Datation au radiocarbone. Méthode de datation au radiocarbone

Les chercheurs ont mesuré la teneur en carbone 14 des arbres poussant dans le sud de la Jordanie, déterminé leur âge et comparé les dates obtenues avec l'échelle de la méthode standard. En conséquence, ils ont constaté des écarts d’une moyenne de 19 ans. Une inexactitude relativement mineure peut néanmoins avoir un impact significatif sur les premières recherches archéologiques bibliques et les reconstructions paléoécologiques. Les résultats sont présentés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

La datation au radiocarbone est l’une des principales méthodes de datation des plantes et des objets archéologiques contenant de la matière organique. Les scientifiques l'utilisent depuis longtemps, c'est pourquoi des échelles standard ont été développées pour les hémisphères nord et sud, appelées courbes d'étalonnage. Ils représentent la dépendance des âges calendaires et radiocarbone. Ces courbes sont assez proches d'une ligne droite, mais reflètent les variations des rapports isotopiques à différents moments.

"Nous avons commencé à tester les hypothèses sur lesquelles repose tout le domaine de la datation au radiocarbone", déclare l'auteur principal Stuart Manning de l'Université Cornell aux États-Unis. « Nous savons, grâce aux mesures atmosphériques effectuées au cours des 50 dernières années, que les isotopes du carbone varient tout au long de l’année, et nous comprenons également que les plantes poussent souvent activement à différents moments dans différentes parties de l’hémisphère Nord. "Nous voulions savoir dans quelle mesure [la précision de la datation au radiocarbone] varie en fonction de la zone [géographique] étudiée et si cela pourrait affecter la datation archéologique."

Le matériel d'étude était constitué d'arbres poussant dans le sud de la Jordanie, dont l'âge est connu des scientifiques. Les auteurs ont mesuré l’âge de leurs cernes d’arbres à l’aide de la datation au radiocarbone et ont constaté un décalage de 19 ans par rapport à la courbe d’étalonnage standard de l’hémisphère Nord. En conséquence, disent les chercheurs, de nombreux travaux sur l’histoire de la région, qui comprend également l’Israël d’aujourd’hui, pourraient être fondés sur des hypothèses incorrectes. Par exemple, il est logique de revérifier la datation des premiers événements bibliques, puisque les courbes d’étalonnage utilisées dans de nombreuses études ne sont tout simplement pas adaptées à ce domaine.

Les auteurs ont appliqué les résultats à plusieurs tableaux chronologiques publiés précédemment et ont constaté que même un léger changement de datation peut entraîner un changement dans les dates du calendrier, qui doit être pris en compte lors de la résolution de questions controversées sur l'histoire, l'archéologie et le climat du passé. « Notre travail devrait être le début d’un réexamen et d’une refonte de la chronologie de l’archéologie et des débuts de l’histoire du sud du Levant au début de la période biblique », conclut Manning.

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Le sujet des méthodes de datation est l’un des plus importants en paléoanthropologie, car La compréhension des moments clés de l’anthropogenèse dépend d’une datation précise, et donc de la bonne position relative des découvertes fossiles sur l’axe du temps.

Dans l'interview d'aujourd'hui, nous parlerons de la méthode de datation absolue la plus connue : l'analyse au radiocarbone.

Bulat Faridovich Khasanov, chercheur à l'Institut d'écologie et d'évolution du nom. A.N. Severtsov RAS.

Quand la datation au radiocarbone a-t-elle été utilisée pour la première fois ?

