Wprowadzenie
Datowanie radiowęglowe (RD) próbki sprowadza się do pomiaru zawartości 14C i 13C w niej, wprowadzając poprawkę na zawartość 14C dla frakcjonowania izotopów węgla (obliczoną na podstawie zawartości 13C) i obliczając wiek radiowęglowy. Na podstawie krzywej kalibracji wiek radiowęglowy próbki jest ponownie obliczany zgodnie z kalendarzem. Zatem wiarygodność datowania radiowęglowego jest określana przez wiarygodność obliczania wieku radiowęglowego próbek i wiarygodność krzywej kalibracyjnej. Ten ostatni parametr jest określany przez wiarygodność radiowęglowego i kalendarzowy wiek próbek, które zostały użyte do skonstruowania krzywej kalibracji, oraz stopień jej zgodności ze zmianami 14C w CO2 atmosfery regionu, w którym utworzono datowane próbki.
Przez wiarygodność wyników rzadkich należy rozumieć stopień i charakter zgodności między szacowanym a rzeczywistym wiekiem datowanych próbek. Bezpośrednia eksperymentalna ocena wiarygodności wyników rzadkich chorób jest zasadniczo niemożliwa. Jest to podstawowa cecha metody. Zatem ocena wiarygodności wyników rzadkich chorób może być przeprowadzona jedynie metodami „pośrednimi”. Ale fundusze dostępne na taką ocenę są znacznie ograniczone. Można wymienić tylko jedną pracę, w której jedna z klasycznych „pośrednich” metod oceny wiarygodności rzadkich chorób jest stosunkowo poprawnie zaimplementowana - identyfikuje się czynniki wpływające na rzetelność datowania, szacuje wprowadzane przez nie błędy i określa całkowity udział czynników w wieku kalendarzowym datowanych próbek. Istnieje inna grupa klasycznych metod „pośrednich”,na podstawie analizy „konwergencji” wyników badań. Jedną z metod tej grupy, w odniesieniu do rzadkiej choroby, znaleźliśmy.
Opis metody
Krzywa kalibracji RD została obliczona przy użyciu próbek drewna o znanym wieku i odzwierciedla zależność wieku radiowęglowego od kalendarza. Ma lokalne maksima i minima, stopnie i stosunkowo strome odcinki. Wynika z tego, że przy równomiernym rozmieszczeniu datowanych próbek w kalendarzowej skali wieku, ich rozkład w skali wieku radiowęglowego będzie nierównomierny. Wiek kalendarzowy próbek, na podstawie których obliczono krzywą kalibracji, rozkłada się równomiernie - po 10 latach. Dlatego z krzywej kalibracyjnej możemy obliczyć standard dla częstotliwości wieku radiowęglowego próbek. Krzywa kalibracji dla RD i wzorzec dla częstotliwości wieku radiowęglowego próbek przedstawiono na rysunku 1.
Postać: 1. Krzywa kalibracyjna datowania radiowęglowego i wzorce częstotliwości wieku radiowęglowego próbek.
Normę dotyczącą częstotliwości wieku radiowęglowego próbek oblicza się w odstępach co 100 lat radiowęglowych. Powstała krzywa jest bardzo zróżnicowana. Zakres częstotliwości wynosi od 2 do 29. Istnieją wyraźne wzloty i upadki. Możemy porównać standard z częstotliwościami wieku radiowęglowego próbek określonych próbek dla regionów, typów materiałów datowanych lub laboratoriów uzyskanych z baz danych RD. Idea tego porównania jest prosta. Jeżeli wiarygodność oszacowania wieku radiowęglowego próbki i krzywej kalibracji są bliskie, należy spodziewać się zbieżności częstotliwości rzeczywistych i referencyjnych. W takim przypadku o stopniu zbieżności będzie decydował stopień zgodności faktycznego rozkładu wieku kalendarzowego próbek w skali lat kalendarzowych z ich równomiernym rozkładem. Jeśli występują znaczne niedopasowania częstotliwości,wtedy będzie to oznaczać, że wiarygodność krzywej kalibracji i wiek radiowęglowy próbek danej próbki są różne. Ponadto w niektórych przypadkach rozbieżności można uzasadnić hipotezy dotyczące ich przyczyn.
Film promocyjny:
Skuteczność metody pokazano na przykładzie analizy trzech próbek danych z RD, które nazwaliśmy „USA-Kanada”, „Europa” i „Północne Chiny” Próbki zawierają daty mieszczące się w przedziale 0-5999 BP lat. Wszystkie częstotliwości wieku radiowęglowego próbek obliczono w oknie 100 VR lat.
Przykład „USA-Kanada”
Próba USA-Kanada została opracowana z bazy danych na stronie internetowej. Próbka zawiera 22227 dat: 15452 w USA, 6561 w Kanadzie i 214 w Rosji. W tym: 1438 dat próbek drewna, 12675 - węgiel drzewny, 2922 - kości, 2655 - kości kalagenowe.
Postać: 2. Przykład „USA-Kanada”. Porównanie częstości wieku wszystkich próbek w próbie z odniesieniem.
