Uvod
Radiokarbonsko datiranje (RD) vzorca se zmanjša na merjenje vsebnosti 14C in 13C v njem, vnese korekcijo vsebnosti 14C za frakcijo ogljikovih izotopov (izračunano iz vsebnosti 13C) in izračuna radiokarbonske starosti. Na podlagi kalibracijske krivulje se starost ogljikovodika vzorca preračuna v koledar. Tako se zanesljivost radiokarbonskega datiranja določi z zanesljivostjo izračunavanja radiokarbonske starosti vzorcev in zanesljivosti kalibracijske krivulje. Slednji parameter je odvisen od zanesljivosti radiokarbonske in koledarske starosti vzorcev, ki so bili uporabljeni za izdelavo kalibracijske krivulje in stopnje njene ustreznosti spremembam 14C v atmosferi CO2 v regiji, v kateri so bili oblikovani datirani vzorci.
Pod zanesljivostjo rezultatov RD mislimo na stopnjo in naravo ustreznosti med ocenjeno in dejansko starostjo danih vzorcev. Neposredna eksperimentalna ocena zanesljivosti rezultatov RD je v bistvu nemogoča. To je temeljna značilnost metode. Zato je mogoče oceniti zanesljivost rezultatov RD, le z „posrednimi“metodami. Vendar so sredstva za tako oceno znatno omejena. Poimenujemo lahko le eno delo, v katerem je ena od klasičnih "posrednih" metod ocenjevanja zanesljivosti RD relativno sorazmerno izvedena - ugotovljeni so dejavniki, ki vplivajo na zanesljivost zmenkovanja, ocenjujejo napake, ki jih vnašajo, in najdejo skupni prispevek dejavnikov k koledarski starosti datiranih vzorcev. Obstaja še ena skupina klasičnih "posrednih" metod,na podlagi analize "zbliževanja" rezultatov raziskav. Eno od metod te skupine v zvezi z RD smo našli.
Opis metode
Kalibracijska krivulja RD je bila izračunana z uporabo lesnih vzorcev z znano starostjo in odraža odvisnost radiokarbonske starosti od koledarja. Ima lokalne maksime in minime, stopnice in relativno strme odseke. Iz tega izhaja, da bo z enakomerno porazdelitvijo datiranih vzorcev po koledarski starostni lestvici njihova porazdelitev po starostni lestvici ogljikovodikov neenakomerna. Koledarska starost vzorcev, na podlagi katere je bila izračunana kalibracijska krivulja, je enakomerno razporejena - po 10 letih. Zato lahko iz kalibracijske krivulje izračunamo standard za frekvence radiokarbonske starosti vzorcev. Kalibracijska krivulja za RD in standard za radiokarbonske frekvence vzorcev sta prikazana na sliki 1.
Slika: 1. Kalibracijska krivulja datiranja ogljikovodikov in standard frekvence radiokarbonske starosti vzorcev.
Standard za frekvence radiokarbonske starosti vzorcev se izračuna za intervale 100 radiokarbonskih let. Nastala krivulja je zelo diferencirana. Frekvence se gibljejo od 2 do 29. Obstajajo izraziti vrhovi in padci. Standard lahko primerjamo s frekvencami radiokarbonske dobe vzorcev določenih vzorcev za regije, vrste datiranih materialov ali laboratorijev, pridobljenih iz baz podatkov RD. Ideja za to primerjavo je preprosta. Če sta zanesljivost ocene starosti ogljikovodika vzorca in kalibracijske krivulje blizu, potem je treba pričakovati, da bosta dejanski in referenčni frekvenci sovpadali. V tem primeru bo stopnja naključja določena s stopnjo skladnosti dejanske porazdelitve koledarske starosti vzorčnih vzorcev na lestvici koledarskih let z njihovo enakomerno porazdelitvijo. Če obstajajo pomembne neskladnosti frekvenc,potem bo to pomenilo, da sta zanesljivost kalibracijske krivulje in starost ogljikovodikov vzorcev določenega vzorca različni. Poleg tega je za nekatere primere neskladja mogoče utemeljiti hipoteze o njihovih vzrokih.
Promocijski video:
Učinkovitost metode je prikazana na primeru analize treh vzorcev podatkov iz RD, ki smo jih poimenovali "ZDA-Kanada", "Evropa" in "Severna Kitajska". Vzorci vključujejo datume, ki spadajo v interval 0-5999 let BP. Vse frekvence radiokarbonske starosti vzorcev so bile izračunane v oknu 100 VR let.
Vzorec "ZDA in Kanada"
Vzorec ZDA in Kanade je bil sestavljen iz baze podatkov na spletni strani. V vzorcu je 22227 datumov: 15452 datumov v ZDA, 6561 datumov v Kanadi in 214 datumov v Rusiji. Vključno s: 1438 datumi vzorcev lesa, 12675 - oglje, 2922 - kosti, 2655 - kalagenske kosti.
