Fizika datovanja:
Starost leda i vode

Simultana primena saznanja iz više fizičkih nauka omogućuje razvoj velikog broja novih, naprednih tehnika datovanja, tako da nijedan materijal više ne može sakriti svoje godine. Poslednja istraživanja pokazuju da se može odrediti čak i starost vode

"Koliko imaš godina?" Uobičajeno pitanje na koje se često dobija lažan odgovor. Mada postoje bizarni primeri ljudi čije su godine ostale tajna sve do njihove smrti, ipak je, uz malo truda, moguće sasvim lako ustanoviti koliko je staro bilo koje ljudsko biće. Očigledno da je znatno teži zadatak utvrđivanje starosti neživih predmeta. Arheolozi, istoričari umetnosti ili pak paleontolozi i geolozi – neprestano suočeni sa takvim zadatkom – nemaju previše izbora, naročito ako postoji potreba da se vreme nastanka starih umetnina, arheoloških predmeta, geoloških ili kulturnih slojeva u zemljinom tlu, utvrdi sa velikom preciznošću. Kamen koji je upitan za svoje godine, verovatno neće dati lažne podatke, ali ni bilo koje druge. S druge strane, geolog koga zanima starost neke sedimentne stene ipak može primeniti takozvano uporedno datovanje, čime će, na osnovu sličnosti sa stenjem čija je starost već poznata, približno odrediti bar relativno vreme njenog nastanka. Za pouzdano utvrđivanje konkretnog broja godina proteklih od nastanka neke stene, što se naziva apsolutnim datovanjem, ne može se zaobići primena saznanja iz fizike. Srećom, intenzivan razvoj fizike datovanja poslednjih godina, omogućuje da se sa velikom pouzdanošću utvrđuje starost praktično svih vrsta materijala.

POKVARENI UGLJENIČNI SAT: Različiti materijali zahtevaju različite tehnike datovanja. Metali ili stene najčešće se datuju nekom od brojnih tehnika izotopskog datovanja, zasnovanih na osobini radioaktivnih izotopa – kakvih u ispitivanim metalima obično ima bar u tragovima – da se s vremenom postepeno raspadaju. Za utvrđivanje starosti umetničke keramike ili drugih arheoloških predmeta koji su nastali pečenjem gline, obično se koriste termoluminiscentni testovi, o kojim je "Vreme" već detaljno pisalo (novi broj 656). Starost fosila i drugih materijala organskog porekla kao što su kosti, drvo ili čak, vlakna starih knjiga i umetničkih slika, određuje se vrlo popularnom metodom radioaktivnog ugljenika C14. Ovu tehniku otkrio je 1946. godine američki fizičar Vilard Libi (Willard F. Libby, 1908–1980), a metoda se od tada neprestano razvija i usavršava, tako da se lako i relativno jeftino koristiti u mnogim prilikama. Još je Vilfrid Libi uviđao kako pouzdanost metode zavisi od toga da li je nivo radioaktivnog ugljenika u atmosferi bio konstantan u prošlosti. Intenzitet kosmičkog zračenja koje izaziva stvaranje radioaktivnog ugljenika menjao se tokom istorije planete, pa se menjala i ukupna količina C14 atoma u atmosferi. Ustanovljeno je da se njegov nivo održavao konstantnim tokom poslednjih 50.000 godina, uz manje fluktuacije koje su se mogle otkloniti korekcijama prilikom datovanja. Zato se takozvani "ugljenični sat" do skoro smatrao najpouzdanijom tehnikom datovanja fosila s kraja geološke epohe pleistocena i arheoloških iskopina starih između 500 i 50.000 godina. Međutim, 2001. godine došlo se do šokantnog otkrića. Fizičar Varen Bek (Warren Beck) sa Univerziteta u Arizoni, SAD, ustanovio je da količina C14 uopšte nije bila konstanta, kako se ranije mislilo. Tokom perioda od pre 44.000 do pre 11.000 godina koncentracija C14 atoma bila je duplo veća nego danas. U svom istraživanju, Bek je ispitivao pola metra duge stalagmite nastale u ovom periodu u pećinama na Bahamima. Stvoreni taloženjem kalcijum karbonata, pri isparavanju ugljen-dioksida stalagmiti sadrže i radioaktivni ugljenik C14, ali duplo veće koncentracije nego što se pre ovog istraživanja očekivalo. Ovaj dragoceni rezultat omogućio je da se izvrše neophodne korekcije pri datovanju radio-ugljeničnom metodom, što ne znači da je "ugljenični sat" sasvim pokvaren, ali je, očigledno, mnogo manje pouzdan nego što se mislilo. Sve to nagoni fizičare da tragaju za tehnikama datovanja nekih novih materijala, između ostalih i – vode.

