בזכות דלקים מאובנים, הכרויות פחמן בסכנה. מדען אחד עשוי לתקן קל

לפני שבעים שנה המציא הכימאי האמריקני ווילארד ליבי שיטה גאונית לתארוך חומרים אורגניים. הטכניקה שלו, המכונה תיארוך פחמן, חוללה מהפכה בתחום הארכיאולוגיה.

תוכן קשור

• שינויים באקלים

כעת החוקרים יכלו לחשב במדויק את הגיל של כל חפץ העשוי מחומרים אורגניים על ידי התבוננות בכמות שנותרה צורה מסוימת של פחמן ואז לחשב לאחור כדי לקבוע מתי נפטר הצמח או החיה שמקורם החומר. טכניקה זו, שזכתה בליבי בפרס נובל בשנת 1960, אפשרה לחוקרים לתארך קעקועים על מומיות עתיקות, לקבוע כי ספרייה בריטית החזיקה את אחד הקורנים הוותיקים בעולם, וכדי להבין כי השנהב הנסחר ביותר מגיע מפילים שנהרגו בשלושת האחרונים שנים.

כיום כמות האנשים הפחמן הדו-חמצני הנשאב לאטמוספירה של כדור הארץ מאיימת להטות את הדיוק של טכניקה זו עבור ארכיאולוגים עתידיים המתבוננים בזמננו. הסיבה לכך היא שדלקים מאובנים יכולים לשנות את עידן הרדיו של חומרים אורגניים חדשים בימינו, ולהקשות עליהם להבדיל מהעתיקים. למרבה המזל, מחקרים שפורסמו אתמול בכתב העת Environmental Research Letters מציעים דרך להציל את עבודתה של ליבי ולהחיות מחדש את טכניקת התיארוך המכריעה הזו: פשוט הסתכל באיזוטופ אחר של פחמן.

איזוטופ הוא צורה של יסוד עם מספר מסוים של נויטרונים, שהם החלקיקים התת אטומיים שנמצאים בגרעין האטום שאין לו מטען. בעוד שמספר הפרוטונים והאלקטרונים באטום קובעים באיזה יסוד מדובר, מספר הנויטרונים יכול להשתנות באופן נרחב בין אטומים שונים של אותו יסוד. כמעט 99 אחוז מכל הפחמן בכדור הארץ הוא פחמן -12, כלומר לכל אטום יש 12 נויטרונים בגרעין שלו. החולצה שאתה לובש, הפחמן הדו חמצני שאתה שואף והחיות והצמחים שאתה אוכל, כל אלה עשויים בעיקר מפחמן -12.

הפחמן -12 הוא איזוטופ יציב, כלומר הכמות שלו בכל חומר נותרת זהה שנה אחר שנה, מאה אחרי המאה. טכניקת ההיכרויות הרדיוק-פחמניות של ליבי פורצת הדרך של ליבי נראתה במקום זאת באיזוטופ פחמן נדיר בהרבה: פחמן -14. בניגוד לפחמן -12, איזוטופ זה של פחמן אינו יציב, והאטומים שלו מתפרקים לאיזוטופ של חנקן לאורך אלפי שנים. פחמן -14 חדש מיוצר בקצב קבוע באטמוספירה העליונה של כדור הארץ, לעומת זאת כאשר קרני השמש פוגעות באטומי חנקן.

תיארוך רדיו-פחמן מנצל ניגוד זה בין איזוטופ פחמן יציב ובלתי יציב. במהלך חייו, צמח לוקח כל הזמן פחמן מהאטמוספרה באמצעות פוטוסינתזה. בעלי חיים, בתורם, צורכים פחמן זה כאשר הם אוכלים צמחים, והפחמן מתפשט דרך מחזור המזון. פחמן זה כולל יחס קבוע של פחמן -12 ופחמן -14.

כאשר צמחים ובעלי חיים אלה מתים, הם מפסיקים ליטול פחמן. מאותה נקודה קדימה, כמות הפחמן -14 בחומרים שנשארו מהצמח או מהחיה תקטן לאורך זמן, בעוד שכמות הפחמן -12 תישאר ללא שינוי. עד לתאריך רדיואקטיבי של חומר אורגני, מדען יכול למדוד את היחס בין פחמן -14 שנותר לפחמן -12 ללא שינוי כדי לראות כמה זמן עבר מאז שמקור החומר נפטר. הטכנולוגיה המתקדמת אפשרה לתארוך של פחמימנים להיות מדויקים תוך מספר עשורים במקרים רבים.

