Dvidešimtojo amžiaus pradžioje prireikė bent dviejų Nobelio premijos vertų darbų, kad žmonija suvoktų tikrąją atomo prigimtį ir struktūrą. Ernestas Rutherfordas detaliai išnagrinėjęs atomo branduolio savybes įrodė jų nestabilumą, skilimą ir prabilo apie transmutacijas, kurių metu susidaro kitas cheminis elementas. Kiek vėliau Frederikas Soddy išsiaiškino, kad to paties cheminio elemento atomai gali būti skirtingų masių – juos mokslininkas pavadino izotopais. O kur dar Nielsas Bohras, atomo modelį papildęs elektrono sąvoka.
Turino drobulės kopija
© AFP/Scanpix

Šių fizikų darbai sukūrė pagrindus amerikiečio fiziko Willardo Franko Libby atradimui, be kurio niekada nebūtų padaryti tokie archeologiniai atradimai:

  • Garsioji Turino drobulė (į kurią, anot legendos, buvo įsuktas Jėzaus Kristaus kūnas) buvo nuausta viduramžiais.
  • Paslaptingi, penkiolikos žmonių palikti ir suakmenėję pėdsakų įspaudai Managvos ežero pakrantėje (Nikaragva) buvo įspausti prieš 2100 metų. 
  • Chauvet urvo (Pietų Prancūzija) priešistoriniai sienų piešiniai buvo sukurti prieš 27 000 - 26 000 metų, kitose urvo vietose prieš 32 000 – 30 000 metų. 
  • Meksikos užlietame Naranjal urve rastas moters skeletas (kuriam archeologai davė Naherono Ievos vardą) yra 13 600 metų senumo – tikėtina, kad ji buvo viena pirmųjų Naujojo Pasaulio kolonizatorių iš Šiaurės Azijos.

Užtenka vieno neutrono…

Tam, kad būtų tinkamai suprastos šių archeologinių atradimų aplinkybės, reikėtų prisiminti, jog atomų branduoliai sudaryti iš protonų ir neutronų. 1918 metais protonus atrado Ernestas Rutherfordas. Tuomet paaiškėjo, kad protonų skaičius cheminio elemento atomo branduolyje nurodo elemento rūšį. Pavyzdžiui, anglies branduoliai savo sudėtyje turi 6 protonus, jei pridėtume dar vieną, gautume azotą, kurio branduolys sudarytas iš 7 protonų. Paprastai cheminio elemento atomų branduoliuose protonų skaičius nesikeičia, tačiau šalia protonų pūpso neutronai. Jų ir protonų skaičiaus suma nurodo elemento atominę masę. Anglies branduolį sudaro 6 protonai ir 6 neutronai – tai 12C – stabilusis anglies izotopas. F. Soddy bandymų metu pastebėjo, jog kai kurių elementų branduoliuose neutronų skaičius kinta. Reiškia, kad prie 6 anglies protonų, gali prisijungti 8 neutronai ir tai bus 14C – radioaktyvusis anglies izotopas. Tokios dalelės branduolys yra nestabilus ir bėgant laikui gali keistis bei virsti kito cheminio elemento dalele. Panašūs procesai gamtoje vyksta nuolatos.

Willardas Libby žinojo, kad pro žemės atmosferą prasiskverbianti kosminė radiacija veikia mūsų planetoje esančią anglį ir azotą. Kosminiai spinduliai vieną azoto atomo protoną paverčia neutronu. Šio proceso metu azotas virsta radioaktyviosios anglies izotopu 14C. Anglis dalyvauja visuose gyvybiniuose procesuose, nes augalai šį elementą naudoja fotosintezės metu. Į augalus patenka, ne tik anglimi virtęs azotas (14C), bet ir „tradiciniai“ anglies atomai 12C. Kadangi augalai sudaro ekologinės piramidės pagrindą, anglies izotopai įsitvirtina visuose gyvuosiuose organizmuose. Po jų mirties nestabilus 14C izotopas pradeda skilimo procesą – jo branduolys netenka vieno protono ir virsta azoto izotopu (14N). Kuo daugiau laiko prabėga, tuo daugiau nestabilių anglies atomų virsta azotu.

F. Libby kilo geniali mintis – organinių medžiagų sudėtyje skaičiuoti skylančių 14C izotopų kiekį ir lyginti su stabilių 12C izotopų kiekiu. W. Libby žinojo, kokiu greičiu skyla 14C, todėl tikėjosi, kad toks metodas gali padėti nustatyti organinės kilmės objektų amžių.