Les premières datations au radiocarbone ont été obtenues Willard Libby(Willard Libby) en 1949 à l'Université de Chicago. Il convient de souligner que cela est devenu possible grâce aux efforts de plusieurs années d'une équipe assez nombreuse travaillant sous la direction de W. Libby dans divers domaines scientifiques. Ainsi, la possibilité de convertir l’azote atmosphérique bombardé par des neutrons en isotope du carbone 14 C a été théoriquement prédite au milieu des années 30 du 20e siècle. Dans des conditions de laboratoire, une telle réaction a été réalisée en 1940, à peu près au même moment où les neutrons produits sous l'influence du rayonnement cosmique étaient enregistrés dans les couches supérieures de l'atmosphère. Ainsi, l'un des principes de base de la datation au radiocarbone - le 14 C se forme dans les couches supérieures de l'atmosphère sous l'influence des rayons cosmiques - a déjà été formulé au début des années quarante du 20e siècle. Les travaux ultérieurs dans cette direction ont été interrompus par la Seconde Guerre mondiale, au cours de laquelle W. Libby a participé au projet Manhattan. Après la guerre, la demi-vie du radiocarbone a été mesurée et des méthodes ont été développées pour déterminer son activité dans les tissus végétaux et animaux. Le fait est que le rapport entre le 14 C et les autres isotopes du carbone dans l’atmosphère n’est que d’un atome sur 10 12. En conséquence, l’activité due au radiocarbone est également très faible. Donc Prix Nobel de chimie, décerné à W. Libby en 1960, est devenu un signe de reconnaissance de ses réalisations dans la résolution d'un très large éventail de problèmes théoriques et techniques associés à la méthode de datation au radiocarbone.

Cette méthode a-t-elle été grandement améliorée depuis sa mise en pratique ?

Les améliorations apportées à la méthode ont touché principalement deux de ses composantes. Premièrement, l’âge des premiers échantillons a été calculé sur la base de l’hypothèse d’une concentration constante de 14 C dans l’atmosphère. W. Libby lui-même était bien conscient, disons, de l'instabilité de cette hypothèse. Les objets de la première datation au radiocarbone, entre autres, étaient des artefacts égyptiens anciens, dont l'âge était déterminé par des méthodes archéologiques. Les matériaux remontant à l'Ancien Empire étaient systématiquement plus jeunes que prévu. Pour les échantillons plus jeunes, un tel écart n’a pas été observé. Cela a incité la communauté scientifique mondiale à entreprendre des études à grande échelle sur les changements dans les concentrations de 14 C dans l’atmosphère. À cette fin, de nombreuses mesures de haute précision de la teneur en radiocarbone du bois ont été réalisées, dont l'âge était préalablement déterminé par la méthode dendrochronologique. Des arbres adaptés à de telles recherches ont été trouvés dans plusieurs régions du globe. Dans le sud-ouest des États-Unis, ce rôle a été joué par les célèbres pins bristlecone, les arbres les plus anciens de notre planète. En Europe occidentale et centrale, le bois de chênes enfouis dans les sédiments des rivières et des marécages a été étudié. Ce travail a commencé dans les années 60 du 20e siècle et s'est poursuivi pendant près de 30 ans. Ses résultats ont permis de reconstruire la dynamique de la teneur en radiocarbone de l'atmosphère au cours des 12 000 dernières années et ont également montré que ces changements sur le globe se produisaient de manière synchrone. Désormais, les données sur la teneur en 14 C de l'atmosphère peuvent être utilisées pour corriger les âges du radiocarbone à l'aide de programmes informatiques disponibles gratuitement sur Internet. De plus, une telle correction est nécessaire pour comparer les résultats de la datation au radiocarbone avec les dates obtenues par d'autres méthodes. Pour les échantillons plus anciens, des données similaires sont utilisées, obtenues à partir de mesures de la teneur en 14 C dans des coraux dont l'âge a été déterminé par la méthode thorium-uranium.

De plus, des progrès significatifs ont été réalisés dans la mesure de la teneur en radiocarbone des échantillons analysés. Comme indiqué ci-dessus, la radioactivité, même des plantes et des animaux modernes, due au 14 C, est très faible. Le radiocarbone se forme dans l’atmosphère à raison de seulement 7,5 kg par an. Seule une petite partie est incluse dans les molécules des organismes vivants. À partir du moment où l'animal ou la plante meurt, la concentration de 14 C commence à diminuer selon une loi exponentielle : tous les 5 730 ans, elle devient deux fois moins élevée. Ainsi, mesurer l’activité radiocarbone de matériaux dont l’âge reste à déterminer constitue un défi technique complexe. W. Libby lui-même a utilisé un compteur Geiger modifié, et plus tard des compteurs à scintillation et proportionnels ont été développés respectivement pour les liquides et les gaz. Tous ces instruments nécessitent des échantillons de taille assez importante., ce qui réduit naturellement la gamme de matériaux disponibles pour la datation.

