introduzione
La datazione al radiocarbonio (RD) di un campione si riduce alla misurazione del contenuto di 14C e 13C in esso, introducendo una correzione del contenuto di 14C per il frazionamento degli isotopi di carbonio (calcolato dal contenuto di 13C) e calcolando l'età del radiocarbonio. In base alla curva di calibrazione, l'età al radiocarbonio del campione viene ricalcolata sul calendario. Pertanto, l'affidabilità della datazione al radiocarbonio è determinata dall'affidabilità del calcolo dell'età al radiocarbonio dei campioni e dall'affidabilità della curva di calibrazione. Quest'ultimo parametro è determinato dall'affidabilità del radiocarbonio e dell'età del calendario dei campioni, che sono stati utilizzati per costruire la curva di calibrazione e dal grado di corrispondenza con le variazioni di 14C nell'atmosfera di CO2 della regione in cui si sono formati i campioni datati.
Per affidabilità dei risultati RD, si intende il grado e la natura della corrispondenza tra l'età stimata e quella effettiva dei campioni datati. Una valutazione sperimentale diretta dell'affidabilità dei risultati di RD è fondamentalmente impossibile. Questa è una caratteristica fondamentale del metodo. Pertanto, la valutazione dell'affidabilità dei risultati di RD può essere eseguita solo con metodi "indiretti". Ma i fondi disponibili per tale valutazione sono significativamente limitati. Possiamo nominare solo un lavoro in cui uno dei classici metodi "indiretti" di valutazione dell'affidabilità della RD è implementato in modo relativamente corretto: vengono identificati i fattori che influenzano l'affidabilità della datazione, vengono stimati gli errori da essi introdotti e si trova il contributo totale dei fattori all'età del calendario dei campioni datati. C'è un altro gruppo di metodi "indiretti" classici,basato sull'analisi della "convergenza" dei risultati della ricerca. Uno dei metodi di questo gruppo, in relazione al RD, abbiamo trovato.
Descrizione del metodo
La curva di calibrazione del RD è stata calcolata utilizzando campioni di legno con un'età nota e riflette la dipendenza dell'età del radiocarbonio dal calendario. Ha massimi e minimi locali, gradini e sezioni relativamente ripide. Da ciò ne consegue che con una distribuzione uniforme dei campioni datati lungo la scala dell'età del calendario, la loro distribuzione lungo la scala dell'età del radiocarbonio sarà irregolare. L'età del calendario dei campioni, sulla base della quale è stata calcolata la curva di calibrazione, è distribuita uniformemente - dopo 10 anni. Pertanto, dalla curva di calibrazione, possiamo calcolare lo standard per le frequenze dell'età del radiocarbonio dei campioni. La curva di calibrazione per RD e lo standard per le frequenze dell'età del radiocarbonio dei campioni sono mostrati nella Figura 1.
Figura: 1. Curva di calibrazione della datazione al radiocarbonio e standard delle frequenze dell'età al radiocarbonio dei campioni.
Lo standard per le frequenze dell'età al radiocarbonio dei campioni è calcolato per intervalli di 100 anni al radiocarbonio. La curva risultante è altamente differenziata. Le frequenze vanno da 2 a 29. Ci sono alti e bassi distinti. Possiamo confrontare lo standard con le frequenze dell'età del radiocarbonio di campioni di campioni specifici per regioni, tipi di materiali datati o laboratori ottenuti da database RD. L'idea alla base di questo confronto è semplice. Se l'affidabilità della stima dell'età al radiocarbonio del campione e la curva di calibrazione sono vicine, ci si dovrebbe aspettare che le frequenze effettive e di riferimento coincidano. In questo caso, il grado di coincidenza sarà determinato dal grado di conformità dell'effettiva distribuzione dell'età del calendario dei campioni campione sulla scala degli anni solari alla loro distribuzione uniforme. Se sono presenti disallineamenti di frequenza significativi,allora questo significherà che l'affidabilità della curva di calibrazione e l'età radiocarbonica dei campioni di un particolare campione sono differenti. Inoltre, per alcuni casi di discrepanze, è possibile comprovare ipotesi sulle loro cause.
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L'efficienza del metodo è mostrata sull'esempio dell'analisi di tre campioni di dati del RD, che abbiamo chiamato "USA-Canada", "Europa" e "Cina settentrionale". Gli esempi includono date che rientrano nell'intervallo 0-5999 anni BP. Tutte le frequenze dell'età al radiocarbonio dei campioni sono state calcolate in una finestra di 100 anni VR.
Esempio "USA-Canada"
Il campione USA-Canada è stato compilato dal database sul sito web. Ci sono 22227 date nel campione: 15452 date negli Stati Uniti, 6561 date in Canada e 214 date in Russia. Compresi: 1438 date di campioni di legno, 12675 - carbone di legna, 2922 - ossa, 2655 - ossa di calagen.
Figura: 2. Esempio "USA-Canada". Confronto delle frequenze di età di tutti i campioni del campione con il riferimento.
