Az óra, ami akkor kezd ketyegni, mikor az élet véget ér

Egy árulkodó radioaktív jel az órához hasonlóan jelzi az idő múlását. Felfedezése segített megoldani sokféle természeti rejtélyt.

Fotó: II. Ramszesz (Kr. e. 1301-1235), az újbirodalmi XIX. dinasztia harmadik fáraója, az ókori Egyiptom egyik legjelentősebb uralkodója. Múmiája a Kairói Múzeumban, Egyiptomban található Forrás: Getty Images

Az 1940-es évek közepén egy amerikai vegyész, Willard Libby meg akarta találni a szén radioaktív formáját, a szén–14-et (C14) . Feltételezése szerint, ha valóban létezik, akkor lassan bomló nyomot hagy az elhalt növényekben, állatokban és emberekben – ezért, ha kiderülne, mennyi szén található azok maradványaiban, akkor felfedné haláluk időpontját.

Előbb még be kellett bizonyítania, hogy a szén–14 a becsléseinek megfelelő koncentrációban létezik a természetben. Más tudósok ugyanis csak laboratóriumi szintetizálással tudták kimutatni a szén–14-et.

A szén–14 a szén egyik radioaktív izotópja, amelyet gyakran radioszénnek is neveznek.

Úgy gondolta, az élőlények az ürülékükkel rakják le, ezért a szennyvízben kereste. Egészen pontosan a Baltimore-i lakosok szennyvízében. És megtalálta.

Libby akkor még nem tudta, de a radioaktív szén – a radiokarbon – többek között kormeghatározásra is használható.

A XX. század közepe óta a radiokarbonos kormeghatározás számtalan műtárgy korát derítette ki, segített eltűnt személyek ügyeinek megoldásában, elefántcsont-kereskedőket juttatott börtönbe, tudósok számára lehetővé tette a Föld éghajlatának mélyebb megértését. Ez az egyik kulcs, amely a Nobel Prize Outreach és a BBC együttműködésében készült tanulmány szerint kaput nyit világunk megismerésére.

Hogyan keletkezik egyáltalán a szén–14?

Folyamatosan termelik a kozmikus sugarak, amelyek megváltoztatják a Föld légkörében lévő nitrogénatomok szerkezetét. A keletkező szén–14 atom gyorsan egyesül az oxigénnel, radioaktív szén-dioxidot hoz létre.

A Földön a növények növekedésük során elnyelik a levegőben lévő radioaktív szén-dioxid egy részét, akárcsak a belőlük táplálkozó állatok – és az emberek is. Míg egy növény vagy állat él, folyamatosan tölti belső szén–14-raktárait, de ahogy elpusztul, a folyamat leáll. Mivel a radiokarbon ismert sebességgel bomlik, a szerves anyagban maradt mennyiség mérése elárulja az anyag korát:

ez az a halálosan pontos óra, amelyik abban a pillanatban elkezd ketyegni, mikor valaki vagy valami meghal.

Miután Libby megerősítette, hogy szén–14-es izotópot tartalmaz a baltimore-i csatornából származó metángáz, különböző dolgokban mutatott ki radiokarbont, amivel bizonyította azok valódi korát – a Holt-tengeri tekercsektől egy töredékig, amit III. Szeszósztrisz, közel 4000 évvel ezelőtt élt egyiptomi felség sírjában találtak. (Egyébként ő lett az első egyiptomi fáraó, aki már életében isteni státust kapott.)

És 1960-ban Libby elnyerte a kémiai Nobel-díjat.

Technikája akár 50 000 éves szerves anyagokon is működik – ennél régebbi anyagokban azonban túl kevés a szén–14 izotóp: csak eddig lehet visszamenni segítségével az időben.

A kormeghatározás számtalan régóta fennálló vitát lezárt. Példaként említik a „Vörös Hölgy” csontvázát, amelyet 1823-ban William Buckland teológus és geológus fedezett fel Walesben. Buckland ragaszkodott hozzá, hogy a csontváz 2000 éves, és több mint egy évszázadon át senki nem tudta cáfolni. A radiokarbonos eljárás végül kimutatta, hogy valójában 33 000 és 34 000 év közötti emberi maradvány.

