Introducere
Datarea cu radiocarbon (RD) a unui eșantion se reduce la măsurarea conținutului de 14C și 13C din ea, introducând o corecție a conținutului de 14C pentru fracționarea izotopilor de carbon (calculat din conținutul de 13C) și calculând vârsta radiocarbonului. Pe baza curbei de calibrare, vârsta radiocarbonului eșantionului este recalculată în calendar. Astfel, fiabilitatea datării radiocarbonului este determinată de fiabilitatea calculării vârstei de radiocarbon a eșantioanelor și de fiabilitatea curbei de calibrare. Ultimul parametru este determinat de fiabilitatea radiocarbonului și a vârstelor calendaristice ale eșantioanelor, care au fost utilizate pentru a construi curba de calibrare și gradul corespondenței sale la variațiile de 14C din atmosfera de CO2 din regiunea în care s-au format probele datate.
Prin fiabilitatea rezultatelor RD, ne referim la gradul și natura corespondenței dintre vârsta estimată și cea reală a eșantioanelor datate. O evaluare experimentală directă a fiabilității rezultatelor RD este fundamental imposibilă. Aceasta este o caracteristică fundamentală a metodei. Astfel, evaluarea fiabilității rezultatelor CD poate fi realizată doar prin metode „indirecte”. Dar fondurile disponibile pentru o astfel de evaluare sunt semnificativ limitate. Putem numi o singură lucrare în care una dintre metodele „indirecte” clasice de evaluare a fiabilității RD este implementată relativ corect - sunt identificați factorii care afectează fiabilitatea datării, sunt estimate erorile introduse de acestea și contribuția totală a factorilor la vârsta calendaristică a eșantioanelor datate. Există un alt grup de metode „indirecte” clasice,pe baza analizei „convergenței” rezultatelor cercetării. Una dintre metodele acestui grup, în raport cu RD, am găsit-o.
Descrierea metodei
Curba de calibrare a RD a fost calculată folosind probe de lemn cu o vârstă cunoscută și reflectă dependența vârstei radiocarbonului de calendar. Are maxime și minime locale, trepte și secțiuni relativ abrupte. De aici rezultă că, cu o distribuție uniformă a eșantioanelor datate de-a lungul scării calendaristice de vârstă, distribuția lor de-a lungul scării de vârstă a radiocarbonului va fi inegală. Vârsta calendaristică a eșantioanelor, pe baza căreia a fost calculată curba de calibrare, este distribuită uniform - după 10 ani. Prin urmare, din curba de calibrare, putem calcula standardul pentru frecvențele vârstei radiocarbonului. Curba de calibrare a RD și a standardului pentru frecvențele de vârstă de radiocarbon sunt prezentate în figura 1.
Figura: 1. Curba de calibrare a datării radiocarbonului și standardul frecvențelor vârstei radiocarbonului.
Standardul pentru frecvențele vârstei de radiocarbon a eșantioanelor este calculat pentru intervale de 100 de ani de radiocarbon. Curba rezultată este foarte diferențiată. Frecvențele variază de la 2 la 29. Există valori maxime și minime distincte. Putem compara standardul cu frecvențele vârstei radiocarbonului a probelor de probe specifice pentru regiuni, tipuri de materiale datate sau laboratoare obținute din bazele de date RD. Ideea din spatele acestei comparații este simplă. Dacă fiabilitatea estimării vârstei de radiocarbon a eșantionului și a curbei de calibrare sunt apropiate, atunci frecvențele reale și de referință ar trebui să coincidă. În acest caz, gradul de coincidență va fi determinat de gradul de conformitate al distribuției efective a vârstei calendaristice a eșantioanelor de pe scara anilor calendaristici până la distribuția lor uniformă. Dacă există nepotriviri de frecvență semnificative,atunci aceasta va însemna că fiabilitatea curbei de calibrare și vârsta radiocarbonului a eșantioanelor unui anumit eșantion sunt diferite. Mai mult, pentru unele cazuri de discrepanțe, este posibilă fundamentarea ipotezelor cu privire la cauzele lor.
Video promotional:
Eficiența metodei este arătată pe exemplul analizei a trei probe de date din RD, pe care le-am numit „SUA-Canada”, „Europa” și „China de Nord”. Probele includ date care se încadrează în intervalul 0-5999 ani BP. Toate frecvențele vârstei radiocarbonului a probelor au fost calculate într-o fereastră de 100 de ani VR.
Eșantion "SUA-Canada"
Eșantionul SUA-Canada a fost compilat din baza de date de pe site-ul web. În eșantion există 22227 de date: 15452 de date în SUA, 6561 de date în Canada și 214 de date în Rusia. Inclusiv: 1438 date de probe de lemn, 12675 - cărbune, 2922 - oase, 2655 - oase de calagen.
Figura: 2. Eșantionul „SUA-Canada”. Comparația frecvențelor de vârstă ale tuturor eșantioanelor din eșantion cu referința.
