Do czego potrzebny jest konwencjonalny wiek radiowęglowy?

Adam Walanus

Bezwładność myśli, ludzka cecha codzienna dotyczy i działalności naukowej. Bezwładność, jako ślepa cecha przyrody nie podlega ocenie, w przypadku aktywności ludzkiej ma pozytywny i negatywny wymiar. Pozytywny, gdy pozwala unikać zaprzątania sobie głowy nowinkami, które nie wytrzymują próby czasu, negatywny, gdy trwanie przy nieaktualnym poglądzie trwa dziesięć i więcej lat. Przy dzisiejszym tempie publikowania 10 lat jest pewnie wystarczającą cezurą. Otóż „dopiero co”, w roku 2004 zamieniono starą krzywą kalibracyjną (INTCAL 98, Stuiver i inni, 1998) na nową (INTCAL 04, Reimer i inni 2004). Zamiana ta udoskonaliła coś, co złe nie było. Od roku 1998, roku opublikowania, gotowej oczywiście znacznie wcześniej krzywej kalibracyjnej mija akurat 10 lat.

Co to jest metoda radiowęglowa datowania. Jest to metoda służąca do datowania. Co to jest datowanie? To określanie (wyznaczenie, pomiar?) daty pewnego zdarzenia. W przypadku metody ¹⁴C będzie to na przykład rok zebrania zboża, którego ziarna przesłano do laboratorium. W życiu codziennym data to np. 14 grudnia 2007. W kontekście ¹⁴C, datą będzie określenie pozycji w czasie z dokładnością, czasem i do tysiąca lat. Moment czasu, cięcie przez czas, migawkowe zdjęcie, określić można i do sekundy, a w astrofizyce i do miliardowej części sekundy. Dokładność daty nie może być istotnym wyróżnikiem. Data, to data, to pozycja na osi czasu, a czas jest jeden (w ramach Ziemi, a nawet i Galaktyki).

Żeby podać datę trzeba określić umowny punkt czasowy, zero osi czasu. W przypadku zapisu „14 grudnia 2007” punktem tym jest rok zerowy, przełom BC/AD.

Radiowęglowa metoda datowania, na początku traktowana była (i była w istocie) jako metoda pomiaru wieku próbki, czyli czasu jaki minął od „powstania” próbki do „teraz”. („Powstanie” próbki – to jej obumarcie, a „teraz” to moment pomiaru.) Wiek to nie data, w innym niż zwykle w geochronologii używanym sensie, wiek ma charakter „pływający” – człowiek w średnim wieku jest pojęciem ogólnym, które dotyczyć może postaci z historycznej powieści. Wiek to odstęp czasu potrzebny na rozpadnięcie się np. połowy atomów ¹⁴C, czyli 5730 lat. Fizycy znają tzw. okres połowicznego zaniku izotopu węgla ¹⁴C i dlatego czas ów można wyznaczyć, mierząc ilość ¹⁴C w próbce. Trzeba jednak znać początkową ilość ¹⁴C w próbce, w momencie jej „powstania”. Tu jest kłopot, skąd mamy wiedzieć jak to było 5000 lat temu? Są dwa rozwiązania, po pierwsze można założyć, że zawsze było tak samo (zasada aktualizmu), lepiej jednak zmierzyć ¹⁴C w próbkach o znanym wieku i odpowiednio rzecz przeliczyć. Tak do ¹⁴C weszła dendrochronologia.

Kalibracja metody radiowęglowej stała się koniecznością bardzo szybko, w miarę rozwoju techniki pomiaru koncentracji ¹⁴C i zmniejszenia błędu pomiarowego. Od momentu wykalibrowania metody nieistotna staje się rzeczywista wartość okresu połowicznego zaniku. Metoda przestaje wtedy być metodą pomiaru wieku, a staje się metodą datowania. Datowania, czyli wyznaczania punktu (niestety raczej stuletniej szerokości) na osi czasu, wskazywania, że próbka pochodzi z tego czasu, gdy powstawał ten, a nie inny słój dębu, a kiedy ten narastał, dobrze wiemy. Trzeba jeszcze raz podkreślić, że niestety nie daje się przypisać próbki do konkretnego słoja (roku BC/AD), wynikiem datowania jest seria prawdopodobieństw, że próbka pochodzi z konkretnego roku z pewnego zakresu lat.