1975-ben egy 13 éves lány, Laura Ann O’Malley eltűnt New Yorkban. Az 1990-es években egy kaliforniai folyómederben talált maradványról azt gondolták, történelmi sírból származhat, míg idén a radiokarbonos kormeghatározás ki nem mutatta, hogy igazából egy 1964 és 1967 között született személyhez tartozik, aki 1977 és 1984 között halt meg. A DNS-elemzés megerősítette, hogy O’Malley maradványaira leltek.

A forenzikus elemzések (bűnügyi nyomozásokban és peres eljárásokban használt vizsgálatok) gyakran a radiokarbonos kormeghatározás „bombaimpulzusos” módszerére támaszkodnak.

A „bombaimpulzus” (bomb pulse vagy 14 C bomb peak) a szén–14 izotóp koncentrációjának hirtelen, jelentős növekedése a Föld légkörében, ami az 1950-es évek elején kezdődött és az 1963-as részleges atomcsend-szerződésig tartó, nagy mennyiségű légköri nukleáris fegyverkísérlet következménye.

A robbanások hatalmas mennyiségű további szén–14-izotópot juttattak a levegőbe, amik csökkenve, de azóta is jelen vannak. Így a szén–14-mérések és a lefelé irányuló görbe összehasonlításával a XX. század közepétől az anyagok kora nagyon pontosan meghatározható.

Sam Wasser, a Washingtoni Egyetem vadbiológusa a vadon élő állatok illegális kereskedelmének visszaszorítására elemezte az elefántcsontminták radiokarbonos kormeghatározását. Ezek az adatok megmutathatják, hogy az adott elefántok az 1989-es elefántcsont-kereskedelem betiltása előtt vagy után pusztultak-e el –  bármit is állítsanak a kereskedők.

Ezzel a technikával bizonyosodott be számos műalkotásról, hogy hamisítvány. Egy hamisító például azt állította egy falusi jelenetet ábrázoló festményről, hogy 1866-ban készült. Radiokarbonos kormeghatározással kiderült, a képet valójában az 1980-as években festették és mesterségesen öregítették.

A kormeghatározás a klímaváltozással is foglalkozik, mivel segít a tudósoknak megérteni a fosszilis tüzelőanyag-kibocsátás éghajlatra gyakorolt hatását. Például a gleccserek és az ősi ökoszisztémák vizsgálata sokkal pontosabb lett a technológiának köszönhetően.

De egy másik óra is ketyeg

A fosszilis tüzelőanyagok bőséges mennyiségű szenet tartalmaznak, de szén–14-et éppenséggel nem.

A fosszilis tüzelőanyagok (vagy ásványi energiahordozók) olyan elhunyt növényi és állati szervezetek maradványaiból keletkezett anyagok, amelyek évmilliók során a Föld hője és nyomása alatt alakultak át nagy széntartalmú energiahordozókká.

Azok az élőlények, amelyekből szén, földgáz és olaj lett, olyan régen elpusztultak, hogy a bennük egykor található szén–14-es izotóp már rég lebomlott. Ez azt jelenti, hogy a fosszilis tüzelőanyagok kibocsátása hígítja a Föld légkörében lévő szén–14-et, ami pedig közvetlenül hat arra, hogy mennyi radiokarbon kerül az élőlényekbe.

Heather Graven, a londoni Imperial College klímafizika professzora szerint a legrosszabb esetben, ha a következő évszázadban is rendkívül magas kibocsátások lesznek, a radiokarbonos kormeghatározás pontossága romolhat.

„Egy frissen előállított anyag ugyanolyan (radiokarbon) összetételű lesz, mint egy 2000 éves” – mondja. A radiokarbonos kormeghatározás nem tudja majd megkülönböztetni a kettőt.