Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Измерения радиоуглеродного датирования дают возраст в «радиоуглеродных годах», которые необходимо преобразовать в календарный возраст с помощью процесса, называемого калибровкой . Калибровка необходима, поскольку атмосферный14
C /12
Коэффициент C , который является ключевым элементом при расчете радиоуглеродного возраста, исторически не был постоянным. [1]

Уиллард Либби , изобретатель радиоуглеродного датирования, еще в 1955 году указал на возможность того, что соотношение могло меняться со временем. Начали отмечаться расхождения между измеренным возрастом и известными историческими датами артефактов, и стало ясно, что для получения календарных дат необходимо будет применить поправку к возрасту радиоуглерода. [2] Неправильные даты могут быть указаны как "радиоуглеродные годы назад", сокращенно "14
C ya ". [3]

Термин « до настоящего» (BP) установлен для отчетных дат, полученных на основе радиоуглеродного анализа, где «настоящее» - 1950. Неправильные даты указаны как «uncal BP» [4], а калиброванные (скорректированные) даты - как «cal BP». Сам по себе термин BP неоднозначен.

Построение кривой [ править ]

Кривая Северного полушария из INTCAL13. По состоянию на 2017 год это самая последняя версия стандартной калибровочной кривой. Есть отдельные графики для Южного полушария и для калибровки морских данных. [5]

Чтобы построить кривую, которая может быть использована для соотнесения календарных лет с годами по радиоуглероду, необходима последовательность надежно датированных образцов, которые можно протестировать для определения их радиоуглеродного возраста. Дендрохронология , или изучение годичных колец, привело к первой такой последовательности: годичные кольца из отдельных кусков дерева показывают характерные последовательности колец, которые различаются по толщине из-за факторов окружающей среды, таких как количество осадков в конкретный год. Эти факторы влияют на все деревья в районе, и поэтому изучение последовательностей годичных колец из старой древесины позволяет идентифицировать перекрывающиеся последовательности. Таким образом, непрерывная последовательность годичных колец может уйти далеко в прошлое. Первая такая опубликованная последовательность, основанная на кольцах сосновых щетинок, была создана в 1960-х годах Уэсли Фергюсоном.. [6] Ханс Зюсс использовал данные для публикации первой калибровочной кривой для радиоуглеродного датирования в 1967 году. [2] [7] [8] Кривая показала два типа отклонения от прямой линии: долговременное колебание с периодом около 9000 лет и более краткосрочная вариация, часто называемая «покачиваниями», с периодом в десятилетия. Suess сказал, что он нарисовал линию, показывающую покачивания, "космическим швунгом ", или от руки. Некоторое время было неясно, были ли эти покачивания реальными или нет, но теперь они хорошо известны. [7] [8]

Метод калибровки также предполагает, что изменение во времени 14
Уровень C является глобальным, поэтому для калибровки достаточно небольшого количества проб за определенный год, что было экспериментально подтверждено в 1980-х годах. [2]

В течение следующих 30 лет было опубликовано множество калибровочных кривых с использованием различных методов и статистических подходов. [9] Они были заменены серией кривых INTCAL, начиная с INTCAL98, опубликованной в 1998 году и обновленной в 2004, 2009, 2013 и 2020 годах. [10] Улучшения этих кривых основаны на новых данных, собранных из годичных колец деревьев, варвы , кораллы и другие исследования. Существенные дополнения к наборам данных , используемым для INTCAL13 включают в себя не-ленточные морской фораминифер данные, а также U-Th датированных образования . Данные INTCAL13 включают отдельные кривые для северного и южного полушарий, поскольку они систематически различаются из-за эффекта полушария; имеется также отдельная морская калибровочная кривая.[11]

Методы [ править ]

Вероятностный [ править ]

Выход CALIB для входных значений 1260–1280 BP с использованием кривой INTCAL13 для северного полушария