Apie atradimą žmona sužinojo paskutinė

Plėtodamas radioaktyvios anglies datavimo metodą savo dienoraštyje W. Libby rašė: „Turiu būti pakankamai protingas, kad apie tai nešnekėčiau garsiai. Tai pernelyg beprotiška, kad būtų tiesa“. Mokslininkas manė, kad visuomenės akyse galimybė nustatyti tikslų tūkstančius metų menančių daiktų amžių atrodys nerimtai ir pakenks jo kitų vykdomų projektų finansavimui. W. Libby žmona apie radioaktyviosios anglies datavimą sužinojo tik tada, kai darbas buvo paskelbtas ir visuotinai pripažintas. Žiniasklaidai ji sakė: „Jis niekam nepasakojo apie savo darbo tikslą – metodą, kuris gali atskleisti tikrąją civilizacijos istoriją. Regis aš apie tai sužinojau paskutinė“.

Savo teisumu F. Libby įsitikino atlikęs kontrolinį bandymą su raudonmedžio ir kėnio mėginiais, kurių tikslus amžius buvo nustatytas pagal kamienų rieves. Vėliau chemikas atliko pirmąjį priešistorinio mėginio datavimą. Tai buvo pleistoceno tinginio išmatų krūvelė.

Archeologinių atradimų datavimai, nustatyti ar patikslinti naudojant radioaktyvios anglies metodą skaičiuojami nuo 1950-jų metų. Tai reiškia, kad 1950-tieji, o ne Kristaus gimimas, laikomi chronologinės atskaitos tašku. Tokią datą lydi „BP“ trumpinys, kuris iš anglų kalbos reiškia „Before Present“. Mokslininkai šiuos metus pasirinko, nes kaip tik tada buvo publikuota pirmoji, radioaktyviosios anglies datavimo metodu paremta publikacija. Ir todėl, kad vėliau vykdyti intensyvūs branduolinių ginklų testavimai pakeitė izotopų 14C ir 12C santykius visoje planetoje. Ironiška, nes pats W.F. Libby 1941 metais dalyvavo „Manheteno projekte“, prisidėdamas prie pirmųjų branduolinių ginklų kūrimo. Dėl savo indėlio į branduolinių ginklų kūrimą tarptautinė bendruomenė jį vertino gana prieštaringai. Jis pats buvo įsitikinęs, kad natūralus radiacinis fonas gyviesiems organizmams daro daugiau žalos, nei tas, kurį palieka branduolinių ginklų bandymai.

Datavimas pagal izotopus nustatomas ir Lietuvoje

Lietuvoje datavimas pasitelkus radioaktyvios anglies 14C izotopą vykdomas nuo septintojo dešimtmečio vidurio. „Iš pradžių Sovietų Sąjungoje šiam reikalui buvo įkurtos laboratorijos Maskvoje ir Sankt Peterburge. Vėliau mokslininkai iš Sankt Peterburgo padėjo įkurti pirmąją laboratoriją pas mus. Šiandien datuojame ne tik Lietuvoje, bet ir užsienyje surinktus mėginius“ – sakė Gamtos tyrimų centro Radioizotopinių tyrimų laboratorijos vadovas prof. habil. dr. Jonas Mažeika.

Jonas Mažeika sako, kad į jų laboratoriją plūsta medienos, anglių, pelenų, žolinės augmenijos, grūdų, pelkių nuosėdų mėginiai. Visų jų cheminėje sudėtyje yra atmosferinės kilmės anglies, kuri fotosintezės metu patenka į augalus ir kitus gyvuosius organizmus.

„Tenka datuoti ir poledynmečio faunos atstovų kaulus. Pavyzdžiui, mamutų, taurų ir kitų stuburinių“ – priduria profesorius.

Pasaulyje taikomi du pagrindiniai datavimo pagal 14C izotopą metodai. Vienam jų reikia vos kelių miligramų anglies tiriamo objekto pavyzdyje, kitam kelių gramų. Vilniuje įsikūrusioje radioizotopinių tyrimų laboratorijoje naudojamas pastarasis metodas. Reiškia, kad medinio radinio amžių norintys nustatyti archeologai profesoriui Jonui Mažeikai turi pristatyti nemažesnį nei dešimties gramų mėginį.