Postać: 3. Przykład „USA-Kanada”. Porównanie składowej o wysokiej częstotliwości częstotliwości wiekowych wszystkich próbek w próbce z odniesieniem.
Na rysunkach 2 i 3 przedstawiono porównanie częstości wieku i składowej o wysokiej częstotliwości wszystkich próbek w próbie ze wzorcem. W zależności od stopnia jakościowej zbieżności krzywych wyróżnia się trzy przedziały. W przedziale A (250-1400 BP lat) zgodność jest dobra, w przedziale B (4200-5950 BP lat) jest zadowalająca. W przedziale B (1400-4200 lat p.p.) nie widać żadnego przypadku.
Rysunek 4 przedstawia przykład modelowania dokładności datowania radiowęglowego dla częstotliwości wieku wszystkich próbek z próbki USA-Kanada dla przedziału 250-1350 BP lat. Modelowa krzywa częstotliwości jest sumą znormalizowanej składowej niskiej częstotliwości częstotliwości wiekowych wszystkich próbek w próbce i znormalizowanych częstotliwości odniesienia. Zadowalającą zgodność między modelem a rzeczywistymi danymi uzyskano pod warunkiem, że 9,2% dat ma dokładność w przybliżeniu równą dokładności krzywej kalibracyjnej. Składnik niskoczęstotliwościowy modelu obliczono uśredniając częstości wieku próby na 5 punktów (okno 500 lat). Na tej podstawie można z grubsza założyć, że dokładność pozostałych 90,8% datowań próby nie przekracza plus / minus pierwszych setek lat. Ponieważ nie mamy kryterium wyróżnienia z całego zbioru tych datktóre mają dokładność w przybliżeniu równą dokładności krzywej wzorcowej, tę ostatnią wartość można przyjąć jako rzeczywistą dokładność RD danej próbki w określonym przedziale czasu.
Postać: 4. Przykład „USA-Kanada”. Przykład modelowania dokładności datowania radiowęglowego na podstawie częstotliwości wiekowych wszystkich próbek w zakresie 250-1350 BP.
Częstotliwości datowania węgla jakościowo pokrywają się z częstotliwościami odniesienia praktycznie w całym przedziale analitycznym (rys. 5). Daty drzewa w przedziale 50-3050 lat temu przesunęły się o 100 lat pne w kierunku malejącego wieku radiowęglowego.
Postać: 5. Przykład „USA-Kanada”. Porównanie częstości starzenia próbek drewna i węgla drzewnego z normą.
Postać: 6. Przykład „USA-Kanada”. Porównanie częstości wieku próbek kości i kalagenu z odniesieniem.
Częstotliwości datowania kości są w pełni zgodne z częstotliwościami datowania kalagenu (ryc. 6), jednak są one przesunięte względem częstotliwości referencyjnych w różnych odstępach czasu o 0-300 p.p. lat w kierunku wzrastającego wieku radiowęglowego.
Rysunek 7 przedstawia porównanie rzeczywistych całkowitych częstotliwości datowania drewna, węgla drzewnego, kości i kalagenu oraz częstotliwości skorygowanych o przesunięcia w stosunku do normy. Skorygowane częstotliwości lepiej pasują do częstotliwości odniesienia.
Postać: 7. Przykład „USA-Kanada”. Porównanie rzeczywistych całkowitych częstotliwości wieku próbek drewna, węgla drzewnego, kości, kalagenu i częstotliwości skorygowanych o przesunięcia w stosunku do normy.
Przykład „Europa”
Próbka Europa została opracowana na podstawie datowania radiowęglowego opublikowanego w czasopiśmie Archaeometry. Próbka zawiera tylko te daty, dla których wyświetlana jest zawartość próbki 13C. Próbka charakteryzuje całą Europę. „Środek ciężkości” próbki znajduje się w Wielkiej Brytanii. Próbka zawiera tylko 1168 dat. W tym: 83 daty próbek drewna, 267 - węgiel drzewny, 216 - kości zwierzęce, 398 - kości ludzkie, 26 - kości niezidentyfikowane, 133 - nasiona, 45 - szczątki roślin.
Postać: 8. Przykład „Europa”. Porównanie częstości wieku wszystkich próbek w próbie z odniesieniem.
Rysunek 8 przedstawia porównanie częstotliwości datowania wszystkich próbek w próbie z odniesieniem. W zależności od stopnia zbieżności jakościowej krzywych wyróżnia się 5 przedziałów. W przedziałach A (50-700 VR lat), B (1600-2800 VR lat) i D (5300-5950 VR lat) umowa jest zadowalająca. W przedziałach B (700-1600 VR lat) i D (2800-5300 VR lat) kształty krzywych nie pokrywają się. Należy zauważyć, że przedziały te charakteryzują się dużą częstotliwością datowania. Widoczne są przesunięcia częstotliwości wieku próbek drewna i węgla drzewnego względem siebie i normy o plus / minus 100 BP lat (Rysunek 9). Częstotliwości wieku próbek kości zwierzęcych (ryc. 10) pokrywają się ze standardem tylko w przedziale A (50-1100 p.p. lat).
