis väheneb 80 aasta jooksul umbes 1 protsendi võrra. Vastavalt uuritavas objektis mõõdetud kiirguse intensiivsusele on võimalik määrata teatud vea piires selle vanus aastates.

1947. aastal uue dateerimismeetodi esitanud W. F. Libby avastus krooniti 1960. aastal Nobeli preemiaga. Just sellel ajal hakkas ilmuma publikatsioone, mis seadsid radioaktiivse süsiniku meetodi kahtluse alla. Segaduse põhjustasid edusammud teise absoluutse dateerimismeetodi arengus. Selleks oli aastarõngasdateerimine ehk dendrokronoloogia, mis põhineb puude aastaste kasvukihtide ehk aastarõngaste loendamisel alates puu kasvama hakkamisest kuni tema langetamise aastani. Aastarõngad loetakse ja mõõdetakse uuritavast tüvest saetud kettalt või spetsiaalse õõnespuuriga võetud umbes 0,5 cm jämeduselt südamikult. Kuna aastarõngad on erineva laiusega, on võimalik leida nende kattumisalad varem langetatud puude aastaringidega. Selleks võetakse esmalt proovipalad elavatest pikaealistest puudest ja vanadest ehitusjäänustest, hiljem sobitatakse skaalasse üha kaugemasse minevikku ulatuvaid fossiilseid tüvesid saades nn. “lõputa puu”. Saadud skaala piirkond, mille rõngaste laiused kattuvad uuritava puiduproovi omadega, annabki võimaluse määrata selle vanust.

Dendrokronoloogia täpsus tekitas kiusatuse radiosüsinikmeetodi kontrollimiseks. Selleks eraldati “lõputa puu” aastarõngad ja nende kiirgusintensiivsused mõõdeti ükshaaval (praktikas viie kaupa koos). Selgus, et radioaktiivse süsiniku ladestumine polnud aastate lõikes sugugi ühtlane, vaid erines oluliselt keskmisest tulemusest. Viimasel aastatuhandel oli selle kogus väiksem, kaugemas minevikus aga oluliselt suurem, mistõttu ka süsinikaastates oli objekt tunduvalt noorem, kui seda näitasid aastarõngasdateeringud. Vastuolust ülesaamiseks hakati uuritava objekti kiirgusintensiivsust kalibreerima puu aastarõngaste analüüsil saadud tulemustega. Nii selgitati välja aastate vahemikud, millesse sobis suurema või väiksema tõenäosusega uuritavast proovist mõõdetud kiirgusintensiivsus (nn dendroparandus).

Kuna kalibreeritud aastatel on oma suurim ja väikseim väärtus ning selles vahemikus on iga aasta ette antud tõenäosuste piires võimalik, ei saa objekti vanust esitada mingi kindla Gregoriuse kalendri aastaga, vaid vahemikuga, millesse ta võiks langeda. See aga toob kaasa ohu, et tulemusi kasutaval uurijal tekib kiusatus esitada vastavalt oma suvale kas maksimaalselt vanem või noorem tulemus.