Radiokolklockan

— Den daterar lämningar av döda livsformer. Eller gör den inte det?

ALLA de i föregående artikel beskrivna klockorna går så långsamt att de är av föga eller inget värde, när man studerar arkeologiska problem. Det behövs någonting som är mycket snabbare för att passa tidsschemat för människans historia. Detta behov har radiokolklockan fyllt.

Kol-14, en radioaktiv isotop av grundämnet kol, fann man för första gången vid experiment med atomsprängning i en cyklotron. Sedan fann man det också i jordens atmosfär. Det avger svaga betastrålar, som kan räknas med hjälp av ett lämpligt instrument. Kol-14 har en halveringstid på endast 5.700 år, vilket är lämpligt vid datering av ting som kan förknippas med människans äldre historia.

De andra radioaktiva grundämnen som vi har behandlat har livslängder som är långa jämfört med jordens ålder, och de har därför funnits till alltsedan jordens skapelse fram till vår tid. Men kol-14 har en sådan kort livslängd i förhållande till jordens ålder att det fortfarande kan finnas kvar endast om det ständigt har nybildats på något sätt. Detta sker genom att atmosfären bombarderas med kosmiska strålar, vilka förvandlar kväveatomer till radioaktivt kol.

Detta kol, i form av koldioxid, används av växter vid fotosyntesen och förvandlas till alla slags organiska föreningar i levande celler. Djur och även vi människor äter vävnaderna från växter, och därför kommer allt levande att innehålla kol-14 i samma proportion som det finns i luften. Så länge som någonting lever ersätts det radioaktiva kolet, som hela tiden sönderfaller, i den levande vävnaden genom kontinuerligt intag. Men när ett träd eller ett djur dör, upphör tillförseln av nytt kol-14, och halten av kol-14 i vävnaden börjar sjunka. Om ett stycke träkol eller ett djurben bevaras i 5.700 år, innehåller det endast hälften så mycket kol-14 som det hade i levande tillstånd. I princip är det därför så att om vi mäter halten av det kol-14 som återstår i någonting som en gång befann sig i levande tillstånd, kan vi säga hur länge det har varit dött.

Radiokolmetoden kan användas på en stor mängd föremål av organiskt ursprung. Många tusen föremål har daterats på detta sätt. Den fascinerande mångfalden framgår av några få exempel:

Trämaterial från begravningsskepp som man fann i Farao Sesostris III:s gravkammare daterades till år 1670 f.v.t.

Kärnved från ett redwoodträd av jätteformat i Kalifornien, som hade 2.905 årsringar när det höggs ner år 1874, daterades till år 760 f.v.t.

Linnehöljet från Dödahavsrullarna, vilka daterades till första eller andra århundradet f.v.t. med hjälp av handstilen, åldersbestämdes med hjälp av innehållet av kol-14 till 1.900 år.

Ett trästycke som man fann på berget Ararat och som somliga ansåg kunde vara från Noas ark visade sig endast vara från år 700 v.t. — gammalt trämaterial visserligen, men inte alls så gammalt att det kunde härröra från tiden före syndafloden.

Flätade repsandaler framgrävda ur vulkanisk pimpsten från en grotta i Oregon visade en ålder av 9.000 år.

Kött från en nyfödd mammut, infrusen i sibiriskt slam i tusentals år, befanns vara 40.000 år gammalt.

Hur pålitliga är dessa dateringar?

Mätfel med radiokolklockan

Radiokolklockan föreföll vara mycket enkel och okomplicerad, när man första gången demonstrerade den, men man vet numera att den ger upphov till många slags mätfel. Efter omkring 20 års användning av metoden hölls en konferens om radiokolkronologi och andra besläktade dateringsmetoder i Uppsala år 1969. De diskussioner som fördes där mellan kemister som använder metoden och arkeologer och geologer som gör bruk av mätresultaten förde i dagen ett tiotal brister, som kunde kullkasta dateringarna. Under de 17 år som har gått sedan dess har man gjort mycket lite för att råda bot på dessa ofullkomligheter.