Il existe cependant une classe d’instruments fondamentalement différente qui mesure directement la quantité d’un isotope donné dans un échantillon et dans un échantillon de taille nettement plus petite. De tels appareils sont appelés spectromètres de masse. En eux, les atomes de l'échantillon analysé sont transformés en ions dont la trajectoire dans un champ magnétique dépend du rapport entre leur masse et leur charge. Malheureusement, il est impossible de mesurer directement la quantité de 14 C à l'aide d'un spectromètre de masse, car l'ionisation d'un échantillon produit des fragments de molécules (12 CH 2, 13 CH) de même masse, et leur nombre est des dizaines de milliers de fois plus grand. que la teneur en radiocarbone. Afin de se débarrasser de ces isobares indésirables, un faisceau d'ions est accéléré dans un accélérateur et dirigé vers une cible spéciale, sur laquelle des fragments de molécules se désagrègent. L'idée de connecter un spectromètre de masse à un accélérateur a été exprimée dans les années 70 du 20e siècle, mais sa mise en œuvre était associée à de grandes difficultés techniques, surmontées relativement récemment. Actuellement, plusieurs dizaines de spectromètres de masse à accélérateur utilisés pour la datation au radiocarbone ont été construits dans le monde.

Quelles sont les dates les plus connues obtenues par datation au radiocarbone ?

Probablement le plus célèbre Linceul de Turin. Il est bien connu que la datation a été réalisée à l’aide de spectromètres de masse à accélérateur dans trois laboratoires célèbres (à Oxford, Zurich et Tucson), qui ont obtenu des résultats similaires : avec une probabilité de 95 %, le matériau du carénage a été fabriqué entre 1260 et 1390. Ce que l'on sait beaucoup moins, c'est qu'à côté des échantillons de linceul, trois autres échantillons de tissus ont été analysés en laboratoire (le manteau de Louis IX, confectionné entre 1240 et 1270 après J.-C., un linceul provenant d'une sépulture égyptienne, tissé vers 1100 après J.-C., et tissu qui enveloppait une momie égyptienne, datant d'environ 200 après JC). Dans les trois cas, la datation obtenue en laboratoire coïncidait avec les données originales.

Parmi les artefacts les plus célèbres dont l’âge a été déterminé par datation au radiocarbone figurent les manuscrits de Qumran et plusieurs premiers manuscrits du Coran. Dans tous ces cas, la datation a confirmé l'authenticité des documents.

A acquis une grande renommée Homme des glaces tyrolien ou Ötzi(?tzi), une momie découverte dans un glacier du nord de l'Italie en 1991. La parfaite conservation de la momie a permis de nombreuses recherches sur des questions anthropologiques et historiques. La datation au radiocarbone a montré qu'Ötzi vivait entre 3300 et 3000 avant JC. e. A noter que dans le pergélisol de Sibérie et d'Alaska plusieurs momies presque complètes de mammouths, de bisons, de chevaux et même d'un spermophile ont été trouvées. Toutes ces découvertes sont immédiatement devenues des objets d'études approfondies de la part de zoologistes, de botanistes, de généticiens et, bien sûr, de spécialistes dans le domaine de la datation au radiocarbone.

Il est important de donner un exemple d'un autre genre, lorsque le sujet de la datation n'est pas un artefact individuel ou une découverte unique, mais un événement à grande échelle. Il s'agissait de l'éruption d'un volcan sur l'île de Terra ou Santorin. Il est possible que des échos de cette éruption se soient retrouvés dans la Bible sous le couvert des plaies égyptiennes. Traditionnellement, cet événement remonte à 1500 avant JC. e. Cependant, l'analyse de nombreuses (plus de 150) datations au radiocarbone de divers matériaux provenant de la Méditerranée orientale associées aux traces de l'éruption et du tsunami provoqué par celle-ci, dont un rameau d'olivier enfoui directement dans les cendres, repousse la date de plus d'une centaine. il y a quelques années, à la fin du 17ème siècle avant JC. e.