OPTIČKA ZAMKA: Odavno je uočeno da bi izotop kriptona Kr81 mogao biti vrlo koristan za stvaranje nove tehnike datovanja. Nalik ugljeniku C14, on nastaje pri interakciji kosmičkih zraka sa česticama u višim slojevima atmosfere, ali potom lagano pada na zemlju i taloži se u slojevima leda, okeanima i plitkim površinskim vodama. Uz pomoć kriptona Kr81 može se izvršiti datovanje vode ili leda. Za to je potrebno izmeriti odbroj atoma Kr81 u uzorku vode. Starost ovog uzorka izračunava se na osnovu odnosa odbroja kriptona u uzorku sa odbrojom u atmosferi. Nevolja je što kripton Kr81 ima izuzetno malu koncentraciju, tako da su za bilo kakvo merenje potrebni ogromni uzorci. Prilikom jednog pokušaja da se datuje voda u Australiji, naučnici su upotrebili čak 16 tona vode kako bi ulovili svega 0,5 mililitara kriptona potrebnog za analizu. Međutim, skorašnji razvoj magneto-optičkih zamki ili trepova, omogućio je da se ovaj problem reši na elegantan način. Okupljeni u projektu ATTA (Atom Trap Trace Analysis), američki fizičari su prošlog meseca sa uspehom razvili metod datovanja vode koji zahteva svega dve tone vode u uzorku. Realizovana pomoću lasera, magnetno-optička zamka konstruisana pri ATTA projektu, u stanju je da ulovi pojedinačni atom Kr81 za svega 100 milisekundi, pomoću čega se izdvaja od 50 do 178 mikrolitara kriptona, tako da se preciznije izračunava odbroj atoma, a potom i starost uzorka. Ova tehnika datovanja vode imaće široku primenu u geologiji i nauci o klimi. Prva upotreba pokazala je kako se voda iz jednog bunara u Zapadnoegipatskoj pustinji nalazi pod zemljom pola miliona godina. Uz pomoć ATTA uređaja mogu se proučavati glečeri, kao i drevni polarni led, što je izuzetno značajno za bolje razumevanje procesa globalnog otopljavanja. S druge strane, ovaj metoda upotrebom magneto-optičkih zamki, pokazuje da se u razvoju novih tehnika datovanja koriste i sasvim sveža dostignuća fizike. Pritom, datovanje više nije vezano isključivo za nuklearnu fiziku, kako je to dosad bilo uobičajeno, već se oslanja i na sve ostale fizičke nauke. Zanimljivo je da je jedan novi metod za datovanje materijala načinjenih od olova baziran na fizici niskih temperatura.

SUPERPROVODNO OLOVO: Starost rude i predmeta od olova može se znatno pouzdanije ustanoviti na osnovu procesa korozije, nego na osnovu izotopske analize. Sa protokom vremena u predmetima od olova nastaju olovni oksidi i olovni karbonati, koji se vrlo sporo i ravnomerno talože, a njihova količina može da kaže koliko je star olovni predmet. Međutim, nemogućnost da se korozija odvoji ili precizno izmeri masa čistog olova u arheološkom predmetu, a da se predmet ne ošteti, ranije je sprečavala fizičare i arheologe da datuju olovo na ovaj način. Koristeći olovne uzorke sa arheološkog nalazišta Tel Dor u Izraelu, Simon Rajč sa Vajcman instituta u Izraelu i njegove kolege pribegli su novim saznanjima fizike o osobinama olova na izuzetno niskim temperaturama. Olovo postaje superprovodno na temperaturi ispod 7,2 k (-265,90c), zbog čega se njegova magnetizacija u magnetnom polju značajno povećava, dok produkti korozije nemaju ovu osobinu. Rajč i njegove kolege postavili su uzorke u magnetno polje i merenjem magnetizacije na temperaturi ispod koje čisto olovo postaje superprovodno, odredili masu čistog olova, koju su potom oduzeli od ukupne mase. Time je dobijena masa nataloženih produkata korozije, pa tako i broj godina potreban da se produkti natalože, to jest starost olovnih predmeta.