Современные методы калибровки берут исходное нормальное распределение возрастных диапазонов радиоуглерода и используют его для создания гистограммы, показывающей относительные вероятности для календарных возрастов. Это должно выполняться численными методами, а не формулой, потому что калибровочная кривая не может быть описана как формула. [9] Программы для выполнения этих расчетов включают OxCal и CALIB. К ним можно получить доступ в Интернете; они позволяют пользователю ввести диапазон дат с достоверностью одного стандартного отклонения для возраста радиоуглерода, выбрать калибровочную кривую и произвести вероятностные выходные данные как в виде табличных данных, так и в графической форме. [12] [13]

В примере выходных данных CALIB, показанном слева, входные данные составляют 1270 лет назад со стандартным отклонением в 10 лет радиоуглеродного анализа. Выбранная кривая - это кривая INTCAL13 для северного полушария, часть которой отображается в выходных данных; вертикальная ширина кривой соответствует ширине стандартной ошибки калибровочной кривой в этой точке. Слева показано нормальное распределение; это исходные данные в радиоуглеродных годах. Центральная более темная часть нормальной кривой - это диапазон в пределах одного стандартного отклонения от среднего; более светлая серая область показывает диапазон в пределах двух стандартных отклонений от среднего. Вывод по нижней оси; это тримодальный график с пиками примерно в 710, 740 и 760 годах нашей эры. Опять же, диапазоны в пределах доверительного диапазона 1σ выделены темно-серым цветом, а диапазоны доверительного диапазона 2σ - светло-серым.[13]

Перехватить [ править ]

До того, как широкое распространение персональных компьютеров сделало вероятностную калибровку практичной, использовался более простой метод «перехвата».

Часть калибровочной кривой INTCAL13, показывающая правильный (t 1 ) и неправильный (t 2 ) методы определения диапазона календарного года по калибровочной кривой с заданной ошибкой [5]

После того, как в результате тестирования был получен возраст образца в радиоуглеродных годах с соответствующим диапазоном ошибок плюс или минус одно стандартное отклонение (обычно записываемое как ± σ), калибровочную кривую можно использовать для получения диапазона календарных возрастов для образца. Сама калибровочная кривая имеет связанный член ошибки, который можно увидеть на графике «Ошибка калибровки и ошибка измерения». На этом графике показаны данные INTCAL13 за календарные годы с 3100 до 3500 лет назад. Сплошная линия - это калибровочная кривая INTCAL13, а пунктирные линии показывают диапазон стандартной ошибки, как и в случае ошибки выборки, это одно стандартное отклонение. Просто считайте диапазон радиоуглеродных лет по пунктирным линиям, как показано для образца t 2.красный цвет означает слишком большой диапазон календарных лет. Член ошибки должен быть корнем суммы квадратов двух ошибок: [14]

Пример t 1 , выделенный зеленым цветом на графике, показывает эту процедуру - результирующий член ошибки, σ total , используется для диапазона, и этот диапазон используется для считывания результата непосредственно с самого графика без ссылки на линии, показывающие калибровку. ошибка. [14]

Различные даты радиоуглеродного анализа с одинаковыми стандартными ошибками могут давать самые разные результирующие диапазоны календарных лет в зависимости от формы калибровочной кривой в каждой точке.

Вариации калибровочной кривой могут привести к очень разным результирующим диапазонам календарных лет для образцов с разным радиоуглеродным возрастом. График справа показывает часть калибровочной кривой INTCAL13 от 1000 до 1400 лет назад, диапазон, в котором наблюдаются значительные отклонения от линейной зависимости между возрастом по радиоуглероду и календарным возрастом. В местах, где калибровочная кривая крутая и не меняет своего направления, как в примере t 1 синим цветом на графике справа, результирующий диапазон календарного года довольно узкий. Если кривая значительно различается как вверх, так и вниз, один диапазон дат по радиоуглероду может давать два или более отдельных диапазона календарных лет. Пример t 2красный цвет на графике показывает такую ​​ситуацию: радиоуглеродный возрастной диапазон от примерно 1260 до 1280 лет назад превращается в три отдельных диапазона от примерно 1190 до 1260 лет назад. Третья возможность состоит в том, что кривая является плоской для некоторого диапазона календарных дат; в этом случае, показанном t 3 , зеленым на графике, диапазон около 30 радиоуглеродных лет, от 1180 до 1210 лет назад, дает диапазон календарного года около века, от 1080 до 1180 лет назад. [9]