Postać: 9. Przykład „Europa”. Porównanie częstości starzenia próbek drewna i węgla drzewnego z normą.
Postać: 10. Przykład „Europa”. Porównanie częstości wieku próbek kości zwierzęcych ze standardem.
Przykład „Północne Chiny”
Próbka z północnych Chin została zebrana z bazy danych w witrynie internetowej. Próbka obejmuje wszystkie daty stanowisk archeologicznych w północno-zachodnich (Region Autonomiczny Xinjiang Uygur) i Północno-Wschodnich Chinach (Heilongjiang, Jilin, Prowincje Liaoning i Region Autonomiczny Mongolii Wewnętrznej) uzyskane w laboratoriach w Pekinie. W sumie 601 dat. W tym: 169 próbek drewna, 234 - węgiel drzewny, 137 - pozostałości roślinne (nasiona, słoma, trzcina, zgniłe drewno, kora). Pozostałe próbki reprezentowane są przez kości zwierzęce i ludzkie, skórę, wełnę i muszle.
Postać: 11. Przykład „Północne Chiny”. Porównanie częstości wieku wszystkich próbek próbki i rośliny pozostaje z odniesieniem.
Rysunek 11 przedstawia porównanie częstotliwości wieku wszystkich próbek z próbki z północnych Chin i pozostałości roślinnych z odniesieniem. Jakościowo zbieżność kształtów krzywych obserwuje się tylko w przedziale A (1200-2000 BP lat). Częstotliwości wieku próbek drewna i węgla drzewnego korespondują ze sobą jedynie w przedziale 2800-4200 i nie odpowiadają normie (rys. 12). Po przesunięciu częstości starzenia drewna i węgla o minus 100 BP lat uzyskano zadowalającą zgodność ich sumy z krzywą odniesienia (rysunek 13).
Postać: 12. Przykład „Północne Chiny”. Porównanie częstości starzenia próbek drewna i węgla drzewnego z normą.
Postać: 13. Przykład „Północne Chiny”. Porównanie częstotliwości starzenia (zmniejszonych o 100 lat) próbek drewna i węgla drzewnego z normą.
Ocena wiarygodności krzywej kalibracji
Z rozbieżności między częstotliwościami odniesienia a rzeczywistymi częstotliwościami wieku radiowęglowego konkretnej próbki w określonym przedziale lat radiowęglowych wynika, że wiarygodność nie jest wysoka w przedziale wieku radiowęglowego próbki i / lub krzywej kalibracji. Analizując dostatecznie dużą liczbę próbek, można statystycznie zidentyfikować „podejrzane” przedziały krzywej kalibracji. Na przykładzie analizy trzech próbek można nazwać jeden taki przedział - około 1700-1900 VR lat (rys. 3, przedział B1; rys. 8, przedział B1). Można założyć, że w tym przedziale to krzywa kalibracji ma niską wiarygodność.
wnioski
Na podstawie wyników analizy trzech próbek wieku radiowęglowego próbek zaproponowaną przez nas metodą można wyciągnąć wnioski metodologiczne i praktyczne.
Wnioski metodologiczne
Metoda oceny wiarygodności wyników datowania radiowęglowego, oparta na porównaniu częstotliwości odniesienia wieku radiowęglowego z częstotliwościami wieku radiowęglowego próbek z próbek z baz RD, jest prosta, niezależna i wysoce wydajna. Aby zastosować tę metodę, nie jest wymagane włączanie danych a priori dotyczących rzadkich chorób. Na tej podstawie możliwe jest:
- przydział w częstotliwościach wieku radiowęglowego próbek określonych próbek, przedziały czasowe i ich ranking według stopnia zgodności z częstotliwościami odniesienia;
- ocena dokładności wyznaczania wieku radiowęglowego próbek na podstawie modelowania;
- identyfikacja systemowych zmian wieku próbek różnych materiałów;
- identyfikacja obszarów na krzywej kalibracyjnej charakteryzujących się stosunkowo niską niezawodnością.
Przy stosowaniu tej metody można zastosować klasyczne procedury statystycznego przetwarzania tablic danych.
Praktyczne wnioski
Datowanie radiowęglowe jest generalnie całkiem wykonalne. Dwie kwestie pozostają otwarte - obiektywna wiarygodność datowania oraz wpływ czynników subiektywnych na wyniki datowania. Błąd w określeniu wieku radiowęglowego próbek z próbki „USA-Kanada” na podstawie wyników modelowania w przedziale 250-1350 lat temu wynosi plus / minus pierwsze setki lat. W pozostałych przedziałach błąd datowania jest większy niż w przedziale 250-1350 BP lat. Daty różnych materiałów są przesunięte względem siebie nawet o 300 BP lat, co również daje błąd plus / minus pierwsze setki lat. Błędy w określaniu wieku radiowęglowego próbek z próbek z Europy i północnych Chin z grubsza odpowiadają błędom próbki kanadyjskiej. W zakresie 1700-1900 VR lat krzywa kalibracji może mieć niskie zaufanie.