Ett efterhängset problem har alltid varit att kunna förvissa sig om att det föremål som analyseras inte har förorenats vare sig av sentida (levande) kol eller av forntida (dött) kol. Ett stycke trä från kärnan av ett gammalt träd kan till exempel innehålla levande sav. Och om denna sav har tvättats bort med ett organiskt lösningsmedel (framställt av dött petroleum), kan spårmängder av lösningsmedlet finnas kvar i det analyserade stycket. Gammalt träkol i jorden kan genomborras av rottrådar från levande växter. Eller också kan det ha förorenats av mycket gammalt bitumen, som är svårt att avlägsna. Man har påträffat levande skaldjur med karbonat från mineral som länge legat begravda eller från havsvatten som strömmat upp från oceanens djup, där det hade befunnit sig i tusentals år. Sådant kan göra att ett föremål förefaller att vara antingen äldre eller yngre än det verkligen är.

Det allvarligaste felet i fråga om teorin med radiokoldatering är att man gör det antagandet att halten av kol-14 i atmosfären alltid har varit densamma som den nu är. Denna halt är för det första beroende av den hastighet med vilken kol-14 nybildas genom kosmisk strålning. Den kosmiska strålningen varierar en hel del i intensitet emellanåt och påverkas i stor utsträckning av förändringar i jordens magnetfält. Magnetstormar på solen ökar ibland den kosmiska strålningen tusenfalt under några timmar. Jordens magnetfält har varit både starkare och svagare under gångna millennier. Och efter sprängningen av atom- och vätebomber har halten av kol-14 ökat avsevärt över hela världen.

Å andra sidan påverkas kol-14-halten av den mängd stabilt kol som finns i luften. Stora vulkanutbrott ökar mätbart den stabila koldioxidreservoaren och späder på så sätt ut mängden kol-14. Under det senaste århundradet har förbränning av fossila bränslen, vilket skett i en omfattning utan tidigare motstycke, i synnerhet av kol och olja, gett en bestående ökning av mängden atmosfärisk koldioxid. (Ytterligare detaljer beträffande dessa och andra tveksamheter när det gäller kol-14-klockan gavs i Vakna! för 8 september 1972.)

Dendrokronologi — datering med hjälp av trädens årsringar

Med alla dessa fundamentala svagheter för ögonen har radiokolfolket försökt sig på att kalibrera sina dateringar med hjälp av träföremål som daterats genom att man räknat årsringar, i synnerhet på en viss tallart (Pinus aristata) som lever hundratals och till och med tusentals år i sydvästra Förenta staterna. Detta forskningsområde kallas dendrokronologi eller årsringsdatering.

Radiokolklockan betraktas därför inte längre som en metod som erbjuder en absolut kronologi, utan som en mätmetod som endast anger relativa dateringar. För att man skall kunna ange den verkliga åldern, måste radiokoldateringar korrigeras med hjälp av årsringskronologi. Följaktligen kallas resultatet av en mätning av kol-14-halten ”radiokolålder”. Genom att relatera denna datering till en kalibreringskurva baserad på årsringar får man fram den absoluta åldern.

Detta är en bra metod att göra mätningar med så långt tillbaka i tiden som man med säkerhet kan räkna tallens årsringar. Det problem som nu uppstår är att det äldsta nu levande trädet, vars ålder är känd, inte sträcker sig längre tillbaka än till år 800 v.t. I syfte att förlänga tidsskalan försöker vetenskapsmän pussla ihop mönster som sammanfaller i fråga om smala och breda ringar i döda trästycken, som man funnit på marken i närheten av varandra. Genom att pussla ihop 17 lämningar av fallna träd hävdar de att de kan komma drygt 7.000 år tillbaka i tiden.

Men årsringsmåttstocken klarar sig inte heller utan hjälp. Ibland är vetenskapsmännen inte säkra på exakt var i tiden de skall placera in någon av de döda bitarna, och vad gör de då? De tillgriper radiokolmätning av stycket och använder detta som en utväg att passa in den. Detta påminner om två invalidiserade män med endast en krycka att dela på och som turas om att använda den, varvid den ene stöder sig på sin kamrat ena stunden för att i nästa stund hjälpa honom att hålla sig upprätt.

Man kan inte låta bli att förundra sig över att de enskilda träbitarna som legat så länge under bar himmel har kunnat bevaras så mirakulöst. Man skulle kunna tycka att de borde ha förts bort av häftiga regn eller plockats upp av förbipasserande, som velat använda dem till bränsle eller för något annat ändamål. Vad är det som har förhindrat förmultning eller insektsangrepp? Det är troligt att ett levande träd kan motstå tidens tand och vädrets inverkan och att enstaka träd kan leva tusen år eller mer. Men dött trä? I sex tusen år? Detta gör våld på all trovärdighet. Men detta är vad de äldre radiokoldateringarna grundar sig på.

