Invoering
Radiokoolstofdatering (RD) van een monster wordt gereduceerd tot het meten van het 14C- en 13C-gehalte erin, waarbij een correctie op het 14C-gehalte wordt geïntroduceerd voor de fractionering van koolstofisotopen (berekend op basis van het 13C-gehalte) en het berekenen van de radiokoolstofleeftijd. Op basis van de kalibratiecurve wordt de radiokoolstofleeftijd van het monster herberekend naar de kalender. De betrouwbaarheid van radiokoolstofdatering wordt dus bepaald door de betrouwbaarheid van de berekening van de radiokoolstofdatering van de monsters en de betrouwbaarheid van de kalibratiecurve. Deze laatste parameter wordt bepaald door de betrouwbaarheid van de radiokoolstof- en kalenderleeftijden van de monsters, die werden gebruikt om de ijkcurve te construeren, en de mate van overeenstemming met de 14C-variaties in de CO2-atmosfeer van de regio waarin de gedateerde monsters werden gevormd.
Met de betrouwbaarheid van RD-resultaten bedoelen we de mate en aard van de overeenkomst tussen de geschatte en werkelijke ouderdom van de gedateerde monsters. Een directe experimentele beoordeling van de betrouwbaarheid van RD-resultaten is fundamenteel onmogelijk. Dit is een fundamenteel kenmerk van de methode. De beoordeling van de betrouwbaarheid van de RD-resultaten kan dus alleen via "indirecte" methoden worden uitgevoerd. Maar de beschikbare middelen voor een dergelijke beoordeling zijn aanzienlijk beperkt. We kunnen maar één werk noemen waarin een van de klassieke 'indirecte' methoden voor het beoordelen van de betrouwbaarheid van RD relatief correct is geïmplementeerd - de factoren die de betrouwbaarheid van de datering beïnvloeden, worden geïdentificeerd, de fouten die erdoor zijn geïntroduceerd, worden geschat en de totale bijdrage van factoren aan de kalenderleeftijd van de gedateerde steekproeven wordt gevonden. Er is nog een groep klassieke "indirecte" methoden,gebaseerd op de analyse van "convergentie" van onderzoeksresultaten. Een van de methoden van deze groep, in relatie tot het KB, hebben we gevonden.
Methode beschrijving
De kalibratiecurve van de RD werd berekend met behulp van houtmonsters met een bekende leeftijd en weerspiegelt de afhankelijkheid van de radiokoolstofleeftijd op de kalender. Het heeft lokale maxima en minima, trappen en relatief steile stukken. Hieruit volgt dat met een uniforme verdeling van de gedateerde monsters langs de kalenderleeftijdsschaal, hun verdeling langs de radiokoolstofleeftijdsschaal ongelijk zal zijn. De kalenderleeftijd van de monsters, op basis waarvan de ijkcurve werd berekend, wordt gelijkmatig verdeeld - na 10 jaar. Daarom kunnen we uit de ijkcurve de standaard berekenen voor de frequenties van de radiokoolstofleeftijd van de monsters. De kalibratiecurve voor de RD en de standaard voor de radiokoolstofverouderingsfrequenties van de monsters worden weergegeven in figuur 1.
Figuur: 1. Kalibratiecurve van radiokoolstofdatering en de standaard van frequenties van de radiokoolstoftijd van de monsters.
De norm voor de frequenties van de radiokoolstofleeftijd van de monsters wordt berekend voor intervallen van 100 radiokoolstofjaren. De resulterende curve is sterk gedifferentieerd. De frequenties variëren van 2 tot 29. Er zijn verschillende hoge en lage tonen. We kunnen de standaard vergelijken met de frequenties van de radiokoolstofleeftijd van monsters van specifieke monsters voor regio's, soorten gedateerde materialen of laboratoria die zijn verkregen uit RD-databases. Het idee achter deze vergelijking is eenvoudig. Als de betrouwbaarheid van de schatting van de radiokoolstofleeftijd van het monster en de kalibratiecurve dicht bij elkaar liggen, mag worden verwacht dat de werkelijke en referentiefrequentie samenvallen. In dat geval wordt de mate van toeval bepaald door de mate van overeenstemming van de feitelijke verdeling van de kalenderleeftijd van de steekproeven op de schaal van kalenderjaren met hun uniforme verdeling. Als er aanzienlijke frequentie-mismatches zijn,dan betekent dit dat de betrouwbaarheid van de kalibratiecurve en de radiokoolstofleeftijd van de monsters van een bepaald monster verschillend zijn. Bovendien is het voor sommige gevallen van discrepanties mogelijk om hypothesen over hun oorzaken te onderbouwen.