„Visas procesas gana sudėtingas. Paprastai paaiškinti irgi sudėtinga: iš pradžių mėginį turime apvalyti fiziškai, nuo nereikalingų priemaišų. Vėliau vyksta fizikinis-cheminis paruošimas – plovimas įvairiais rūgščių, šarmų mišiniais, kaitinant, praplaunant distiliuotu vandeniu. Visa tai užtrunka apie vieną darbo dieną. Vėliau viską džioviname aukštoje temperatūroje ir pradedame iš mėginyje esančios anglies išgaudinėti ličio karbidus. Susintezavus ličio karbidą reikia gaut acetileno dujas – C2H2. Jas apvalome su azotu, vakuume. Tada gauname galutinę formą – benzeną (C6H6). Tada benzenas supilamas į specialius indelius ir matuojamas su skystų scintiliatorių spektrometru. Šis prietaisas registruoja anglies atomų skleidžiamų beta dalelių energiją ir intensyvumą. Tai išmatavę palyginame su foniniais mėginiais ir, naudodami specialias formules, kurios pagrįstos skilimo dėsniais, suskaičiuojamas fizikinis 14C amžius, o vėliau kompiuterinės programos, įvertinusios įvairius geofizikinius ir geocheminius reiškinius nustato kalibruotą mėginio amžių“ – pasakojo prof. J. Mažeika.

Lietuvoje šiuos tyrimus vykdo vienintelė laboratorija. Jos atliekamo datavimo pagal 14C anglies izotopą paklaida svyruoja nuo 30 iki 80 metų (+/-), todėl viduramžių ir vėlesnių istorinių laikotarpių tyrimams toks datavimas netinka. Tačiau patenkina ankstyvesnius istorijos laikotarpius, priešistorę ir geologinę praeitį tiriančių mokslininkų poreikius.

Willardas Frankas Libby, sumąstęs „skaičiuoti“ radioaktyvios anglies izotopus ir pagal jų kiekį nustatyti objekto amžių su Nobelio chemijos diplomu bei medaliu 1960 metais gavo ir solidžią pinigų sumą. Šiandien, vieno mėginio datavimas Lietuvos laboratorijoje pagal W. Libby išrastą metodą kainuoja apie vos 580 litų.

Griežtai draudžiama DELFI paskelbtą informaciją panaudoti kitose interneto svetainėse, žiniasklaidos priemonėse ar kitur arba platinti mūsų medžiagą kuriuo nors pavidalu be sutikimo, o jei sutikimas gautas, būtina nurodyti DELFI kaip šaltinį.
Parašykite savo nuomonę
arba diskutuokite anonimiškai čia
Skelbdami savo nuomonę, Jūs sutinkate su taisyklėmis
Rodyti diskusiją Rodyti diskusiją

Top naujienos

Savaitės pradžioje Lietuvos orus lems ciklonas (10)

Pirmadienio dieną Lietuva pateks į šilčiausiąją šio ciklono dalį. Aukščiausia temperatūra...

Netikros aukštosios mokyklos vilioja studentus valstybės nepripažįstamais bakalauro ir magistro diplomais (54)

Įstaigos pavadinime – užuomina į aukštąjį mokslą, žadami bakalauro ir magistro diplomai...

Parduotuvės vadovas apie krentančius pardavimus: kažkas jaučiasi, bet nežinau tik kas (523)

Tiek Lietuvoje, tiek Europoje kalbama, kad šiuo metu yra ekonominis pakilimas.

Kraupios pliušiniais žaislais nuklotos vaikų kapinės: ten patekus norisi sukalbėti visas maldas, kurias moki (27)

Ilgas žvyrkelis. Šalia jo – sena, medinė, išvirtusi tvora. Aplink matosi kelios trobelės,...

Lietuvius gluminusi mada viešumoje „puoštis“ kojinėmis bei šlepetėmis pasiekė ir Kanye Westą: taip apsiavęs atvyko į vestuves (6)

Amerikiečių reperis Kanye Westas garsėja ambicijomis mados ir dizaino srityje. Jam neretai tenka...

Šio diktatoriaus tironija sunkiai protu suvokiama: po masinės egzekucijos prancūzams trūko kantrybė prabangiose vilose – kraupūs radiniai (119)

Centrinė Afrikos Respublika ( CAR ), nepaisant neapsakomai gausių gamtinių išteklių, išlieka...

Ką reiškia mėlynių spalvos ir kada reikėtų susirūpinti? (1)

Mėlynių atsiranda, kai pažeidžiamos po oda esančios smulkios kraujagyslės. Bėgant laikui,...

Laikantis Viduržemio jūros regiono dietos pagerėja sveikata: egzotiška mityba lengvai suderinama su lietuviška (96)

Jeigu norite valgyti kaip tikras Viduržemio jūros regiono gyventojas, pasirodo, visai nereikia...

Pasitikrinkite: specialistė pasakė, ką turi mokėti 2–5 metų vaikai (8)

Tėvams labiausiai rūpi, kad vaikas džiaugtųsi vaikyste, aktyviai dalyvautų socialiniame gyvenime,...