Метод перехвата основан исключительно на положении перехватов на графике. Они считаются границами 68% доверительного диапазона или одного стандартного отклонения. Однако в этом методе не используется предположение, что исходный возрастной диапазон радиоуглерода является нормально распределенной переменной: не все даты в возрастном диапазоне радиоуглерода одинаково вероятны, и поэтому не все даты в результирующем возрасте календарного года одинаково вероятны. Получение диапазона календарного года с помощью перехватов не учитывает это. [9]

Подбор покачивания [ править ]

Для набора образцов с известной последовательностью и разделением во времени, такого как последовательность годичных колец, радиоуглеродный возраст образцов составляет небольшую часть калибровочной кривой. Полученную кривую затем можно сопоставить с фактической калибровочной кривой, определив, где в диапазоне, предложенном датами радиоуглеродного анализа, колебания калибровочной кривой наилучшим образом соответствуют колебаниям кривой дат отбора проб. Этот метод "покачивания" может привести к более точному датированию, чем это возможно с отдельными радиоуглеродными датами. [15] Поскольку точки данных на калибровочной кривой разнесены на пять или более лет, и поскольку для сопоставления требуется не менее пяти точек, для этого совпадения должен быть не менее 25-летний период данных годичных колец (или аналогичных). возможный. Сопоставление с покачиванием может использоваться в местах, где есть плато на калибровочной кривой, и, следовательно, может обеспечить гораздо более точную дату, чем методы пересечения или вероятностные методы. [16] Техника не ограничивается годичными кольцами; например, многослойная последовательность тефры в Новой Зеландии, которая, как известно, предшествовала колонизации островов людьми, была датирована 1314 г. н.э. ± 12 лет путем сопоставления колебаний. [17]

Комбинация откалиброванных дат [ править ]

Когда несколько радиоуглеродных дат получают для образцов, которые, как известно или предположительно, принадлежат к одному и тому же объекту, можно объединить измерения, чтобы получить более точную дату. За исключением случаев, когда выборки однозначно одного возраста (например, если они оба были физически взяты из одного объекта), необходимо применить статистический тест, чтобы определить, происходят ли даты от одного и того же объекта. Это делается путем вычисления объединенного члена ошибки для дат радиоуглеродного анализа для рассматриваемых образцов, а затем вычисления объединенного среднего возраста. Затем можно применить Т-тест.чтобы определить, имеют ли образцы одинаковое истинное среднее значение. Как только это будет сделано, ошибка для объединенного среднего возраста может быть вычислена, дав окончательный ответ для одной даты и диапазона с более узким распределением вероятностей (т. Е. Большей точностью) в результате комбинированных измерений. [18]

