Radiokarbon-«klokken»
Den daterer levninger av tidligere livsformer. Eller gjør den det?
ALLE de tidligere omtalte «klokkene» går så sakte at de er til liten eller ingen nytte når man skal studere arkeologiske problemer. Vi trenger noe mye raskere når vi skal måle tidsperioder i menneskenes historie. Radiokarbon-«klokken» har dekket dette behovet.
Karbon 14, et radioaktivt isotop av vanlig karbon 12, ble første gang oppdaget under forsøk med atomsprengninger som ble gjort i en syklotron. Så ble det også oppdaget i jordens atmosfære. Det sender ut svake betastråler, og strålingen kan måles ved hjelp av et dertil egnet instrument. Karbon 14 har en halveringstid på bare 5700 år, noe som gjør at det kan brukes til å bestemme alderen på gjenstander som er knyttet til menneskenes tidlige historie.
De andre radioaktive stoffene vi har drøftet, har lang levetid sammenlignet med jordens alder. De har følgelig eksistert fra jordens skapelse av og fram til vår tid. Men radioaktivt karbon har så kort levetid sammenlignet med jordens alder at det hele tiden må ha blitt dannet på en eller annen måte, ettersom det fremdeles er her. Det skjer ved at atmosfæren blir bombardert av kosmiske stråler, som omdanner nitrogenatomer til radioaktivt karbon.
Karbondioksid, som da vil inneholde noe radioaktivt karbon, blir utnyttet av plantene under fotosyntesen og blir omdannet til forskjellige organiske stoffer i levende celler. Dyrene og også vi mennesker spiser planter. Alt som lever, inneholder derfor radioaktivt karbon i samme relative mengde som det som finnes i atmosfæren. Radioaktivt karbon spaltes, og så lenge noe er i live, blir det som blir spaltet, erstattet av nytt. Men når et tre eller et dyr dør, stanser tilgangen på radioaktivt karbon, og mengden av radioaktivt karbon i treet eller dyret vil derfor avta. Hvis et stykke trekull eller en knokkel fra et dyr blir bevart i 5700 år, vil det derfor inneholde bare halvparten så mye karbon 14 som da det levde. I prinsippet er det derfor slik at når vi måler mengden av karbon 14 i forhold til mengden av nedbrytningsproduktet i noe som en gang har vært i live, kan vi si hvor lenge det er siden det døde.
Radiokarbonmetoden kan anvendes på en lang rekke ting av organisk opprinnelse. Det har vært foretatt mange tusen dateringer ved hjelp av denne metoden. Vi skal nevne noen få eksempler som viser at metoden kan brukes på mange forskjellige materialer:
Tremateriale fra det gravskipet som ble funnet i graven til farao Seostris III, ble datert til 1670 f.Kr.
Kjerneved fra et mammuttre i California som hadde 2905 årringer da det ble hogd i 1874, ble datert til 760 f.Kr.
Det linkledet som var viklet rundt Dødehavsrullene, ble datert til det første eller det annet århundre før Kristus etter stilen på håndskriften, og ifølge innholdet av radioaktivt karbon var det 1900 år gammelt.
Et stykke tre som ble funnet på Ararat, og som noen mente kunne være fra Noahs ark, viste seg å være fra år 700 e.Kr. Det var riktignok gammelt, men på langt nær gammelt nok til å være fra før vannflommen.
Sandaler av vevd reip som ble gravd ut fra vulkansk pimpstein i en hule i Oregon i USA, viste seg å være 9000 år gamle.
Kjøtt fra en mammutunge som hadde ligget dypfryst i jorden i Sibir i tusener av år, ble påvist å være 40 000 år gammelt.
Hvor pålitelige er disse tallene?
Feil ved radiokarbon-«klokken»
Radiokarbon-«klokken» så enkel og grei ut da den første gang ble demonstrert, men det er nå en kjent sak at det er mange feil ved den. Etter at metoden var blitt brukt i cirka 20 år, ble det i 1969 holdt en konferanse om aldersbestemmelse ved hjelp av radioaktivt karbon og lignende dateringsmetoder i Uppsala i Sverige. Kjemikere som bruker metoden, og arkeologer og geologer som benytter resultatene, hadde en rekke samtaler, og de brakte for dagen en hel del feil og mangler som kan gjøre de oppgitte aldrene ugyldige. I de 17 årene som har gått siden da, har det vært utrettet lite som har korrigert disse manglene.