Trots detta har radiokolexperterna och dendrokronologerna lyckats skjuta sådana tvivel åt sidan och släta över blottorna och motsägelserna, och båda känner sig nöjda med sin kompromiss. Men hur förhåller det sig med dem som anlitar dem, arkeologerna? De är inte alltid glada åt de dateringar de får besked om beträffande föremål som de har sänt in. En av dem uttryckte sig på följande sätt vid konferensen i Uppsala:

”Om en datering med kol-14 stöder våra teorier, tar vi in detta i huvudtexten. Om den inte helt motsäger teorierna, placerar vi den i en fotnot. Och om den är fullständigt ’otidsenlig’, bryr vi oss helt enkelt inte om den.”

Somliga arkeologer hyser fortfarande denna uppfattning. En av dem skrev för någon tid sedan beträffande en radiokoldatering som antogs markera den äldsta tidpunkt när man började använda husdjur:

”Arkeologer [börjar] komma på andra tankar i fråga om den omedelbara användbarheten av åldersbestämningar med hjälp av kol-14, åldersbestämningar som man godtar bara därför att de kommer från ’vetenskapliga’ laboratorier. Ju mer denna förvirring tilltar med avseende på vilken metod, vilket laboratorium, vilken halveringstid och vilken kalibrering som är mest att lita på, desto mindre bundna kommer vi arkeologer att känna oss att slaviskt acceptera alla ’dateringar’ vi får utan att ifrågasätta dem.”

Den radiokemist som hade tillhandahållit dateringen genmälde: ”Vi föredrar att syssla med fakta baserade på tillförlitliga mätningar — inte med populär eller emotionell arkeologi.”

Om vetenskapsmän nu är så skriande oense om värdet av dessa dateringar, som sträcker sig tillbaka till människans forntid, är det då inte förståeligt att lekmän kan bli skeptiska i fråga om nyhetsmeddelanden som baserar sig på vetenskaplig ”auktoritet”, som de exempel som anfördes i inledningen till denna artikelserie?

Direkt räkning av kol-14

En senare utveckling inom radiokoldateringen är metoden att räkna inte endast betastrålarna från de atomer som sönderfaller, utan alla kol-14-atomerna i ett litet prov. Detta är särskilt värdefullt, när det gäller att datera mycket gamla föremål, i vilka endast en obetydlig bråkdel av det ursprungliga kol-14 finns kvar. Av en miljon kol-14-atomer är det i genomsnitt endast en atom som sönderfaller var tredje dag. Detta gör att det är ganska enformigt att vid mätningar av gamla föremål räkna ihop tillräckligt många atomer för att kunna skilja radioaktiviteten från den kosmiska bakgrundsstrålningen.

Men om vi kan räkna alla kol-14-atomerna nu, utan att vänta på att de skall sönderfalla, kan vi uppnå en känslighet som är en miljon gånger så stor. Detta kan man göra genom att böja av en stråle av positivt laddade kolatomer i ett magnetfält i syfte att skilja kol-14 från kol-12. Det lättare kol-12 kommer att följa en snävare cirkel, och det tyngre kol-14 passerar genom en springa och går in i ett räkneverk.

Även om denna metod är mer komplicerad och dyrare än metoden med räkning av betastrålar, har den den fördelen att den mängd material som behövs för en analys är tusen gånger mindre. Den öppnar möjligheter att datera sällsynta forntida handskrifter och andra artefakter, från vilka man helt enkelt inte kan ta en provbit på flera gram, eftersom den skulle förstöras vid analysen. Nu kan sådana föremål dateras, om man har en provbit på endast några milligram.

Ett förslag om hur man skulle kunna göra bruk av denna metod vore att datera svepningen i Turin, som en del personer tror att Jesu kropp sveptes in i före begravningen. Om radiokoldateringen visar att tyget inte är så gammalt, skulle detta bekräfta tvivlarnas misstanke om att svepningen är ett falsarium. Hittills har ärkebiskopen i Turin vägrat att donera en provbit för datering, eftersom det skulle behövas ett alltför stort stycke. Men med den nya metoden skulle en kvadratcentimeter vara tillräcklig för att fastställa om materialet är från Kristi tid eller bara från medeltiden.