Slika: 2. Vzorec "ZDA-Kanada". Primerjava starostnih frekvenc vseh vzorcev v vzorcu z referenco.
Slika: 3. Vzorec "ZDA-Kanada". Primerjava visokofrekvenčne komponente starostnih frekvenc vseh vzorcev v vzorcu z referenco.
Slika 2 in 3 prikazujeta primerjavo frekvenc starosti in njihove visokofrekvenčne komponente vseh vzorcev v vzorcu s standardom. Tri intervale ločimo glede na stopnjo kvalitativnega sovpadanja krivulj. V intervalu A (250–1400 BP) je sporazum dober, v intervalu B (4200–5950 BP let) zadovoljiv. V intervalu B (1400–4200 BP let) ni naključja.
Slika 4 prikazuje primer modeliranja natančnosti radiokarbonskega datiranja pri starostnih frekvencah vseh vzorcev iz vzorca ZDA in Kanade v intervalu 250-1350 BP let. Modelna frekvenčna krivulja je vsota normalizirane nizkofrekvenčne komponente starostnih frekvenc vseh vzorcev v vzorcu in normaliziranih referenčnih frekvenc. Zadovoljen je bil dogovor med modelom in dejanskimi podatki pod pogojem, da ima 9,2% datumov natančnost, približno enako natančnosti kalibracijske krivulje. Nizkofrekvenčna komponenta modela je bila izračunana s povprečjem frekvenc starosti vzorca nad 5 točk (okno 500 let). Na podlagi tega je mogoče približno domnevati, da natančnost preostalih 90,8% vzorčnih datumov ne presega plus / minus prvih sto let. Ker nimamo merila za razlikovanje od celotnega niza datumovki imajo točnost približno enako natančnosti kalibracijske krivulje, lahko slednjo vrednost vzamemo kot dejansko natančnost RD določenega vzorca v določenem časovnem intervalu.
Slika: 4. Vzorec "ZDA-Kanada". Primer modeliranja natančnosti radiokarbonskega datiranja na podlagi starostnih frekvenc vseh vzorcev v območju 250-1350 BP.
Datirane frekvence premoga kakovostno sovpadajo z referenčnimi frekvencami praktično skozi celoten interval analize (slika 5). Datumi drevesa v območju 50–3050 BP let se premaknejo za 100 BP let v smeri zmanjševanja radiokarbonske starosti.
Slika: 5. Vzorec "ZDA-Kanada". Primerjava pogostosti starosti vzorcev lesa in oglja s standardom.
Slika: 6. Vzorec "ZDA-Kanada". Primerjava starostnih frekvenc vzorcev kosti in kalagena z referenco.
Frekvencije datiranja kosti so popolnoma skladne s frekvencami datiranja kalagena (slika 6), vendar se glede na referenčne frekvence v različnih časovnih intervalih premaknejo za 0-300 BP let v smeri naraščanja radiokarbonske starosti.
Slika 7 prikazuje primerjavo dejanskih skupnih frekvenc datiranja lesa, oglja, kosti in kalagena in frekvenc, popravljenih za premike glede na standard. Popravljene frekvence se bolje ujemajo z referenčnimi frekvencami.
Slika: 7. Vzorec "ZDA-Kanada". Primerjava dejanskih skupnih frekvenc starosti vzorcev lesa, oglja, kosti, kalagena in frekvenc, popravljenih za premike glede na standard.
Vzorec "Evropa"
Vzorec Europa je bil sestavljen iz podatkov o datiranju radiokarbonov, objavljenih v reviji Archaeometry. Vzorec vključuje samo tiste datume, za katere je prikazana vsebnost v vzorcu 13C. Vzorec zaznamuje vso Evropo. "Težišče" vzorca je v Veliki Britaniji. V vzorcu je le 1168 datumov. Vključno z: 83 datumov vzorcev lesa, 267 - oglje, 216 - živalske kosti, 398 - človeške kosti, 26 - neidentificirane kosti, 133 - seme, 45 - rastlinski ostanki.
Slika: 8. Vzorec "Evropa". Primerjava starostnih frekvenc vseh vzorcev v vzorcu z referenco.
Slika 8 prikazuje primerjavo frekvenc datiranja vseh vzorcev v vzorcu z referenco. Glede na stopnjo kvalitativnega naključja krivulj ločimo 5 intervalov. V intervalih A (50–700 VR let), B (1600–2800 VR let) in D (5300–5950 VR let) je sporazum zadovoljiv. V intervalih B (700–1600 VR let) in D (2800–5300 VR let) oblike krivulj ne sovpadajo. Treba je opozoriti, da so za te intervale značilne visoke frekvence zmenkov. Vidni so pogostni premiki starosti vzorcev lesa in oglja glede na drugega in standard za plus / minus 100 let BP (slika 9). Pogostosti starosti vzorcev živalskih kosti (slika 10) sovpadajo s standardom samo v intervalu A (50–1100 BP let).