Czy kalibracja metody należy do metody. Oczywiście należy. Nikogo (niemal nikogo) nie interesuje koncentracja ¹⁴C w próbce. Zlecenie jest na datowanie brzmi: „Prosze wydatować próbkę” – w domyśle, proszę to zrobić jak najlepiej, czyli z wykorzystanie wszystkich osiągnięć nauki, a więc i krzywej kalibracyjnej, której używanie jest darmowe. Taka jest idea, diabeł tkwi w szczegółach. Krzywa kalibracyjna jest znacznie bardziej skomplikowana niż jakakolwiek inna krzywa kalibracyjna, jakiejkolwiek innej metody pomiarowej (Walanus 2005, Walanus, Goslar 2004). Rozkład normalny prawdopodobieństwa, opisujący wynik pomiaru koncentracji ¹⁴C w próbce, transformuje się na rozkład czasu, czyli daty próbki w taki sposób, że wynik ma bardzo skomplikowaną postać. Osobnym zagadnieniem jest, czy można uprościć rzecz, podając jako wynik jedynie dwie granice obejmujące prawdopodobieństwo 95%. W 99,5% przypadków (zdaniem autora) można (Walanus 2006, Walanus, Nalepka 2004, Walanus, Nalepka 2005). Jeżeliby jednak pominąć tę kwestię, to końcowym wynikiem datowania próbki jest pełny rozkład prawdopodobieństwa (tzw. kalibrowany), podawany często przez archeologów in extenso, w postaci wykresu. Jednak fakt, że końcowy wynik to skomplikowany wykres, skłania do pozostawiania w dokumentacji wyniku pomiaru koncentracji ¹⁴C, przeliczonego na tzw. konwencjonalny wiek ¹⁴C. W tej sytuacji wystarczają dwie, standardowe liczby, wartość i jej błąd (wartość oczekiwana rozkładu normalnego i jego dyspersja - sigma). Do przeliczenia daty konwencjonalnej na datę właściwą (astronomiczną, kalendarzową, kalibrowaną) wystarcza krzywa kalibracyjna.

Nie jest interesującym pytaniem, czy należy w dokumentacji zachowywać daty konwencjonalne. Należy je zapisać, tak jak i wiele innych danych, szczególnie o samej próbce wysłanej do datowania i o jej preparatyce w laboratorium. Ciekawe jest natomiast pytanie, dlaczego ciągle daty te pojawiają się w końcowych interpretacjach jako wynik datowania. Dlaczego w pracach przyrodniczych (rzadziej archeologicznych) widzi się ciągle „oś czasu radiowęglowego”. Oś taka rysowana jest często równolegle z prawdziwą osią czasu, co w dużym przybliżeniu jest możliwe, ale tylko dla ogólnej orientacji. Jak wiadomo, jak widać, patrząc na krzywą kalibracyjną, nie ma jednoznacznej relacji między tymi dwoma „wiekami”. W takiej sytuacji, w oczywisty sposób wiek konwencjonalny przegrywa ze zwykłą osią najzwyklejszego czasu.

Nawet kwestia dokumentacji nie jest jednak zupełnie jasna. Na pytanie, czy z końcowego wyniku datowania, wyrażonego za pomocą dwóch liczb można wrócić (w razie jakiejś potrzeby) do wieku konwencjonalnego, odpowiedzieć należy: tak, z sensowną dokładnością można, aczkolwiek procedura nie jest bezpośrednia, jest iteracyjna. Nie jest kwestią czy warto zachować dwie liczby daty konwencjonalnej, czy jest dość miejsca na dyskach komputerów, a jedynie, czy data ta nie „pomyli” się komuś z końcowym wynikiem datowania. Czy ktoś zapisu 1230±40 BP nie weźmie za prawdę, podczas gdy będzie to data konwencjonalna. Tym bardziej, że „punktu zerowego” 1950 AD używa się również w odniesieniu do właściwego wyniku datowania, podając np. wynik 1265-1061 BP.