Et stadig tilbakevendende problem har vært hvordan man skal kunne være sikker på at den aktuelle gjenstanden ikke er blitt forurenset, enten av aktivt karbon fra nyere tid eller av inaktivt karbon fra tidligere tider. Et trestykke fra kjerneveden i et gammelt tre kan for eksempel inneholde levende sevje. Eller hvis sevjen er blitt trukket ut ved hjelp av et organisk løsningsmiddel, kan litt av løsningsmidlet være igjen i det som blir analysert. Gammelt trekull som ligger nede i jorden, kan bli gjennomboret av smårøtter fra levende planter eller forurenset av bitumen (bek- eller tjærelignende stoffer), som er mye eldre og langt vanskeligere å fjerne. Det er blitt funnet levende skalldyr med karbonater fra mineraler som ble begravd for lang tid siden, eller fra sjøvann som veller opp fra havdypet, hvor karbonatene har vært i tusener av år. Slike ting kan gjøre at noe virker eldre eller yngre enn det i virkeligheten er.
Den mest alvorlige feilen ved radiokarbonmetoden er at man forutsetter at det alltid har vært like mye karbon 14 i atmosfæren som det er nå. Mengden avhenger for det første av hvor intens den kosmiske strålingen, som danner karbon 14, er. Den kosmiske strålingen varierer i styrke og blir i høy grad påvirket av forandringer i jordens magnetfelt. Magnetiske stormer på solen kan øke den kosmiske strålingen tusenvis av ganger i noen få timer. Jordens magnetfelt har variert i styrke i løpet av de årtusenene som har gått. Og etter atombombesprengningene har mengden av karbon 14 økt betraktelig over hele verden.
Mengden av stabilt karbon i atmosfæren spiller også inn. Store vulkanutbrudd bidrar til at mengden av stabilt karbondioksid øker betraktelig, og dermed blir det radioaktive karbonet fortynnet. Det at menneskene i løpet av de siste 100 årene har benyttet fossile brensler, særlig kull og olje, i uforutsette store mengder, har ført til en permanent økning i mengden av karbondioksid i atmosfæren. (Flere opplysninger om disse og andre usikkerhetsmomenter i forbindelse med karbon 14-«klokken» ble gitt i Våkn opp! for 8. august 1972.)
Dendrokronologi — datering ved hjelp av årringanalyse
Alle disse fundamentale svakhetene har fått tilhengerne av radiokarbonmetoden til å justere de tallene de oppgir, ved hjelp av prøver av trær som de daterer ved å telle årringene. Det er særlig revehalefuruen som er blitt brukt. Revehalefuruen vokser i den sørvestlige delen av USA og kan bli flere hundre, ja, flere tusen år gammel. Denne dateringsmetoden kalles dendrokronologi.
Radiokarbon-«klokken» blir følgelig ikke lenger betraktet som en metode som gir en absolutt aldersbestemmelse, men bare en relativ. For å få den riktige alderen må man korrigere den alderen radiokarbonmetoden oppgir, ved hjelp av årringanalyse. Resultatet av en måling som blir foretatt ved hjelp av radioaktivt karbon, blir følgelig omtalt som en «radiokarbonalder». Ved å jevnføre den med en korrigeringskurve basert på årringer slutter man seg til en absolutt alder.
Dette er vel og bra for så langt tilbake som årringanalyse av revehalefuru er pålitelig. Det problemet som nå oppstår, er at det eldste levende tre som man kjenner alderen på, bare er fra år 800 e.Kr. For å forlenge målestokken prøver forskerne å sette sammen overlappende mønstre av brede og smale årringer i døde trestykker som lå i nærheten. Ved å sette sammen 17 levninger av døde trær hevder de at de kommer over 7000 år tilbake i tiden.
Men man kan ikke få fastslått et trestykkes alder bare ved å telle årringene. Når forskerne setter sammen slike trestykker, hender det at de ikke vet hvor de skal plassere et av trestykkene. Hva gjør de da? De sørger for å bestemme trestykkets alder ved hjelp av radiokarbonmetoden og bruker den som utgangspunkt når de skal plassere trestykket. Dette får oss til å tenke på to halte som har en krykke på deling og bruker den hver sin gang mens den ene støtter seg til den andre og så hjelper ham med å holde seg oppreist.
