Hver fann upp geislakolsaðferðina til að aldursgreina til dæmis risaeðlur, og hvenær gerðist það?

Svar

Efnafræðingar við háskólann í Chicago þróuðu geislakolsaðferðina á fimmta áratugnum. Fyrir rannsóknahópnum fór W. F. Libby sem lýsti aðferðinni í bók sem kom út árið 1952. Hann hlaut fyrir þetta Nóbelsverðlaun í efnafræði árið 1960. Fyrstu aldursgreiningu með geislakolsaðferð birtu Arnold og Libby árið 1949, og tíu árum síðar var stofnsett tímaritið Radiocarbon sem birtir allar slíkar greiningar sem gerðar eru, sem og ýmsar ritgerðir um efnið.

Aðferðin byggist á sundrun kolefnissamsætunnar C-14 (venjulega skrifað ¹⁴C í vísindatextum) sem er geislavirk og myndast úr nitri (köfnunarefni) loftsins fyrir áhrif geimgeisla. Jafnan fyrir myndun ¹⁴C er svona:

nifteind + ¹⁴N —> ¹⁴C + róteind

(nifteindin er oft táknuð með n og róteindin með p)

Hið nýja kolefni sameinast súrefni skjótlega og myndar CO₂ sem dreifist jafnt um allt andrúmsloft jarðar og plöntur taka síðan upp í vefi sína. Í plöntuvefnum — og vefjum þeirra dýra sem éta plönturnar — er þannig kolefni sem upphaflega hefur sem næst sömu samsætuhlutföll og andrúmsloftið; eftir að lífveran deyr raskast hlutföllin smám saman vegna þess að geislakolið breytist með tímanum aftur í nitur.

Aldur geislakols í sýni af lífrænum toga er mældur með því að mæla geislun sýnisins, sem minnkar reglulega með aldri eftir því sem hið geislavirka kolefni breytist aftur í nitur. Sundrun C-14 er það hröð, að eftir 35.000 ár er það næstum allt þorrið, þannig að engri mælanlegri geislun stafar frá sýnum sem eru eldri en 35.000 ára. Hins vegar má tvöfalda notagildistíma aðferðarinnar með því að mæla hlutfall samsætnanna með massagreini. (Þær eru raunar þrjár, C-12, 13 og 14) .

En af þessum ástæðum var aldur risaeðlanna ekki mældur með geislakolsaðferð, heldur með mælingum á samsætum annarra geislavirkra efna. Algengustu aðferðirnar nefnast kalín-argon (K-Ar), argon-argon (Ar-Ar), rúbidín-strontín (Rb-Sr) og úran-blý (U-Pb). Þær hafa allar til síns ágætis nokkuð og henta hver um sig við tilteknar aðstæður.

Fyrstu beinu aldursgreiningu sögunnar gerði Nýsjálendingurinn Ernest Rutherford árið 1905. Hann notaði styrk helíns (He) í úranmálmi (U) til að ákvarða aldur úranmyndana, sem reyndust vera eldri en 500 milljón ára. Þetta var byltingarkennd niðurstaða á þeim tíma, því að einn virtasti eðlisfræðingur á síðari hluta 19. aldar, Kelvin lávarður, hafði haldið því fram statt og stöðugt að jörðin gæti ekki verið eldri en 40 milljón ára.

Árið 1913 kom út bók skoska jarðfræðingsins Arthurs Holmes Aldur jarðarinnar þar sem birtust fyrstu niðurstöður um raunverulegan aldur hinna ýmsu jarðsöguskeiða. Meðal merkra áfanga í aldursgreiningum á Íslandi má telja það, að á 6. áratugnum lýsti Þorbjörn Sigurgeirsson prófessor fyrstur manna argon-argon-aðferðinni sem fræðilegum möguleika í ársskýrslu Eðlisfræðistofnunar Háskólans. Sú skýrsla var á íslensku og hafði því engin áhrif, en Bandaríkjamenn tóku aðferðina upp eftir 1969 til að mæla aldur tunglgrjóts.

Fyrsta íslenska sýnið sem var aldursákvarðað með geislakoli var sent héðan sumarið 1950. Það var mósýni undan Elliðaárhrauninu, tekið rétt sunnan við brýrnar, en fyrir sýnistökunni stóðu Jóhannes Áskelsson og Hollendingurinn Jan Hospers. Sýnið var sent dr. Libby í Chicago sem aldursákvarðaði það sem 5300 ára (sjá grein Guðmundar Kjartanssonar, Sigurðar Þórarinssonar og Þorleifs Einarssonar: "C14-aldursákvarðanir á sýnishornum varðandi íslenzka kvarterjarðfræði". Náttúrufræðingurinn 34. árg. 1964, bls. 97-145).

Aðra tímamóta-aldursgreiningu (þó ekki C-14) gerði Bretinn Stephen Moorbath árið 1968 þegar í ljós kom að elsta berg á Íslandi er um 16 milljón ára en ekki 60 milljón ára, eins og talið hafði verið (Moorbath, Haraldur Sigurðsson, Goodwin, 1964. Earth Planet. Sci. Letters 4: 197-205).

Loks ber að geta þess, að landnámslagið svokallaða — gjóskulag sem fellur saman við landnám á Íslandi og markar meðal annars upphaf víðtækrar gróðurfarsbreytingar og jarðvegseyðingar í landinu — var samkvæmt mörgum C-14 greiningum talið hafa fallið á árabilinu 800 - 900 e. Kr. Fyrir fáeinum árum fundust korn úr gosöskunni í ískjarna á Grænlandi, þar sem tókst að aldursákvarða lagið með 2ja ára nákvæmni til eða frá. Þess vegna heitir nýja landnámssýningin í Aðalstræti einmitt 871 +/-2.


Sjá einnig svar sama höfundar við spurningunni Er „kolefnisklukkan” alltaf áreiðanleg?



Myndir af vefsetri Nobel e-Museum: WF Libby og Ernest Rutherford