Quelles sont les principales limites de la datation au radiocarbone ? Quelles difficultés sont liées à son utilisation et quels sont les moyens de les surmonter ?

Les principales limites de la méthode sont dues à l’origine des matériaux à dater et à la plage temporelle dans laquelle elle opère. Toute méthode radiométrique de détermination de l’âge fonctionne comme une horloge. Imaginez que vous remontez une montre mécanique, à partir de ce moment jusqu'à la fin du remontage, elle affichera l'heure correcte. Dans le cas de la datation au radiocarbone, nous avons besoin d’un matériau qui échange du carbone avec l’environnement pendant un certain temps. Il faut qu'après un certain point cet échange cesse, alors la décroissance naturelle du 14 C sera une mesure du temps qui s'est écoulé depuis la cessation de l'échange. Tous les organismes vivants sont parfaitement adaptés à ces conditions : jusqu'au moment de la mort, la concentration de radiocarbone en eux correspond à la concentration de cet isotope dans l'atmosphère. Ensuite, l'échange s'arrête et l'horloge commence à fonctionner. Ainsi, la datation au radiocarbone détermine l'heure de la mort d'un organisme, et c'est aussi l'une des limites de la méthode - imaginez un artefact fabriqué à partir de quelque chose d'origine végétale (par exemple, un tissu ou du bois) ou animale (par exemple, un os) et transmis de génération en génération. La datation au radiocarbone indiquera l'heure de la mort d'une plante ou d'un animal, et non l'heure de la construction du monument dans lequel cet artefact a été trouvé !

Cette particularité de la méthode est bien comprise des experts en art, pour qui la datation d'une planche ou d'une toile ne sert pas de confirmation définitive de l'authenticité d'une icône ou d'un tableau.

Hormis les objets du monde organique, seuls quelques matériaux plutôt exotiques peuvent être utilisés pour la datation au radiocarbone. Par exemple, la chaux vive (CaO) était largement utilisée dans la construction de maisons et de forteresses. En se combinant avec l'eau et le dioxyde de carbone atmosphérique, il se transforme en carbonate de calcium, maintenant fermement les pierres ensemble. Dans ce cas, l'échange avec le dioxyde de carbone atmosphérique s'arrête après le durcissement du mortier, ce qui permet de déterminer le moment de construction d'un ouvrage donné. Quant à l'intervalle de temps, le « remontage » d'une horloge radiométrique se termine après 13 demi-vies d'un isotope donné, ce qui dans le cas de la méthode au radiocarbone est Il convient de noter que quelle que soit la manière dont la teneur en 14 C est mesurée, pour les échantillons âgés de moins de 300 ans, l'incertitude de mesure sera assez grande, c'est pourquoi dans de tels cas, cette méthode n'est généralement pas utilisée. L'exception concerne les échantillons datant de la seconde moitié du 20e siècle. À la suite d’essais nucléaires au sol, la teneur en 14 C de l’atmosphère a presque doublé. Cela vous permet de distinguer, par exemple, un vin ou un whisky de 1963 de ses homologues plus jeunes.

Quant aux difficultés de la méthode au stade actuel de son développement, l'une des principales est liée à datation des restes d'organismes marins. Le fait est que l’océan est un immense réservoir de dioxyde de carbone qui échange assez lentement avec l’atmosphère. Pour cette raison, l’eau de mer contient à la fois du dioxyde de carbone moderne et du gaz présent il y a des milliers d’années. Par conséquent, tous les organismes vivant dans l’océan ont, pour ainsi dire, un âge imaginaire. La modélisation des processus d'échange gazeux entre l'océan et l'atmosphère prévoit que cet âge imaginaire devrait être de 400 ans. Cependant, la variété des conditions locales (répartition des profondeurs, configuration des courants, etc.) entraîne parfois des modifications significatives de cette valeur. Par exemple, les organismes vivant dans la mer de Béring ont environ 700 ans de plus que leur âge réel. Cette question fait actuellement l'objet de recherches actives et on peut supposer que dans quelques années, nous serons en mesure d'introduire les modifications appropriées.