Promotie video:
De efficiëntie van de methode wordt aangetoond aan de hand van het voorbeeld van de analyse van drie gegevensmonsters van de RD, die we "VS-Canada", "Europa" en "Noord-China" noemden. De steekproeven bevatten datums die binnen het interval 0-5999 BP-jaren vallen. Alle frequenties van de radiokoolstofleeftijd van de monsters werden berekend in een venster van 100 VR-jaren.
Voorbeeld "VS-Canada"
De steekproef VS-Canada is samengesteld uit de database op de website. Er zijn 22227 datums in de steekproef: 15452 datums in de VS, 6561 datums in Canada en 214 datums in Rusland. Waaronder: 1438 dadels van houtmonsters, 12675 - houtskool, 2922 - botten, 2655 - calagenbeenderen.
Figuur: 2. Voorbeeld "VS-Canada". Vergelijking van de leeftijdsfrequenties van alle steekproeven in de steekproef met de referentie.
Figuur: 3. Voorbeeld "VS-Canada". Vergelijking van de hoogfrequente component van de leeftijdsfrequenties van alle steekproeven in de steekproef met de referentie.
Figuren 2 en 3 tonen een vergelijking van de frequenties van leeftijd en hun hoogfrequente component van alle monsters in de steekproef met de standaard. Er worden drie intervallen onderscheiden volgens de mate van kwalitatief samenvallen van de curven. In het interval A (250-1400 BP jaar) is de afspraak goed, in het interval B (4200-5950 BP jaar) bevredigend. In het interval B (1400-4200 BP-jaren) wordt geen toeval gezien.
Figuur 4 toont een voorbeeld van het modelleren van de nauwkeurigheid van radiokoolstofdatering bij de leeftijdsfrequenties van alle monsters uit het monster van de VS en Canada voor het interval 250-1350 BP-jaren. De modelfrequentiecurve is de som van de genormaliseerde laagfrequente component van de leeftijdsfrequenties van alle steekproeven in de steekproef en de genormaliseerde referentiefrequenties. Er werd een bevredigende overeenkomst tussen het model en de werkelijke gegevens verkregen, op voorwaarde dat 9,2% van de datums een nauwkeurigheid hebben die ongeveer gelijk is aan de nauwkeurigheid van de kalibratiecurve. De laagfrequente component van het model werd berekend door het gemiddelde te nemen van de frequenties van de leeftijd van de steekproef over 5 punten (venster van 500 jaar). Op basis hiervan kan ruwweg worden aangenomen dat de nauwkeurigheid van de resterende 90,8% van de dateringen van de steekproef niet groter is dan plus / minus de eerste honderden jaren. Omdat we geen criterium hebben om onderscheid te maken van de hele reeks datums daarvandie een nauwkeurigheid hebben die ongeveer gelijk is aan de nauwkeurigheid van de ijkcurve, kan de laatste waarde worden genomen als de werkelijke nauwkeurigheid van de RD van een bepaald monster in een bepaald tijdsinterval.
Figuur: 4. Voorbeeld "USA-Canada". Een voorbeeld van het modelleren van de nauwkeurigheid van radiokoolstofdatering op basis van de leeftijdsfrequenties van alle monsters in het bereik van 250-1350 BP.
De dateringsfrequenties van steenkool komen kwalitatief praktisch over het gehele analyse-interval overeen met de referentiefrequenties (Figuur 5). De data van de boom in het bereik van 50-3050 BP-jaren worden met 100 BP-jaren verschoven in de richting van afnemende radiokoolstofleeftijd.