Man må også lure på hvordan løse trestykker som har ligget så lenge ute i det fri, på en så mirakuløs måte er blitt bevart. Man skulle tro at de ville ha blitt skylt bort etter en kraftig regnskur, eller at noen ville ha tatt dem med seg for å bruke dem til brensel eller noe annet. Hva er det som gjør at de ikke har råtnet eller er blitt angrepet av insekter? Vi kan forstå at et levende tre kan holde stand mot tidens tann og under alle slags værforhold, og at ett og annet tre kan bli 1000 år eller enda eldre. Men døde trestykker? Og 6000 år? Det virker ikke sannsynlig. Likevel er det nettopp det de radiokarbonaldrene som går lengst tilbake, er basert på.
Ekspertene på radiokarbonmetoden og dendrokronologene har ikke desto mindre klart å skyve den slags tvil til side og se bort fra ubesvarte spørsmål og uoverensstemmelser, og begge parter er tilfreds med kompromisset. Men hva med arkeologene, som benytter seg av deres tjenester? De er ikke alltid tilfreds med de aldrene de får oppgitt på prøver som de sender inn. En av dem uttrykte seg på denne måten på Uppsalakonferansen:
«Hvis en karbon 14-alder støtter våre teorier, tar vi den med i selve teksten. Hvis den ikke direkte motsier dem, tar vi den med i en fotnote. Og hvis den overhodet ikke passer, bare dropper vi den.»
Noen av dem føler det fremdeles på den måten. En av dem skrev nylig om et årstall bestemt etter radiokarbonmetoden som etter sigende skulle angi når menneskene begynte å holde husdyr:
«Arkeologene [er i ferd med] å ombestemme seg med hensyn til den umiddelbare nytten de har av aldersbestemmelser ved hjelp av radiokarbonmetoden bare fordi disse kommer fra ’vitenskapelige’ laboratorier. Jo større forvirringen er når det gjelder hvilken metode, hvilket laboratorium, hvilken halveringstid og hvilken korrigeringskurve som er mest pålitelig, jo mindre vil vi arkeologer føle oss slavisk bundet til å godta et tall som vi får oppgitt, uten å stille spørsmålstegn ved det.»
Den radiokjemikeren som hadde bestemt årstallet, gav svar på tiltale: «Vi foretrekker å ha å gjøre med kjensgjerninger som er basert på fornuftige målinger — ikke med motepreget eller lett bevegelig arkeologi.»
Når forskere og vitenskapsmenn er så uenige om tall som går tilbake til menneskets oldtid, er det ikke rart at lekfolk kan stille seg skeptisk til slike nyhetsmeldinger som dem vi siterte i begynnelsen av denne artikkelserien, og som skal være basert på vitenskapelig «autoritet».
Telling av karbon 14-atomer
Innen den radiologiske datering har man nå funnet fram til en metode som går ut på ikke bare å måle betastrålingen fra de atomene som spaltes, men å telle alle karbon 14-atomene i en liten prøve. Dette er særlig nyttig når man skal bestemme alderen på svært gamle prøver som det bare er ørlite karbon 14 igjen i. Av en million karbon 14-atomer vil gjennomsnittlig bare ett bli spaltet i løpet av tre dager. Når man skal bestemme alderen på gamle gjenstander, er det følgelig en tidkrevende oppgave å foreta så mange målinger at man kan skille radioaktiviteten fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen.
Men hvis det er mulig å telle alle karbon 14-atomene nå, uten å vente på at de skal bli spaltet, kan vi oppnå milliondobbelt nøyaktighet. Det kan gjøres ved å avbøye en stråle med positivt ladede karbonatomer i et magnetfelt for å skille karbon 14 fra karbon 12. Karbon 12 er lettest og blir mer avbøyd, og det tyngre karbon 14 blir sloppet gjennom en åpning inn i et telleverk.
Denne metoden er riktignok mer komplisert og mer kostbar enn den metoden som går ut på å måle betastrålingen, men den har den fordel at man kan klare seg med tusen ganger mindre materiale for å foreta en prøve. Den gjør det mulig å datere sjeldne, gamle manuskripter og andre kulturgjenstander som man ikke kan få prøver på flere gram av, ettersom prøvene blir ødelagt. Man kan nå bestemme alderen på slike gjenstander selv om man bare har prøver som veier noen milligram.
Denne metoden ville for eksempel kunne anvendes for å bestemme alderen på «likkledet i Torino», som noen mener ble brukt til å svøpe Jesu legeme i før han ble gravlagt. Hvis man ved radiologisk datering kunne påvise at kledet ikke er så gammelt, ville det bekrefte tvilernes mistanke om at kledet er en forfalskning. Hittil har erkebiskopen av Torino satt seg imot å la et stykke av kledet bli undersøkt, fordi det ville være nødvendig å ta et for stort stykke som prøve. Men ved hjelp av den nye metoden ville en kvadratcentimeter være nok til å fastslå om kledet skriver seg fra Kristi tid eller bare fra middelalderen.