Figura: 3. Esempio "USA-Canada". Confronto della componente ad alta frequenza delle frequenze di età di tutti i campioni del campione con il riferimento.
Le figure 2 e 3 mostrano un confronto delle frequenze di età e della loro componente ad alta frequenza di tutti i campioni nel campione con lo standard. Si distinguono tre intervalli in base al grado di coincidenza qualitativa delle curve. Nell'intervallo A (250-1400 anni BP) l'accordo è buono, nell'intervallo B (4200-5950 anni BP) è soddisfacente. Nell'intervallo B (1400-4200 anni BP), non si vede una coincidenza.
La Figura 4 mostra un esempio di modellazione dell'accuratezza della datazione al radiocarbonio alle frequenze di età di tutti i campioni del campione USA-Canada per l'intervallo 250-1350 anni BP. La curva di frequenza del modello è la somma della componente a bassa frequenza normalizzata delle frequenze di età di tutti i campioni nel campione e delle frequenze di riferimento normalizzate. È stato ottenuto un accordo soddisfacente tra il modello e i dati effettivi a condizione che il 9,2% delle date abbia una precisione approssimativamente uguale alla precisione della curva di calibrazione. La componente a bassa frequenza del modello è stata calcolata mediando le frequenze dell'età del campione su 5 punti (finestra di 500 anni). Sulla base di ciò, si può approssimativamente presumere che l'accuratezza del restante 90,8% delle datazioni del campione non superi più / meno i primi centinaia di anni. Poiché non abbiamo un criterio per distinguere dall'intera moltitudine di datazioneche hanno un'accuratezza approssimativamente uguale all'accuratezza della curva di taratura, quest'ultimo valore può essere preso come l'effettiva precisione dell'RD di un particolare campione in un particolare intervallo di tempo.
Figura: 4. Esempio "USA-Canada". Un esempio di modellazione dell'accuratezza della datazione al radiocarbonio sulla base delle frequenze di età di tutti i campioni nell'intervallo 250-1350 BP.
Le frequenze di datazione del carbone coincidono qualitativamente con le frequenze di riferimento praticamente sull'intero intervallo di analisi (Figura 5). Le date dell'albero nell'intervallo di 50-3050 anni BP vengono spostate di 100 anni BP nella direzione della diminuzione dell'età del radiocarbonio.
Figura: 5. Esempio "USA-Canada". Confronto delle frequenze dell'età dei campioni di legno e carbone con lo standard.
Figura: 6. Esempio "USA-Canada". Confronto delle frequenze di età dei campioni di osso e calagen con il riferimento.
Le frequenze di datazione ossea sono pienamente coerenti con le frequenze di datazione calagen (Figura 6), tuttavia, sono spostate rispetto alle frequenze di riferimento in diversi intervalli di tempo di 0-300 anni BP nella direzione dell'aumento dell'età del radiocarbonio.
La Figura 7 mostra un confronto tra le frequenze totali effettive di datazione di legno, carbone, ossa e calagen e le frequenze corrette per i cambiamenti rispetto allo standard. Le frequenze corrette corrispondono meglio alle frequenze di riferimento.
Figura: 7. Esempio "USA-Canada". Confronto delle frequenze effettive totali dell'età dei campioni di legno, carbone, ossa, calagen e frequenze corrette per spostamenti rispetto allo standard.
Esempio "Europa"
Il campione Europa è stato compilato dai dati di datazione al radiocarbonio pubblicati sulla rivista Archaeometry. L'esempio include solo le date per le quali viene mostrato il contenuto dell'esempio 13C. Il campione caratterizza tutta l'Europa. Il "centro di gravità" del campione si trova nel Regno Unito. Ci sono solo 1168 date nel campione. Di cui: 83 date di campioni di legno, 267 - carbone, 216 - ossa di animali, 398 - ossa umane, 26 - ossa non identificate, 133 - semi, 45 - resti di piante.
Figura: 8. Esempio di "Europa". Confronto delle frequenze di età di tutti i campioni del campione con il riferimento.
La Figura 8 mostra un confronto delle frequenze di datazione di tutti i campioni nel campione con il riferimento. In base al grado di coincidenza qualitativa delle curve, si distinguono 5 intervalli. Negli intervalli A (50-700 anni VR), B (1600-2800 anni VR) e D (5300-5950 anni VR), l'accordo è soddisfacente. Negli intervalli B (700-1600 VR anni) e D (2800-5300 VR anni), le forme delle curve non coincidono. Va notato che questi intervalli sono caratterizzati da alte frequenze di datazione. Si vedono gli spostamenti di frequenza dell'età dei campioni di legno e carbone l'uno rispetto all'altro e lo standard di più / meno 100 anni BP (Figura 9). Le frequenze dell'età dei campioni di ossa animali (Figura 10) coincidono con lo standard solo nell'intervallo A (50-1100 anni BP).
Figura: 9. Esempio di "Europa". Confronto delle frequenze dell'età dei campioni di legno e carbone con lo standard.