SOLOMONOVA PLOČA: Čak ni upotreba osobina superprovodnosti za postupak datovanja više nije preterano neobična. Razvoj stalno novih, naprednijih tehnika datovanja je svakodnevni zadatak za fiziku. Takav tempo, osim razvoja fizike, donekle diktiraju i prodavci umetnina. Lažno predstavljanje godina starosti, ta čisto ljudska osobina, ponekad se odnosi i na lažne antikvitete, koje falsifikatori obično pokušavaju da prodaju za ogromne sume. Međutim, pouzdano utvrđivanje godina starosti onemogućuje preprodaju falsifikovanih artefakata. Posle razotkrivanja velike afere koja se prethodne godine u Izraelu dogodila sa lažnom Solomonovom tablom, navodnim dokazom biblijskog teksta, testovi datovanja će verovatno postati preduslov za priznavanje autentičnosti bilo kog arheološkog nalaza. Organizovana mreža falsifikatora toliko je dobro pripremila prevaru i tek je drugi test datovanja pokazao da ploča, procenjena na deset miliona dolara, nije načinjena pre 3000 godina, kada je podignut Solomonov hram, već da je napravljena od običnog kamena iz jedne krstaške tvrđave. Inače, prodavci keramike već danas ne mogu da obave kupoprodaju ako nemaju potvrdu da je keramički artefakt prošao test termoluminiscentnog datovanja. Ovi testovi mahom se obavljaju na univerzitetima i fizičkim institutima, ali su neki fizičari osnovali i specijalizovane kompanije za datovanje. Takve registrovane laboratorije obave nekoliko hiljada testova godišnje, vrlo često za najveće trgovce umetničkih dela kao što su Sotebi ili Kristi.

Slobodan Bubnjević

Disk bez porekla Početkom 2001. godine za njega se na crnom tržištu tražilo 250.000 funti. Kada je doktor Harald Meler postavljen za upravnika Muzeja u Haleu, pokazana mu je fotografija čudnovatog metalnog diska, veličine 30 centimetara u prečniku, ukrašenog zlatnim predstavama Sunca, Meseca i 32 zvezde. Navodno iskovan još u bronzano doba, predmet je iskopan noću usred šume 180 kilometara južno od Berlina, nedaleko od nemačkog grada Nebre, zbog čega je već bio poznat kao "disk iz Nebre". Posle punih godinu dana dramatične istrage, doktor Meler je uz pomoć švajcarske policije ulovio posednike diska u hotelu Hilton u Bazelu. Međutim, tek kada je disk prenet u Muzej u Haleu, za arheologe su nastale dileme. Disk bez porekla, pronađen u čudnim okolnostima, mimo bilo kakvog akademskog istraživanja, nije se mogao smatrati relevantnom iskopinom. Zato su pozvani stručnjaci za datovanje. Doktor Hajnrih Vunderlih je uz pomoć kristalografskih metoda ispitao sloj korozije koji je vremenom nastao na površini bakarnog diska. Ovi testovi kao i neki potonji, potvrdili su pretpostavke da je disk star 3600 godina. To je disk iz Nebre učinilo jednim od najznačajnijih otkrića poslednje decenije, pošto se pokazalo postojanje razvijene civilizacije na evropskom tlu, znatno ranije nego što se mislilo. Zvezdana mapa, ucrtana na disku, smatra se najstarijom koju je čovek napravio – nastala je punih 200 godina pre nego što su to učinili stari Egipćani.