De større problemene forblir ikke desto mindre uløst. Jo eldre gjenstanden er, jo vanskeligere er det å si med sikkerhet at det overhodet ikke finnes spormengder av yngre karbon i den. Og jo lenger vi går bakover i tiden fra de få tusen årene som vi har pålitelige korrigeringer for, jo mindre vet vi om mengden av karbon 14 i atmosfæren på den tiden.
Det finnes også en rekke andre metoder for aldersbestemmelse som har vært undersøkt. Noen av disse har indirekte forbindelse med radioaktiviteten. Det gjelder for eksempel det å foreta målinger av fisjonsspor og radioaktive haloer. Noen har å gjøre med andre prosesser, for eksempel at strømmer av smeltevann fra isbreer avsetter varv (sedimentlag), og hydratisering av kulturgjenstander av obsidian (vulkansk glass).
Aminosyreracemisering
Racemisering av aminosyrer er en annen dateringsmetode som blir benyttet. Men hva betyr «racemisering»?
Aminosyrene tilhører den gruppen av karbonforbindelser som har fire forskjellige atomgrupper bundet til et sentralt karbonatom. Den tetraediske ordningen av gruppene gjør at molekylet som et hele er asymmetrisk. Slike molekyler finnes i to former. Selv om de kjemisk sett er identiske, er det ene et speilbilde av det andre. Vi kan illustrere dette på en enkel måte ved hjelp av et par hansker. De har samme størrelse og form, men den ene passer bare til den høyre hånden og den andre bare til den venstre.
En løsning av den ene formen av en slik forbindelse dreier en polarisert lysstråle til venstre; den andre formen dreier den til høyre. Når en kjemiker fremstiller en aminosyre syntetisk fra enklere forbindelser, får han like mye av begge former. Den ene formen opphever den virkningen den andre har på polarisert lys. Dette kalles en racemisk blanding, en blanding som inneholder like store mengder venstredreiende og høyredreiende aminosyrer.
Når det blir dannet aminosyreforbindelser i levende planter eller dyr, forekommer de i bare én form, som oftest den venstredreiende, L-formen (L for «levo», «til venstre»). Hvis en slik forbindelse blir oppvarmet, setter varmen molekylene i bevegelse og får noen av dem til å «vrenge seg», slik at de venstredreiende blir høyredreiende. Denne forandringen kalles racemisering. Hvis den fortsetter lenge nok, får man like store mengder L-former og D-former (D for «dextro», «til høyre»). Dette er av spesiell interesse fordi det i likhet med radiokarbonmetoden har med levende ting å gjøre.
Ved lavere temperatur foregår racemiseringen langsommere. Hvor mye langsommere, avhenger av hvor mye energi som må til for å «vrenge» molekylet. Det følger en kjent kjemisk lov, Arrhenius’ ligning. Hvis aminosyren blir avkjølt mer og mer, foregår reaksjonen langsommere og langsommere, helt til vi ved vanlige temperaturer ikke kan se at den forandrer seg i det hele tatt. Men ved hjelp av ligningen kan vi fremdeles beregne i hvilket tempo forandringen foregår. Det viser seg at det vil ta titusener av år før en typisk aminosyre nærmer seg racemisk tilstand, altså at det finnes like store mengder venstredreiende og høyredreiende former.
Den tanken som ligger til grunn for å foreta aldersbestemmelser ved hjelp av denne metoden, er følgende: Hvis for eksempel noen knokler blir begravd og får ligge i fred, blir asparaginsyren (en krystallisert aminosyre) i knoklene langsomt racemisert. Etter lang tid graver vi opp knoklene, utvinner og renser den resterende asparaginsyren og sammenligner dens grad av polarisasjon med polarisasjonsgraden for ren L-asparaginsyre. På den måten kan vi anslå hvor lenge det er siden knoklene var en del av en levende skapning.
Nedbrytningskurven ligner nedbrytningskurven for et radioaktivt grunnstoff. Hver aminosyre har sitt eget karakteristiske nedbrytningstempo, akkurat som uran nedbrytes eller spaltes langsommere enn kalium. Men det er en vesentlig forskjell: Nedbrytningen av radioaktive stoffer blir ikke påvirket av temperaturen, mens racemiseringen, som er en kjemisk reaksjon, i høy grad er avhengig av temperaturen.