תיארוך פחמן הוא דרך מבריקה עבור ארכיאולוגים לנצל את הדרכים הטבעיות שהאטומים מתפרקים. למרבה הצער, בני האדם נמצאים על סף לבלגן.

התהליך האיטי והיציב של יצירת פחמן -14 באטמוספרה העליונה התגמד במאות השנים האחרונות על ידי בני אדם שהפיצו פחמן מדלקים מאובנים לאוויר. מכיוון שדלקים מאובנים הם בני מיליוני שנים, הם כבר אינם מכילים כמות ניתנת למדידה של פחמן -14. לפיכך, כאשר מיליוני טונות של פחמן -12 נדחפים לאטמוספירה, היחס היציב של שני איזוטופים אלה מופרע. במחקר שפורסם בשנה שעברה, הפיזיקאי של האימפריאל קולג 'בלונדון, הת'ר גראבן, ציין כיצד פליטות הפחמן הנוספות הללו יטפלו בתאריכים פחמימניים.

עד שנת 2050 נראה כי לדגימות חדשות של חומר אורגני יש תאריך רדיואן זהה לדגימות מלפני 1, 000 שנה, אומר פיטר קהלר, המחבר הראשי במחקר החדש ופיזיקאי במכון אלפרד ווגנר לחקר קוטב וים. המשך פליטת הפחמן הדו-חמצני משריפת דלקים מאובנים יסטה את היחס עוד יותר. "בעוד מספר עשורים לא נוכל להבחין אם עידן רדיואן כלשהו שנצא או פחמן עשוי להיות מהעבר או מהעתיד, " אומר קהלר.

בהשראת המחקר של גראבן, הפנה קהלר את תשומת ליבו לאיזוטופ האחר של יציב הפחמן הטבעי: פחמן -13. למרות שפחמן -13 מהווה מעט יותר מאחוז מהאטמוספירה של כדור הארץ, צמחים תופסים את האטומים הגדולים והכבדים יותר בקצב נמוך בהרבה מהפחמן -12 במהלך הפוטוסינתזה. כך פחמן -13 נמצא ברמות נמוכות מאוד בדלקים המאובנים המופקים מצמחים ובעלי החיים שאוכלים אותם. במילים אחרות, שריפת הדלקים המאובנים הללו מגמדת גם את הרמות האטמוספריות של פחמן -13.

על ידי מדידת האם רמות פחמן -13 אלה מוטות על עצם שמתוארך ברדיו-פחמן, מדענים עתידיים יוכלו אז לדעת אם רמות האובייקט של פחמן -14 נותרו מפליטות דלק מאובנים. רמה נמוכה מהצפוי של פחמן 13 באובייקט תשמש דגל אדום שלא ניתן לסמוך עליו על תאריך הפחמן שלו. לאחר מכן החוקרים יכלו להתעלם מהתאריך ולנסות שיטות אחרות לתארוך האובייקט.

"אתה רואה בבירור שאם יש לך השפעה על הפחמן -14 אשר יעניק לך חתימת גיל בעייתית למדי, יש לך גם חתימה זו בפחמן -13, " אמר קהלר. "לכן, אתה יכול להשתמש בפחמן -13 כדי להבחין אם הפחמן הפגמי מושפע ולכן הוא שגוי או אם לא."

קהלר מודה כי הטכניקה שלו לא תעבוד עבור חומרים שהוחזרו מאזורי אוקיינוס ​​עמוקים שבהם איטי להחליף פחמן עם שאר האווירה, אך הוא מאמין שזה יעזור לארכיאולוגים עתידיים לסדר את שאריות העידן המזהם שלנו.

הפליוקלימטולוגיה של אוניברסיטת קווין, פולה ריימר, מציינת שלעתים קרובות לא יהיה צורך במדידת פחמן 13, מכיוון שארכיאולוגים יכולים בדרך כלל להשתמש בשכבת המשקע בה נמצא אובייקט לבדיקה כפולה של גילו. אולם לגבי עצמים שנמצאים באזורים שבהם שכבות כדור הארץ אינן ברורות או שאי אפשר לתארך כראוי, טכניקה זו יכולה לשמש בדיקה נוספת. עבודתו של קהלר "מספקת ביטחון מסוים ש [תיארוך רדיואקטיבי] יישאר מועיל לדגימות בודדות בעתיד", אומר ריימר.

הערת העורך: מאמר זה עודכן כך שיכלול את השתייכותו של פיטר קהלר.