Pierwszym pytaniem, jakie nasuwa się na myśl po wykopaniu lub znalezieniu przedmiotu, który zapewne liczy sobie już trochę czasu, jest: ile to może mieć lat?

W przypadku jakiegoś starego aparatu fotograficznego łatwo można oszacować jego wiek na „oko”. Jeżeli znamy model to jesteśmy w stanie poszukać informacji kiedy był on produkowany, a niepewność może wynosić najwyżej kilka lat. Zupełnie inaczej ma się sytuacja, kiedy znajdziemy przedmiot sprzed wielu wieków. Wtedy trzeba się zagłębiać w różnego rodzaju źródła historyczne, które będą w stanie wskazać na okres, kiedy dany artefakt występował, z tym że wtedy niepewność szacowania wieku już znacznie rośnie. Kompletnie bezradni jesteśmy przy odkryciu przedmiotu, którego nie umiemy zidentyfikować, albo gdy wiemy co to za rzecz, ale chcemy upewnić się, czy źródła informacji lub nasze przypuszczenia są prawidłowe.

Ktoś może spytać: czym ta odmiana różni się od takiego węgla, jaki dobrze znamy?

• Po pierwsze węgiel występuje w kilku takich postaciach (izotopach). Ta forma nam najbardziej znana to izotop 12C.
• Po drugie: w kwestii właściwości chemicznych nie ma różnicy między nimi, bo to nadal jest węgiel, niezależnie od tego, która to odmiana.
• Po trzecie: właściwości fizyczne izotopów różnią się. Jedną z różnic są ich masy. Drugą cechą, która je odróżnia od siebie to stabilność. Cecha ta określa jak szybko nastąpi jego rozpad. Są pierwiastki tak niestabilne, że rozpadają się w ciągu ułamków sekund. Oczywiste, że te trwalsze odmiany będą powszechniejsze w przyrodzie.
• Izotopy węgla generalnie należą do stosunkowo stabilnych, ale jedne są stabilniejsze - 12C, a drugie trochę mniej - 14C. Akurat ten ostatni jest trwały na tyle, że potrzeba ok. 5700 lat, aby rozpadowi uległa DOPIERO POŁOWA zgromadzonej masy.

Fragment Całunu Turyńskiego, który był poddawany datowaniu węglowemu.

Kiedy organizm żyje, to nieustannie pochłania węgiel. Przyjmijmy, że dla nas to będzie drzewo. Ten węgiel może być zawarty w dwutlenku węgla- gazie, który rośliny przekształcają w tlen (fotosynteza). Trzeba też pamiętać że organizm pobiera w niewielkim stopniu 14C, bo większość stanowi forma 12C. Węgiel nie obiega tylko w roślinach, gdyż te stanowią pokarm zwierząt i ludzi. W momencie kiedy człowiek zetnie drzewo w celu wykonania narzędzia drewnianego, to ta roślina obumiera i nie prowadzi już fotosyntezy, a to znaczy że nie dociera już do niej węgiel 14C. Zastanówmy się, co się dzieje z ilością tego izotopu jaka się już zgromadziła w drewnie. Zgodnie z tym, o czym była mowa wcześniej, to ulega ona powolnemu rozpadowi i właśnie to jest kluczowe zjawisko dla szacowania wieku przedmiotu metodą datowania radiowęglowego. Otóż specjalnymi technikami określa się stosunek ilości węgla 14C do ilości węgla nie promieniotwórczego 12C na tym drewnianym narzędziu. Znając ten stosunek, a także mając informację, że połowa ilości początkowej tego izotopu ulega rozpadowi po ok. 5700 latach, można oszacować wiek przedmiotu z niepewnością do +/- 200 lat.

Jakie są wady tej metody? Oczywiście datowanie radiowęglowe bazuje na poziomie atomowym, czyli wszelkie zanieczyszczenia mogą powodować błędny pomiar i często zdarzają się absurdalne wyniki. Kolejną istotną wadą jest inwazyjność metody. Pobrana próbka w wyniku badania ulega całkowitemu zniszczeniu.

Inną kwestią jest to, że promieniowanie kosmiczne, które powoduje, że powstawanie odmiany C mogło być w różnych okresach słabsze lub silniejsze, co może również wprowadzać w błąd. Metody tej nie stosuje się, jeżeli przedmiot jest straszy niż 50 000 lat. Powodem tego ograniczenia czasowego, jest to, że ilość C w tak starej rzeczy, może być już nierejestrowalna.

No a jak zadziałało datowanie radiowęglowe na przypadek całunu turyńskiego? Badało go wiele grup i pierwsze wyniki wykonane w ubiegłym wieku stwierdzały, że całun pochodzi z ok. XIII wieku, co oznaczało go jako falsyfikat. Ten wynik stał się powodem licznych sporów, które skończyły się zaledwie kilka lat temu, gdy wyszły na jaw błędy, a mianowicie to, że ktoś chcąc naprawić lniany całun po pożarze  dosztukował ubytki bawełną odpowiednio zmieniając jej wygląd (miało to miejsce w ok. XVII wieku). Na nieszczęście do badań wzięto akurat te nowsze fragmenty. W efekcie ich wynik nie był dobry, aż w końcu zauważono, że testowano nieoryginalną część. Kolejne datowania wykonane kilka lat temu wykazały, że całun faktycznie pochodzi z początków naszej ery.

Pod rozwagę można wziąć jeszcze jedną kwestię: czemu w tych badaniach wykorzystuje się akurat węgiel, a nie inny pierwiastek: tlen, azot czy krzem? Można teoretycznie wykorzystywać inne pierwiastki, z tym że musi to być rozsądny wybór, gdyż nie bierze się pod uwagę pierwiastka, który rozpadnie się w szybkim czasie.

Drugą kwestią jest rozpowszechnienie w przyrodzie. Akurat węgiel jest dosyć powszechny i dobrze obiega materię żywą. Jego związki- węglowodory i ich pochodne stanowią bardzo liczną grupę. Ich badaniem zajmuje się osobny i potężny dział chemii - chemia organiczna. Związki węgla wchodzą w skład narządów organizmów żywych, znaczna część leków jest złożonymi pochodnymi węglowodorów, więc ukazuje się jeszcze jeden mankament tej metody datowania: można szacować tylko wiek przedmiotów organicznych.

Jak widać, w sytuacji gdy źródła historyczne milczą, a znalezisko jest bardzo osobliwe lub nie jesteśmy przekonani co do danych informacji, to w grę wchodzi  już nauka, która podaje nam informacje na ten temat, lecz i te metody są często dalekie od perfekcji. Nie można niestety określić dokładnej historii przedmiotu, ale fakt, że znamy chociażby wiek danej rzeczy już nasuwa na myśl dalsze hipotezy i teorie.

Mariusz Mąkiewicz

1. A. Bielański, „Podstawy chemii nieorganicznej” Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013,
2. M. Stuiver, M., P.J. Reimer, T.F. Braziunas, w: Radiocarbon, 40, 1127-1151, 1998.