Figura: 3. Eșantionul „SUA-Canada”. Comparație cu componenta de înaltă frecvență a frecvențelor de vârstă ale tuturor eșantioanelor din eșantion.
Figurile 2 și 3 prezintă o comparație între frecvențele de vârstă și componenta lor de înaltă frecvență a tuturor eșantioanelor din eșantion cu standardul. Se disting trei intervale în funcție de gradul de coincidență calitativă a curbelor. În intervalul A (250-1400 BP ani) acordul este bun, în intervalul B (4200-5950 ani BP) este satisfăcător. În intervalul B (1400-4200 ani BP), nu se observă nicio coincidență.
Figura 4 prezintă un exemplu de modelare a preciziei datării radiocarbonului la frecvențele de vârstă ale tuturor eșantioanelor din eșantionul SUA-Canada pentru intervalul 250-1350 ani BP. Curba de frecvență a modelului este suma componentei de frecvență joasă normalizată a frecvențelor de vârstă ale tuturor probelor din eșantion și a frecvențelor de referință normalizate. Acordul satisfăcător între model și datele reale a fost obținut cu condiția ca 9,2% din date să aibă o precizie aproximativ egală cu precizia curbei de calibrare. Componenta cu frecvență joasă a modelului a fost calculată prin medierea frecvențelor de vârstă ale eșantionului de peste 5 puncte (fereastră de 500 de ani). Pe baza acestui lucru, se poate presupune că exactitatea restului de 90,8% din datele din eșantion nu depășește plus / minus primele sute de ani. Întrucât nu avem un criteriu pentru a distinge de întregul set de datecare au o precizie aproximativ egală cu precizia curbei de calibrare, această din urmă valoare poate fi luată ca exactitatea reală a RD a unei probe particulare într-un anumit interval de timp.
Figura: 4. Eșantionul „SUA-Canada”. Un exemplu de modelare a preciziei datării radiocarbonelor pe baza frecvențelor de vârstă ale tuturor eșantioanelor în intervalul 250-1350 BP.
Frecvențele de datare a cărbunelui coincid calitativ cu frecvențele de referință practic pe întregul interval de analiză (Figura 5). Datele pomului în intervalul 50-3050 ani BP sunt deplasate cu 100 de ani BP în direcția scăderii vârstei radiocarbonului.
Figura: 5. Eșantionul „SUA-Canada”. Comparația frecvențelor vârstei probelor de lemn și cărbune cu standardul.
Figura: 6. Eșantionul „SUA-Canada”. Comparația frecvențelor de vârstă ale probelor osoase și de calagen cu referința.
Frecvențele de datare osoasă sunt pe deplin în concordanță cu frecvențele de datare de calagen (figura 6), cu toate acestea, acestea sunt deplasate în raport cu frecvențele de referință în intervale de timp diferite cu 0-300 de ani BP în direcția creșterii vârstei radiocarbonului.
Figura 7 prezintă o comparație între frecvențele totale reale de datare a lemnului, cărbunelui, oaselor și calagenului și frecvențele corectate pentru schimburi în raport cu standardul. Frecvențele corectate corespund mai bine frecvențelor de referință.
Figura: 7. Eșantionul „SUA-Canada”. Comparația frecvențelor totale reale ale vârstei de probe de lemn, cărbune, oase, calagen și frecvențe corectate pentru schimburi în raport cu standardul.
Eșantion „Europa”
Eșantionul Europa a fost compilat din date de date despre radiocarburi publicate în revista Archaeometry. Eșantionul include numai acele date pentru care este prezentat conținutul din eșantionul 13C. Eșantionul caracterizează toată Europa. „Centrul de greutate” al eșantionului se află în Marea Britanie. Există doar 1168 de date în eșantion. Inclusiv: 83 de date de probe de lemn, 267 - cărbune, 216 - oase de animale, 398 - oase umane, 26 - oase neidentificate, 133 - semințe, 45 - resturi de plante.
Figura: 8. Eșantionul „Europa”. Comparația frecvențelor de vârstă ale tuturor eșantioanelor din eșantion cu referința.
Figura 8 arată o comparație a frecvențelor de întâlnire ale tuturor eșantioanelor din eșantion cu referința. În funcție de gradul de coincidență calitativă a curbelor, se disting 5 intervale. În intervalele A (50-700 ani VR), B (1600-2800 VR ani) și D (5300-5950 ani VR), acordul este satisfăcător. În intervalele B (700-1600 VR ani) și D (2800-5300 VR ani), formele curbelor nu coincid. Trebuie menționat că aceste intervale sunt caracterizate de frecvențe mari de întâlnire. Se văd schimbările de frecvență ale vârstei probelor de lemn și cărbune unul față de celălalt și standard cu plus / minus 100 de ani BP (figura 9). Frecvențele vârstei probelor de oase de animale (figura 10) coincid cu standardul numai în intervalul A (50-1100 ani BP).