Zagadnienie używania punktu odniesienia BP, czy BC/AD nie dotyczy bezpośrednio omawianej tu kwestii szkodliwości posługiwania się w geografii, geologii czy paleobiologii wiekiem radiowęglowym, jest jednak z nim splątane. Otóż fizycy, w początkach rozwoju metody, w połowie ubiegłego wieku, w swej skromności zapewne (nie chcąc wybiegać zbytnio w przyszłość) jako chwilę odniesienia wybrali, względnie „równy” rok 1950, zamiast 2000, co znacznie ułatwiłoby dziś przeliczanie w pamięci BP na BC/AD. Pamiętać trzeba, że na początku była to metoda wyznaczania wieku, a nie datowania, dlatego potrzebne było by umowny punkt zerowy był jak najbliżej „teraz”. Oczywiście pisanie, na przykład 10000 BC jest już trochę niezręczne, a sto tysięcy lat BC (termoluminescencja) brzmi nawet śmiesznie, jeżeli przemyśleć sens takiego zapisu. Kłopot rozwiązuje się jednak sam, gdyż przy datach pozaholoceńskich dokładność jest tak mała, że BP można traktować dosłownie, „przed teraz”, choć to już 58 lat później.

Często jako argument za wielką wagą wieku konwencjonalnego przywoływany jest fakt, że krzywe kalibracyjne się zmieniają. Jest to jednak pozorny argument. Zmiany miedzy INTACAL 98, a 04 są znikome, z punktu widzenia pojedynczej daty, i dotyczą głównie poszerzenia zakresu w głąb dziejów.

Konkludując, konwencjonalny wiek radiowęglowy (np. 1230±40 BP) powinien znajdować się w dokumentacji, ale nie powinien widzieć światła dziennego publikacji, przynajmniej w 99% standardowych sytuacji.

Literatura:

Stuiver M., P.J. Reimer, E. Bard, J.W. Beck, G.S. Burr, K.A. Hughen, B. Kromer, G. McCormac, J. van der Plicht and M. Spurk 1998 INTCAL98 Radiocarbon Age Calibration, 24000-0 cal BP Radiocarbon 40(3) 1041-1083

Reimer PJ, MGL Baillie, E Bard, A Bayliss, JW Beck, C Bertrand, PG Blackwell, CE Buck, G Burr, KB Cutler, PE Damon, RL Edwards, RG Fairbanks, M Friedrich, TP Guilderson, KA Hughen, B Kromer, FG McCormac, S Manning, C Bronk Ramsey, RW Reimer, S Remmele, JR Southon, M Stuiver, S Talamo, FW Taylor, J van der Plicht, and CE Weyhenmeyer. 2004 Radiocarbon 46:1029-1058.

Walanus A, Goslar T. 2004 Wyznaczanie wieku metodą ¹⁴C; dla archeologów, Rzeszów, Wyd. Uniwersytetu Rzeszowskiego.

Walanus A., Nalepka D. Calendar ages of the time horizons presented on the isopollen maps p.25-28 [w:] Late Glacial and Holocene history of vegetation in Poland, ed. Ralska-Jasiewiczowa M., Latałowa M., Wasylikowa K., Tobolski K., Madeyska E., Wroght Jr H.E., Turner C. 2004, W. Szafer Institute of Botany PAS, Kraków.

Walanus A., Nalepka D. 2005 Wiek rzeczywisty granic chronozon wyznaczonych w latach radiowęglowych, Botanical Guidebooks 28, 313-321

Walanus A. 2005 Archeologia awangardą nauk ścisłych. O formie kalibrowanych dat ¹⁴C, Archeologia Polski t:L z:1-2 129-133

Walanus A. 2006 Groups of too close radiocarbon dates, Geochronometria 25 5-9