Figura: 10. Esempio di "Europa". Confronto delle frequenze dell'età dei campioni di ossa animali con lo standard.
Esempio di "Cina settentrionale"
Il campione della Cina settentrionale è stato compilato dal database sul sito web. Il campione include tutte le date dei siti archeologici nel nord-ovest (regione autonoma dello Xinjiang Uygur) e nella Cina nord-orientale (Heilongjiang, Jilin, province di Liaoning e regione autonoma della Mongolia Interna) ottenute nei laboratori di Pechino. Un totale di 601 date. Di cui: 169 campioni di legno, 234 - carbone di legna, 137 - residui di piante (semi, paglia, canne, legno marcio, corteccia). I campioni rimanenti sono rappresentati da ossa animali e umane, pelle, lana e conchiglie.
Figura: 11. Esempio di "Cina settentrionale". Il confronto delle frequenze dell'età di tutti i campioni del campione e della pianta rimane con lo standard.
La figura 11 mostra un confronto delle frequenze di età di tutti i campioni del campione della Cina settentrionale e dei residui vegetali con il riferimento. Qualitativamente, la coincidenza delle forme delle curve si osserva solo nell'intervallo A (1200-2000 anni BP). Le frequenze dell'età dei campioni di legno e carbone corrispondono tra loro solo nell'intervallo 2800-4200 anni e non corrispondono allo standard (Figura 12). Dopo uno spostamento delle frequenze dell'età del legno e del carbone di meno 100 anni BP, è stato ottenuto un accordo soddisfacente tra la loro somma e la curva di riferimento (Figura 13).
Figura: 12. Esempio di "Cina settentrionale". Confronto delle frequenze dell'età dei campioni di legno e carbone con lo standard.
Figura: 13. Esempio di "Cina settentrionale". Confronto delle frequenze di età (ridotte di 100 anni) di campioni di legno e carbone con lo standard.
Valutazione dell'affidabilità della curva di calibrazione
Dalla discrepanza tra le frequenze di riferimento e le frequenze effettive dell'età al radiocarbonio di un particolare campione in un particolare intervallo di anni al radiocarbonio, ne consegue che l'affidabilità non è elevata nell'intervallo dell'età al radiocarbonio del campione e / o della curva di calibrazione. Analizzando un numero sufficientemente ampio di campioni, è possibile identificare statisticamente gli intervalli “sospetti” della curva di calibrazione. Usando l'analisi di tre campioni come esempio, uno di questi intervalli può essere denominato: circa 1700-1900 anni VR (Figura 3, intervallo B1; Figura 8, intervallo B1). Si può presumere che all'interno di questo intervallo sia la curva di calibrazione ad avere una bassa affidabilità.
conclusioni
Sulla base dei risultati dell'analisi di tre campioni dell'età al radiocarbonio dei campioni con il nostro metodo proposto, è possibile trarre conclusioni metodologiche e pratiche.
Conclusioni metodologiche
Il metodo per valutare l'attendibilità dei risultati della datazione al radiocarbonio, basato sul confronto della frequenza di riferimento dell'età del radiocarbonio con le frequenze dell'età del radiocarbonio dei campioni dei campioni dei database RD, è semplice, indipendente e altamente efficiente. Per applicare il metodo non è necessario coinvolgere dati a priori per la RD. Sulla base di esso, è possibile:
- attribuzione nelle frequenze dell'età radiocarbonica di campioni di campioni specifici, intervalli di tempo e loro graduatoria in base al grado di rispetto delle frequenze di riferimento;
- valutazione dell'accuratezza della determinazione dell'età al radiocarbonio dei campioni sulla base di modelli;
- identificazione dei cambiamenti sistemici nell'età di campioni di vari materiali;
- identificazione di aree sulla curva di calibrazione caratterizzate da un'affidabilità relativamente bassa.
Quando si applica il metodo, è possibile utilizzare le procedure classiche per l'elaborazione statistica degli array di dati.
Conclusioni pratiche
La datazione al radiocarbonio è generalmente abbastanza praticabile. Due domande rimangono aperte: l'attendibilità oggettiva della datazione e l'influenza di fattori soggettivi sui risultati della datazione. L'errore nel determinare l'età al radiocarbonio dei campioni del campione "USA-Canada" sulla base dei risultati della modellazione nell'intervallo di 250-1350 anni BP è più / meno le prime centinaia di anni. In altri intervalli, l'errore di datazione è maggiore che nell'intervallo 250-1350 anni BP. Le date dei vari materiali vengono spostate l'una rispetto all'altra fino a 300 anni BP, il che dà anche un errore di più / meno le prime centinaia di anni. Gli errori nella determinazione dell'età al radiocarbonio dei campioni provenienti dai campioni dell'Europa e della Cina settentrionale corrispondono grosso modo agli errori del campione canadese. Nell'intervallo 1700-1900 anni VR, la curva di calibrazione può avere una bassa confidenza.