À suivre...

Impact des émissions de carbone fossile

Voir aussi

Littérature

Gerasimov I.P. Etudes du radiocarbone du Laboratoire radiométrique de l'Institut de géographie de l'Académie des sciences de l'URSS : Communication. 1-5 : // Bulletin de la Commission pour l'étude de la période quaternaire. Message 1 : 1975. N° 44. P. 154-159 ; Message 2 : 1976. N° 46. P. 185-189 ; Message 3 : 1979. N° 49. P. 179-187 ; Message 4 : 1980. N° 50. P. 206-213 ; Message 5 : 1983. N° 52. pp. 205-211.
Wagner G.A. Méthodes de datation scientifique en géologie, archéologie et histoire : Manuel. - M. : Tekhnosphère, 2006. - 534 p. - ISBN5-94836-037-7.
Koronovsky N.V. Géologie générale : Manuel. - 2e éd. - M. : Maison d'édition "KDU", 2010. - P. 122-124. - 526 s. - ISBN978-5-98227-682-7.
* L. Currie"L'histoire métrologique remarquable de la datation au radiocarbone II". J. Rés. Natl. Inst. Rester. Technologie. 109 (2004) 185-217.

Remarques

Godwin, H. (1962). "Demi-vie du radiocarbone." Nature. 195 (4845) : 984. Bibcode :

YouTube encyclopédique

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Sous-titres

Dans cette vidéo, je voudrais tout d'abord me concentrer sur la façon dont le carbone 14 apparaît et comment il pénètre dans tous les êtres vivants. D'une manière ou d'une autre, il peut attirer un électron. Je n'entrerai pas dans les détails maintenant.

Fondations physiques

En 2015, des scientifiques de l’Imperial College de Londres ont calculé que l’utilisation continue d’hydrocarbures annulerait la datation au radiocarbone.

Méthode de datation au radiocarbone chez les archéologues
Plusieurs méthodes sont utilisées pour dater les objets trouvés, mais, malheureusement, chacune d'elles n'est pas exempte de défauts, notamment lorsqu'elle est appliquée à la recherche de traces de cultures anciennes.

Méthode au radiocarbone :

- Formation de radiocarbone 14C
- Désintégration du 14C
- La condition d'équilibre pour les organismes vivants et de déséquilibre pour les organismes morts, dans laquelle le radiocarbone se désintègre sans reconstitution de l'extérieur

méthode de datation au radiocarbone

Actuellement, la méthode la plus connue et la plus utilisée est la méthode au radiocarbone, qui fonctionne avec l'isotope radioactif du carbone C14. Cette méthode a été développée en 1947 par le physicien-chimiste américain et prix Nobel W.F. Libby. L'essence de la méthode est que l'isotope radioactif du carbone C14 se forme dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement cosmique. Avec le carbone ordinaire C12, on le trouve dans les tissus organiques de tous les êtres vivants. Lorsqu'un organisme meurt, l'échange de son carbone avec l'atmosphère s'arrête, la quantité de C14 diminue lors de la décomposition et n'est pas restituée. La détermination du rapport C14/C12 dans des échantillons à un taux de décomposition connu et constant du C14 (5568 ± 30 ans) permet de déterminer l'âge de l'objet, ou plus précisément la période écoulée depuis sa mort.