Байесовские статистические методы могут применяться, когда необходимо откалибровать несколько радиоуглеродных дат. Например, если серия радиоуглеродных дат берется с разных уровней в данной стратиграфической последовательности, байесовский анализ может помочь определить, следует ли отбрасывать некоторые из дат как аномалии, и может использовать эту информацию для улучшения выходных распределений вероятностей. [15]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Тейлор (1987), стр. 133.
  2. ^ a b c Эйткен (1990), стр. 66–67.
  3. ^ Энк, Дж .; Деволт, А .; Debruyne, R .; Король, CE; Treangen, T .; O'Rourke, D .; Зальцберг, SL l; Фишер, Д .; MacPhee, R .; Пойнар, Х. (2011). «Полный митогеном колумбийского мамонта предполагает скрещивание с шерстистыми мамонтами» . Геномная биология . 12 (5): R51. DOI : 10.1186 / ГБ-2011-12-5-r51 . PMC  3219973 . PMID  21627792 .
  4. ^ П. Семаль; А. Хаузер; Х. Ружье; I. Crevecoeur; М. Жермонпре; С. Пирсон; П. Хезартс; C. Jungels; D. Flas; М. Туссен; Б. Мориль; Х. Бочеренс; Т. Хайэм; Я. ван дер Пфлихт (2013). «Радиоуглеродное датирование человеческих останков и связанных с ними археологических материалов». Anthropologica et Præhistorica . 123/2012: 331–356.
  5. ^ а б Реймер, Паула Дж .; и другие. (2013). «Калибровочные кривые возраста радиоуглерода IntCal13 и Marine13 0–50 000 лет кал . Радиоуглерод . 55 (4): 1869–1887. DOI : 10,2458 / azu_js_rc.55.16947 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. Перейти ↑ Taylor (1987), pp. 19–21.
  7. ^ a b Bowman (1995), стр. 16–20.
  8. ^ a b Suess (1970), стр. 303.
  9. ^ a b c d Bowman (1995), стр. 43–49.
  10. Перейти ↑ Reimer, Paula J (2020). «Калибровочная кривая радиоуглеродного возраста в Северном полушарии IntCal20 (0–55 кал. КБП)» . Радиоуглерод . 62 (4): 725–757. DOI : 10,1017 / RDC.2020.41 .
  11. ^ Stuiver, M .; Бразиунас, Т.Ф. (1993). «Моделирование атмосферного14C влияет и14C в возрасте от морских образцов до 10000 г. до н.э.» . Радиоуглеродное . 35 (1):. 137-189 DOI : 10,1017 / S0033822200013874 .
  12. ^ «OxCal» . Оксфордский ускоритель радиоактивного углерода . Оксфордский университет. 23 мая 2014 . Проверено 26 июня 2014 .
  13. ^ a b Stuiver, M .; Реймер, П. Дж. Реймер; Реймер, Р. (2013). «Калибровка радиоуглерода CALIB» . Программа калибровки CALIB 14C . Королевский университет, Белфаст . Проверено 26 июня 2014 .
  14. ^ а б Эйткен (1990), стр. 101.
  15. ↑ a b Walker (2005), стр. 35–37.
  16. Перейти ↑ Aitken (1990), pp. 103-105.
  17. ↑ Walker (2005), стр. 207-209.
  18. Перейти ↑ Gillespie (1986), pp. 30-32.

Библиография [ править ]

  • Эйткен, MJ (1990). Научные знакомства в археологии . Лондон: Лонгман. ISBN 978-0-582-49309-4.
  • Боуман, Шеридан (1995) [1990]. Радиоуглеродные знакомства . Лондон: Издательство Британского музея. ISBN 978-0-7141-2047-8.
  • Гиллеспи, Ричард (1986) [с исправлениями из оригинального издания 1984 года]. Справочник пользователя радиоуглерода . Оксфорд: Комитет археологии Оксфордского университета. ISBN 978-0-947816-03-2.
  • Suess, HE (1970). «Калибровка Bristlecone-сосны радиоуглеродной шкалы времени с 5200 г. до н.э. до настоящего времени». В Olsson, Ingrid U. (ред.). Радиоуглеродные вариации и абсолютная хронология . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. С. 303–311.
  • Тейлор, Р. Э. (1987). Радиоуглеродные знакомства . Лондон: Academic Press. ISBN 978-0-12-433663-6.
  • Уокер, Майк (2005). Методы четвертичного датирования (PDF) . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-470-86927-7. Архивировано из оригинального (PDF) 14 июля 2014 года . Проверено 26 июля 2014 .