I decennier har utövare av radiokoldatering utnyttjat en signal som kallas "silverkanten" av atomvapentester som utfördes på 1950-talet. När sprängskräp växte upp i luften kom partiklar av radioaktivt kol-14 in i atmosfären. Detta nedfall skapade den så kallade bombpulsen. Koncentrationen av kol-14 i atmosfären ökade under 1950-talet och början av 1960-talet, följt av en gradvis minskning efter att avtalet om begränsade testförbud undertecknades 1963.
Resultatet är en distinkt blip i kol-14-kurvan, som har varit en välsignelse för området radiokoldatering. Men dessa metoder var äventyrade 2021, när koldioxidutsläpp (CO2) från förbränning av fossila bränslen underskred signalen. Följaktligen kan forskare behöva förlita sig på nya eller kompletterande metoder för att datera organiskt material.
Radiokoldatering utnyttjar det faktum att kol förekommer i flera former, varav kol-12 är den vanligaste. Mycket mindre vanlig är den radioaktiva isotopen kol-14. Kol-14 bildas när kosmisk strålning kolliderar med atmosfären. Isotopen sjunker sedan ner till jordens yta, där den inkorporeras i växter och annat organiskt material.
I samma ögonblick som en organism dör börjar en radioaktiv klocka ticka. Kol-14-atomer sönderfaller med tiden, vilket minskar koncentrationen av radioaktivt kol i vävnaden. Genom att mäta mängderna av båda isotoper kan forskare fastställa ett provs dödsdatum. Ju lägre koncentrationen av kol-14 är, desto äldre är provet.
Radiokoldatering kan tillämpas på prover så gamla som 50 000 år. Metoden förlorar dock precision när man sonderar in i det avlägsna förflutna, med resultat som ofta tyder på flera möjliga åldrar eller inkluderar stora osäkerheter. Bombpulsen, å andra sidan, möjliggjorde datering av de senaste proverna inom ett till två år, en otrolig grad av precision.
"Medan radiokoldatering vanligtvis förknippas med arkeologi och föremål från längre tid, var bombpulsen mer relevant för ett brett spektrum av kriminaltekniska scenarier", förklarade Fiona Brock. Hon är en före detta radiokolkemist vid Oxford University och en nuvarande medlem av Cranfield Forensic Institute vid Cranfield University, där hon undervisar och ger råd om radiokoldatering. Forskare har använt bombpulsen för att identifiera offer för Koreakriget, avslöja konstförfalskningar och sniffa upp falska viner och whisky.
Ironiskt nog faller denna oväntade fördel med mänsklig inblandning i miljön offer för en annan typ av inblandning:att bränna fossila bränslen. Fossila bränslen består av organiskt material som är miljontals år gammalt - tillräckligt gammalt för att allt kol-14 har sönderfallit. Således minskar de gaser som frigörs vid förbränning av fossila bränslen koncentrationen av kol-14 i atmosfären. Utbredd användning av fossila bränslen är delvis ansvarig för den snabba nedtrappningen av bombpulsen efter 1963.
År 2021 sjönk den atmosfäriska koncentrationen av kol-14 under prebombvärdena för första gången sedan 1950-talet. Detta innebär att organisk vävnad som bildas idag har samma kol-14-koncentration som ett prov från 1955 – en problematisk effekt för forskare som försöker skilja prover med dessa åldrar.
När vi fortsätter att bränna fossila bränslen kommer problemet att förvärras. Om trettio år kommer nyproducerat organiskt material att ha samma kol-14-koncentration som ett prov från 1050. Detta innebär att radiokoldatering inte kommer att kunna skilja mellan en vikingatunnika och en t-shirt färsk från hyllorna 2050.
Förlusten av bombpulsen påverkar både forskning och kriminaltekniska tillämpningar. Till exempel, "bra förfalskare skulle kunna få ut det mesta av situationen där en modern färg har samma potentiella datum som ett historiskt konstverk, eller åtminstone manipulera situationen för att orsaka tillräckligt med tvivel om huruvida något är äkta eller falskt", säger Brock .
Bombens puls var dömd att tona ut så småningom när kol-14 införlivades i havet eller förföll, men förbränning av fossila bränslen har påskyndat dess undergång. Men förlusten av bombpulsen betyder inte slutet på radiokoldatering. Andra tekniker kan komplettera radiokoldata.
En sådan lösning använder kol-13, en annan stabil isotop av kol. Liksom sitt radioaktiva syskon är kol-13 knappt i fossila bränslen, så dess atmosfäriska koncentration minskar när vi eldar kol, olja eller gas. Genom att mäta kol-13 tillsammans med kol-14 kan forskare avgöra om ett prov är före eller efter den industriella revolutionen. Alternativt kan radioaktivt cesium-137 som frigörs under bombtester identifiera prover som bildats efter 1963.
Peter Köhler, fysiker vid Alfred Wegener-institutet i Tyskland som studerar kolisotoper och klimatkänslighet, tror att radiokoldatering kommer att fortsätta att användas i stor utsträckning.
"Man måste tillämpa sunt förnuft", säger Köhler. "Prover mäts i ett sammanhang, och det borde ge tillräckligt med information om det finns risk för att blanda ihop modernt och antikt."
Caroline Hasler är en vetenskapsskribent för Eos. Hon är utexaminerad från ETH Zürich och studerar för närvarande för sin doktorsexamen. vid University of California i Berkeley.
Denna artikel är återpublicerad från Eos under en Creative Commons-licens. Du kan hitta originalartikel här .