laboratoire d'analyse du radiocarbone

Il semblerait que tout soit clair et simple, mais avec cette méthode de datation des échantillons, de nombreuses dates s'avèrent erronées en raison de la contamination des objets ou du manque de fiabilité de leur lien avec d'autres découvertes archéologiques. Par conséquent, de nombreuses années de pratique dans l’utilisation des mesures au radiocarbone ont semé le doute sur leur précision. L'archéologue américain W. Bray et l'historien anglais D. Trump écrivent : « Premièrement, les dates obtenues ne sont jamais exactes, seulement dans deux cas sur trois la date correcte se situe dans cet intervalle ; Deuxièmement, le taux de désintégration du C14 est basé sur une demi-vie de 5 568 ± 30 ans, et il est désormais clair que cette valeur de demi-vie est trop faible. Il a été décidé de ne pas modifier cette valeur jusqu'à ce qu'une nouvelle norme internationale soit adoptée ; et troisièmement, la thèse sur l’invariabilité du taux de demi-vie du C14 se heurte également à des objections. En comparant les résultats de cette méthode (à partir des mêmes échantillons) avec les résultats de l'analyse dendrochronologique (c'est-à-dire à partir des cernes des arbres), les chercheurs déjà mentionnés concluent que la datation au radiocarbone n'est fiable que pour les 2000 dernières années.

Photo du Linceul de Turin, l'objet le plus célèbre pour la recherche utilisant la datation au radiocarbone

Le scientifique russe F. Zavelsky affirme que la méthode de datation au radiocarbone dépend de la validité des hypothèses acceptées a priori en science :

- l'hypothèse selon laquelle l'intensité du rayonnement cosmique tombant sur Terre depuis des dizaines de milliers d'années n'a pas changé ;
- le radiocarbone présent dans l'atmosphère terrestre était irradié par des neutrons et toujours « dilué » avec du carbone stable de la même manière ;
- l'activité spécifique du carbone dans l'atmosphère ne dépend pas de la longitude et de la latitude de la zone ni de sa hauteur au-dessus du niveau de la mer ;
- la teneur en radiocarbone des organismes vivants était la même que celle de l'atmosphère tout au long de l'histoire observable. Si l'une des hypothèses acceptées s'avère incorrecte (ou plusieurs à la fois), alors les résultats de la méthode au radiocarbone peuvent généralement devenir illusoires.
Le chercheur A. Sklyarov écrit sur l'utilisation de l'analyse du radiocarbone comme suit : Le «désir discret» des laboratoires de recherche sur le radiocarbone d'obtenir à l'avance des historiens et des archéologues «l'âge approximatif de l'échantillon» est généré par l'erreur soigneusement cachée de la méthode elle-même et est de nature «du malin»..
Ainsi, pour une datation au moins approximative, les archéologues doivent appliquer d'autres méthodes en parallèle, en recourant à une simple comparaison des résultats, sur la base de laquelle la datation est la mieux adaptée à une découverte particulière ou à l'ensemble du complexe archéologique. Il est clair que l’exactitude de la datation dans ce cas laisse beaucoup à désirer.

Suaire de Turin : positif et négatif

L'étude de fragments du Suaire de Turin est l'un des cas les plus célèbres d'utilisation de la méthode au radiocarbone pour dater un objet d'étude.
La datation au radiocarbone date le linceul de la période du XIe au XIIIe siècle. Les sceptiques considèrent ce résultat comme une confirmation que le linceul est un faux médiéval. Les partisans de l'authenticité de la relique considèrent les données obtenues comme le résultat d'une contamination du linceul par du carbone lors d'un incendie au XVIe siècle.

Il est clair que pour déclarer tel ou tel artefact propriété d'une pré-civilisation, il faut établir son âge en déterminant la date exacte de création de l'objet. Cependant, les archéologues et historiens modernes ne sont capables de le faire que dans de très rares cas. La grande majorité des découvertes archéologiques sont datées approximativement. Méthode de datation au radiocarbone chez les archéologues Plusieurs méthodes sont utilisées pour dater les objets trouvés, mais, malheureusement, chacune d'entre elles n'est pas exempte de défauts, notamment lorsqu'elles sont appliquées à la recherche de traces de cultures anciennes. Méthode au radiocarbone : - Formation du radiocarbone 14C - Désintégration du 14C - Condition d'équilibre pour les organismes vivants et de déséquilibre pour les organismes morts, dans laquelle le radiocarbone se désintègre sans reconstitution du radiocarbone extérieur...