Figuur: 5. Voorbeeld "USA-Canada". Vergelijking van de ouderdomsfrequenties van hout- en houtskoolmonsters met de norm.
Figuur: 6. Voorbeeld "USA-Canada". Vergelijking van de leeftijdsfrequenties van de bot- en calageenmonsters met de referentie.
Botdateringsfrequenties komen volledig overeen met de calagene dateringsfrequenties (Figuur 6), maar ze zijn ten opzichte van de referentiefrequenties in verschillende tijdsintervallen verschoven met 0-300 BP jaar in de richting van toenemende radiokoolstofleeftijd.
Figuur 7 toont een vergelijking van de werkelijke totale frequenties van datering van hout, houtskool, botten en calagen en frequenties gecorrigeerd voor verschuivingen ten opzichte van de norm. De gecorrigeerde frequenties sluiten beter aan bij de referentiefrequenties.
Figuur: 7. Voorbeeld "USA-Canada". Vergelijking van de werkelijke totale ouderdomsfrequenties van monsters van hout, houtskool, botten, calagen en frequenties gecorrigeerd voor verschuivingen ten opzichte van de norm.
Voorbeeld "Europa"
Het Europa-monster is samengesteld uit radiokoolstofdateringgegevens die zijn gepubliceerd in het tijdschrift Archaeometry. De steekproef bevat alleen die datums waarvoor de inhoud van steekproef 13C wordt weergegeven. De steekproef kenmerkt heel Europa. Het "zwaartepunt" van het monster bevindt zich in het VK. Er zijn slechts 1168 datums in de steekproef. Waaronder: 83 dadels van houtmonsters, 267 - houtskool, 216 - botten van dieren, 398 - botten van mensen, 26 - niet-geïdentificeerde botten, 133 - zaden, 45 - plantenresten.
Figuur: 8. Voorbeeld "Europa". Vergelijking van de leeftijdsfrequenties van alle steekproeven in de steekproef met de referentie.
Figuur 8 toont een vergelijking van de dateringsfrequenties van alle monsters in het monster met de referentie. Afhankelijk van de mate van kwalitatief samenvallen van de curven, worden 5 intervallen onderscheiden. In de intervallen A (50-700 VR-jaren), B (1600-2800 VR-jaren) en D (5300-5950 VR-jaren) is de overeenkomst bevredigend. In de intervallen B (700-1600 VR-jaren) en D (2800-5300 VR-jaren) vallen de vormen van de curven niet samen. Opgemerkt moet worden dat deze intervallen worden gekenmerkt door hoge dateringsfrequenties. De frequentieverschuivingen van de leeftijd van hout- en houtskoolmonsters ten opzichte van elkaar en de norm met plus / minus 100 BP-jaren worden gezien (Figuur 9). De frequenties van de leeftijd van dierlijke botmonsters (Figuur 10) vallen alleen samen met de standaard in het interval A (50-1100 BP jaar).
Figuur: 9. Voorbeeld "Europa". Vergelijking van de ouderdomsfrequenties van hout- en houtskoolmonsters met de norm.
Figuur: 10. Voorbeeld "Europa". Vergelijking van de frequenties van de leeftijd van dierlijke botmonsters met de standaard.
Voorbeeld "Noord-China"
De steekproef van Noord-China is samengesteld uit de database op de website. De steekproef omvat alle data van archeologische vindplaatsen in Noordwest (Xinjiang Uygur Autonome Regio) en Noordoost China (Heilongjiang, Jilin, Liaoning Provincies en Binnen-Mongolië Autonome Regio) verkregen in de laboratoria van Beijing. In totaal 601 dates. Waaronder: 169 houtmonsters, 234 - houtskool, 137 - plantenresten (zaden, stro, riet, rot hout, schors). De overige monsters worden vertegenwoordigd door botten, huid, wol en schelpen van dieren en mensen.
Figuur: 11. Voorbeeld "Noord-China". Vergelijking van de leeftijdsfrequenties van alle monsters in het monster en plantenresten met de referentie.