Slika: 9. Vzorec "Evropa". Primerjava pogostosti starosti vzorcev lesa in oglja s standardom.
Slika: 10. Vzorec "Evropa". Primerjava pogostnosti starosti vzorcev živalskih kosti s standardom.
Vzorec "Severna Kitajska"
Vzorec Severne Kitajske je bil sestavljen iz baze podatkov na spletni strani. Vzorec vključuje vse datume arheoloških najdišč na severozahodu (avtonomna regija Xinjiang Uygur) in severovzhodni Kitajski (Heilongjiang, Jilin, pokrajine Liaoning in avtonomna regija Notranja Mongolija), pridobljenih v laboratorijih v Pekingu. Skupaj 601 datumov. Vključno z: 169 vzorcev lesa, 234 - oglje, 137 - rastlinski ostanki (seme, slama, trst, gnilo lesa, lubje). Preostali vzorci so predstavljeni z živalskimi in človeškimi kostmi, kožo, volno in školjkami.
Slika: 11. Vzorec "Severna Kitajska". Primerjava pogostosti starosti vseh vzorcev vzorca in rastlin ostane s standardom.
Slika 11 prikazuje primerjavo starostnih pogostnosti vseh vzorcev iz vzorca Severne Kitajske in rastlinskih ostankov z referenco. Kakovostno sovpadanje oblik krivulj opazimo le v intervalu A (1200-2000 BP let). Pogostosti starosti vzorcev lesa in oglja ustrezajo drug drugemu le v intervalu 2800-4200 let in ne ustrezajo standardu (slika 12). Po premiku frekvenc starosti lesa in premoga za minus 100 BP let je bilo doseženo zadovoljivo soglasje med njihovo vsoto in referenčno krivuljo (slika 13).
Slika: 12. Vzorec "Severna Kitajska". Primerjava pogostosti starosti vzorcev lesa in oglja s standardom.
Slika: 13. Vzorec "Severna Kitajska". Primerjava starostnih frekvenc (zmanjšanih za 100 let) vzorcev lesa in oglja s standardom.
Ocenjevanje zanesljivosti kalibracijske krivulje
Iz neskladja med referenčnimi frekvencami in dejanskimi frekvencami starosti ogljikovodika določenega vzorca v določenem intervalu radiokarbonskih let izhaja, da zanesljivost ni visoka v intervalu radiokarbonske starosti vzorca in / ali umeritvene krivulje. Z analizo dovolj velikega števila vzorcev je mogoče statistično prepoznati "sumljive" intervale kalibracijske krivulje. Z uporabo analize treh vzorcev kot primera lahko imenujemo en tak interval - približno 1700-1900 VR let (slika 3, interval B1; slika 8, interval B1). Domnevamo lahko, da ima v tem intervalu nizka zanesljivost kalibracijska krivulja.
sklepi
Na podlagi rezultatov analize treh vzorcev radiokarbonske starosti vzorcev po naši predlagani metodi je mogoče izdelati metodološke in praktične zaključke.
Metodološki sklepi
Metoda za ocenjevanje zanesljivosti rezultatov radiokarbonskega datiranja, ki temelji na primerjavi referenčne frekvence radiokarbonske dobe s frekvencami radiokarbonske starosti vzorcev iz baz podatkov RD, je preprosta, neodvisna in zelo učinkovita. Za uporabo metode ni treba vključiti a priori podatkov za RD. Na podlagi tega je mogoče:
- razporeditev vzorcev določenih vzorcev, časovnih intervalov v frekvencah radiokarbonske dobe glede na stopnjo skladnosti z referenčnimi frekvencami;
- ocena natančnosti določitve radiokarbonske starosti vzorcev na podlagi modeliranja;
- prepoznavanje sistemskih premikov v starosti vzorcev različnih materialov;
- prepoznavanje območij na kalibracijski krivulji, za katero je značilna relativno nizka zanesljivost.
Pri uporabi metode se lahko uporabljajo klasični postopki za statistično obdelavo podatkovnih nizov.
Praktični zaključki
Radiokarbonsko datiranje je na splošno precej izvedljivo. Še vedno ostajata odprti dve vprašanji - objektivna zanesljivost zmenkovanja in vpliv subjektivnih dejavnikov na rezultate zmenkov. Napaka pri določanju radiokarbonske starosti vzorcev vzorca "ZDA in Kanada" na podlagi rezultatov modeliranja v intervalu 250-1350 BP let je plus / minus prvih sto let. V drugih intervalih je napaka pri datiranju večja kot v intervalu 250-1350 BP let. Datumi različnih materialov se med seboj pomaknejo za do 300 BP, kar prinaša tudi napako plus / minus prvih sto let. Napake pri določanju radiokarbonske starosti vzorcev iz vzorcev Evrope in Severne Kitajske približno ustrezajo napakam v vzorcu Kanade. V območju od 1700-1900 VR let ima umeritvena krivulja nizko zaupanje.