Figura: 9. Eșantionul „Europa”. Comparația frecvențelor vârstei probelor de lemn și cărbune cu standardul.
Figura: 10. Eșantion „Europa”. Comparația frecvențelor vârstei eșantioanelor de oase animale cu standardul.
Eșantion "China de Nord"
Eșantionul din China de Nord a fost compilat din baza de date de pe site-ul web. Eșantionul include toate datele siturilor arheologice din nord-vestul (regiunea autonomă Xinjiang Uygur) și China de nord-est (Heilongjiang, Jilin, provinciile Liaoning și regiunea autonomă a Mongoliei interioare) obținute în laboratoarele din Beijing. În total 601 de date. Inclusiv: 169 de probe de lemn, 234 - cărbune, 137 - reziduuri de plante (semințe, paie, stuf, lemn putred, scoarță). Probele rămase sunt reprezentate de oase de animale și om, piele, lână și scoici.
Figura: 11. Exemplu "China de Nord". Comparația frecvențelor de vârstă ale tuturor eșantioanelor de probe și plante rămâne cu standardul.
Figura 11 arată o comparație a frecvențelor de vârstă ale tuturor probelor din eșantionul din China de Nord și reziduurile plantelor cu referința. Calitativ, coincidența formelor curbelor se observă numai în intervalul A (1200-2000 BP ani). Frecvențele vârstei probelor de lemn și cărbune corespund reciproc numai în intervalul 2800-4200 de ani și nu corespund standardului (figura 12). După o schimbare a frecvențelor vârstei lemnului și a cărbunelui cu minus 100 de ani BP, s-a obținut un acord satisfăcător între suma lor și curba de referință (figura 13).
Figura: 12. Proba „China de Nord”. Comparația frecvențelor vârstei probelor de lemn și cărbune cu standardul.
Figura: 13. Exemplu "China de Nord". Comparația frecvențelor de vârstă (reduse cu 100 de ani) de probe de lemn și cărbune cu standardul.
Evaluarea fiabilității curbei de calibrare
Din discrepanța dintre frecvențele de referință și frecvențele reale ale vârstei de radiocarbon a unui anumit eșantion într-un anumit interval de ani de radiocarbon, rezultă că fiabilitatea este scăzută în intervalul de vârstă al radiocarbonului eșantionului și / sau curba de calibrare. Analizând un număr suficient de mare de eșantioane, este posibilă identificarea statistică a intervalelor „suspecte” ale curbei de calibrare. Folosind analiza a trei probe ca exemplu, un astfel de interval poate fi denumit - aproximativ 1700-1900 VR ani (Figura 3, intervalul B1; Figura 8, intervalul B1). Se poate presupune că în acest interval este curba de calibrare care are o fiabilitate redusă.
concluziile
Pe baza rezultatelor analizei a trei probe de vârstă a radiocarbonului probelor prin metoda propusă, se pot trage concluzii metodologice și practice.
Concluzii metodologice
Metoda de evaluare a fiabilității rezultatelor datării radiocarbonelor, bazată pe compararea frecvenței de referință a vârstei radiocarbonului cu frecvențele vârstei radiocarbonului a probelor din bazele de date RD, este simplă, independentă și extrem de eficientă. Pentru a aplica metoda, nu este necesară implicarea datelor a priori pentru RD. Pe baza acestuia, este posibil:
- alocarea în frecvențele vârstei radiocarbonului a probelor de probe specifice, a intervalelor de timp și a clasamentului acestora în funcție de gradul de conformitate cu frecvențele de referință;
- evaluarea exactității determinării vârstei de radiocarbon a probelor pe baza modelării;
- identificarea schimbărilor sistemice în epoca probelor din diferite materiale;
- identificarea zonelor de pe curba de calibrare caracterizate prin fiabilitate relativ redusă.
Atunci când se aplică metoda, se pot utiliza proceduri clasice pentru prelucrarea statistică a tablourilor de date.
Concluzii practice
Datarea cu radiocarburi este în general destul de viabilă. Două întrebări rămân deschise - fiabilitatea obiectivă a întâlnirii și influența factorilor subiectivi asupra rezultatelor datării. Eroarea în determinarea vârstei de radiocarbon a eșantioanelor din eșantionul SUA-Canada pe baza rezultatelor modelării în intervalul de 250-1350 ani BP este plus / minus în primele sute de ani. În alte intervale, eroarea de datare este mai mare decât în intervalul 250-1350 ani BP. Datele diferitelor materiale sunt schimbate unele cu altele cu până la 300 de ani BP, ceea ce dă, de asemenea, o eroare de plus / minus în primele sute de ani. Erorile în determinarea vârstei de radiocarbon a eșantioanelor din eșantioanele din Europa și China de Nord corespund aproximativ erorilor eșantionului din Canada. În intervalul 1700-1900 VR ani, curba de calibrare poate avea o încredere scăzută.