Noen av de mest kjente tilfellene da racemiseringsmetoden har vært anvendt, har hatt å gjøre med skjelettrester etter mennesker som er blitt funnet langs Californiakysten. Et av dem ble kalt Del Mar-mennesket og ble ved hjelp av denne metoden datert til å være 48 000 år gammelt. Skjelettet av en kvinne som ble funnet under utgravninger i nærheten av Sunnyvale, så ut til å være enda eldre, hele 70 000 år gammelt! Disse aldrene vakte ikke bare stor oppsikt i pressen, men skapte særlig røre blant paleontologene, for det var ingen som hadde trodd at det fantes mennesker i Nord-Amerika for så lenge siden. Noen begynte å spekulere på om menneskene kunne ha vandret over Beringstredet fra Asia så tidlig som for 100 000 år siden. Men hvor sikre var de tallene man kom fram til ved hjelp av denne hittil ukjente metoden?
For å finne svar på dette ble det gjort prøver ved hjelp av radiologisk datering basert på spaltningsprodukter av grunnstoffer som kommer mellom uran og bly, og som har egnede halveringstider. Man kom da fram til at Del Mar-skjelettet var 11 000 år gammelt og Sunnyvale-skjelettet bare 8000 eller 9000 år gammelt. Det var noe som ikke stemte.
Det store usikkerhetsmomentet når det gjelder aldersbestemmelser ved hjelp av racemisering, er at en ikke kjenner prøveeksemplarets temperaturhistorie. Som nevnt avhenger racemiseringens hastighet i høy grad av temperaturen. Hvis temperaturen stiger med 14 grader, foregår reaksjonen ti ganger så hurtig. Hvordan kan noen vite hvilke temperaturer knoklene har vært utsatt for i løpet av så mange år? Hvor mange somrer kan de ha ligget utildekket i den varme solen i California? Eller kan de ha ligget i et leirbål eller i en skog som stod i brann? Foruten temperaturen har det vist seg at også andre faktorer påvirker racemiseringen i høy grad, deriblant pH (surhetsgraden). Én rapport sier: «Racemiseringen av aminosyrer i sedimenter foregår i utgangspunktet nesten en størrelsesorden (ti ganger) raskere enn den hastighet man har iakttatt for frie aminosyrer ved tilsvarende pH og temperatur.»
Og dette er heller ikke slutten på historien. En av knoklene fra Sunnyvale-funnet ble prøvd med hensyn til karbon 14-innholdet, både ved at man målte betastrålingen, og ved hjelp av den nyere metoden som går ut på å telle atomene. Resultatene var stort sett i overensstemmelse med hverandre. Gjennomsnittet var bare 4400 år!
Hva skal vi tro? Det er innlysende at noen av svarene er fullstendig feilaktige. Skal vi feste større lit til radiokarbonmetoden, ettersom forskerne har lengre erfaring med den? Men selv med den metoden var det en forskjell på mellom 3600 og 4800 år i de aldrene som ble oppgitt for prøver fra samme knokkel. Kanskje vi må si med den forskeren som ble sitert tidligere: ’Det kan være at ikke noen av dem er riktige.’
[Uthevet tekst på side 23]
Man vet nå at radiokarbon-«klokken» er svært unøyaktig
[Ramme på side 22]
Under tittelen «Nye tidsangivelser for gamle redskaper» skrev Science News tidligere i år:
«Fire knokler som man mente beviste at det bodde mennesker i Nord-Amerika for anslagsvis 30 000 år siden, er i høyden 3000 år gamle, sier arkeologen D. Earl Nelson ved Simon Fraser universitet i Britisk Columbia og hans kolleger i SCIENCE for 9. mai. . . .
Forskjellen i den alder som blir oppgitt for to karbonprøver av samme knokkel, er, for å si det mildt, betydelig. Et skavjern som ble brukt til å skrape av kjøtt fra dyrehuder med, ble først oppgitt å være 27 000 år gammelt ifølge radiokarbonmetoden. Dette tallet er nå blitt forandret til cirka 1350 år.» — 10. mai 1986.
[Illustrasjon på side 24]
(Se den trykte publikasjonen)
Mengden av karbon 14 (eller racemisert asparaginsyre) varierer med de ytre forhold
Variasjon i den kosmiske stråling
Karbon 14
Temperaturforandringer
Asparaginsyre
[Illustrajon på side 26]
(Se den trykte publikasjonen)
COOH C NH2 H CH2COOH
L-asparaginsyre D-asparaginsyre
HOOC C H2N H HOOCH2C