Figuur 11 toont een vergelijking van de leeftijdsfrequenties van alle monsters uit het Noord-Chinese monster en plantenresten met de referentie. Kwalitatief wordt het samenvallen van de vormen van de curven alleen waargenomen in het interval A (1200-2000 BP-jaren). De frequenties van de ouderdom van hout- en houtskoolmonsters komen alleen met elkaar overeen in het interval 2800-4200 jaar en komen niet overeen met de norm (Figuur 12). Na een verschuiving in de frequenties van de ouderdom van hout en steenkool met minus 100 BP jaar, werd een bevredigende overeenkomst tussen hun som en de referentiecurve verkregen (Figuur 13).
Figuur: 12. Voorbeeld "Noord-China". Vergelijking van de ouderdomsfrequenties van hout- en houtskoolmonsters met de norm.
Figuur: 13. Voorbeeld "Noord-China". Vergelijking van leeftijdsfrequenties (verminderd met 100 jaar) van hout- en houtskoolmonsters met de norm.
Evaluatie van de betrouwbaarheid van de kalibratiecurve
Uit de discrepantie tussen de referentiefrequenties en de werkelijke frequenties van de radiokoolstofleeftijd van een bepaald monster in een bepaald interval van radiokoolstofjaren, volgt dat de betrouwbaarheid laag is binnen het interval van de radiokoolstofleeftijd van het monster en / of de ijkcurve. Door een voldoende groot aantal monsters te analyseren, is het mogelijk om statistisch "verdachte" intervallen van de kalibratiecurve te identificeren. Aan de hand van de analyse van drie steekproeven als voorbeeld, kan een dergelijk interval worden genoemd - ongeveer 1700-1900 VR-jaren (Figuur 3, interval B1; Figuur 8, interval B1). Aangenomen mag worden dat binnen dit interval de ijkcurve een lage betrouwbaarheid heeft.
conclusies
Op basis van de resultaten van de analyse van drie monsters van de radiokoolstofleeftijd van de monsters volgens onze voorgestelde methode, kunnen methodologische en praktische conclusies worden getrokken.
Methodologische conclusies
De methode voor het beoordelen van de betrouwbaarheid van de resultaten van radiokoolstofdatering, gebaseerd op het vergelijken van de referentiefrequentie van de radiokoolstoftijding met de frequenties van de radiokoolstofleeftijd van monsters uit monsters uit de RD-databases, is eenvoudig, onafhankelijk en zeer efficiënt. Om de methode toe te passen, is het niet nodig om a priori gegevens voor het KB te betrekken. Op basis daarvan is het mogelijk:
- toewijzing in de frequenties van de radiokoolstofleeftijd van monsters van specifieke monsters, tijdsintervallen en hun rangschikking volgens de mate van overeenstemming met de referentiefrequenties;
- beoordeling van de nauwkeurigheid van het bepalen van de radiokoolstofleeftijd van monsters op basis van modellering;
- identificatie van systemische verschuivingen in de leeftijd van monsters van verschillende materialen;
- identificatie van gebieden op de ijkcurve die worden gekenmerkt door een relatief lage betrouwbaarheid.
Bij het toepassen van de methode kunnen klassieke procedures voor statistische verwerking van datarrays worden gebruikt.
Praktische conclusies
Radiokoolstofdatering is over het algemeen redelijk werkbaar. Twee vragen blijven open: de objectieve betrouwbaarheid van datering en de invloed van subjectieve factoren op de dateringsresultaten. De fout bij het bepalen van de radiokoolstofleeftijd van de monsters van het "USA-Canada" -monster op basis van de resultaten van modellering in het interval van 250-1350 BP-jaren is plus / minus de eerste honderden jaren. In andere intervallen is de dateringsfout hoger dan in het interval 250-1350 BP-jaren. De datums van verschillende materialen zijn ten opzichte van elkaar verschoven met maximaal 300 BP-jaren, wat ook een fout geeft van plus / minus de eerste honderden jaren. De fouten bij het bepalen van de radiokoolstofleeftijd van de monsters uit de monsters uit Europa en Noord-China komen ruwweg overeen met de fouten in het Canadese monster. In het bereik van 1700-1900 VR-jaren kan de kalibratiecurve een lage betrouwbaarheid hebben.