I vilket fall som helst har de försök som gjorts att förlänga tidsskalan ringa betydelse, så länge de större problemen förblir olösta. Ju äldre föremålet är, desto svårare är det att garantera att det är fullständigt fritt från minsta spår av yngre kol. Och ju längre vi försöker gå utöver de några tusen år för vilka vi har en tillförlitlig kalibrering, desto mindre vet vi om halten av kol-14 i atmosfären i denna forntid.

Många andra metoder att datera händelser i det förflutna har undersökts. En del av dessa är indirekt relaterade till radioaktivitet, till exempel mätningar av partikelspår efter atomklyvningar och radioaktiva halo-effekter. En del metoder grundar sig på andra processer, till exempel avlagringar av lervarv (sedimentlager) som åstadkommits genom avrinning från en glaciär. Ett annat exempel är hydreringen av artefakter av obsidian.

Aminosyrornas racemisering

Aminosyrornas racemisering är en annan dateringsmetod som kommit till användning. Men vad innebär ”racemisering”?

Aminosyrorna tillhör den grupp av kolföreningar som har fyra olika grupper av atomer bundna till en central kolatom. Att de fyra olika grupperna sitter såsom i hörnen på en tetraeder gör molekylen asymmetrisk i sin helhet. Sådana molekyler existerar i två former. Trots att de är kemiskt identiska, är den ena fysikaliskt sett en spegelbild av den andra. En enkel illustration av detta är ett par handskar. De har samma storlek och utformning, men den ena passar endast höger hand och den andra endast vänsterhanden.

En vattenlösning av den ena formen av en sådan förening vrider en polariserad ljusstråle åt vänster; den andra typen får strålen att vridas åt höger. När en kemist på syntetisk väg framställer en aminosyra från enklare föreningar, får han lika stora mängder av båda formerna. Den ena formen tar ut verkningarna av den andra formen på polariserat ljus. Detta kallas en racemisk blandning, när både vänstervridande och högervridande aminosyror är närvarande i lika stor mängd i blandningen.

När aminosyror bildas i levande växter eller djur uppträder de endast i en form, vanligen ”vänsterhandsformen” eller l-formen (från latinets levo = vänster). Om en sådan förening upphettas, får värmet molekylerna att röra sig snabbare, och några av dem ändrar form, så att vänsterformen blir högerform eller d-form (från latinets dextro = höger). Denna förändring kallas racemisering. Om detta pågår tillräckligt länge, bildas lika stora mängder av l-formen och d-formen. Detta är av speciellt intresse, eftersom det är levande ting det gäller, precis som vid radiokoldateringen.

Vid lägre temperaturer sker racemiseringen i långsammare takt. Hur mycket långsammare beror på den energi som krävs för att spegelvända molekylen. Processen följer en känd kemisk lag, som går under namnet Arrhenius’ jämviktsekvation. Om aminosyran avkyls mer och mer, går reaktionen långsammare och långsammare, till dess vi inte kan uppfatta någon förändring alls, vid normala temperaturer. Men vi kan fortfarande använda ekvationen för att beräkna hur snabbt syran förändras. Det framgår då att det skulle ta tiotusentals år för en typisk aminosyra att uppnå det racemiska tillståndet, då både vänsterformen och högerformen av aminosyran är närvarande i lika stora kvantiteter.

Tanken bakom dateringen med hjälp av denna metod är följande: Om ett ben till exempel hamnar i jorden och får ligga orört där, racemiseras asparaginsyran (en kristalliserad aminosyra) i benet långsamt. Vi gräver upp benet en lång tid senare, löser ut och renar den återstående asparaginsyran och jämför dess grad av polariseringsförmåga med ren l-asparaginsyra. På så sätt kan vi beräkna hur lång tid det har gått sedan benet utgjorde en del av en levande varelse.

Sönderfallskurvan liknar kurvan för ett radioaktivt grundämne. Varje aminosyra har sin egen karakteristiska sönderfallshastighet, precis som uran sönderfaller långsammare än kalium. Men observera följande viktiga skillnad: Radioaktiva sönderfallshastigheter påverkas inte av temperaturen, medan racemiseringen däremot, som är en kemisk reaktion, är påtagligt beroende av temperaturen.

Några av de tillämpningar av racemiseringsmetoden som fått den allra största publicitet har gjorts i samband med lämningar av människoskelett, som man funnit längs Kaliforniens kust. Ett fynd som kallades Del Mar-mannen daterades med hjälp av denna metod till 48.000 år. Ett annat fynd, skelettet av en kvinna, som man fann vid en utgrävning i närheten av Sunnyvale, föreföll vara ännu äldre — den häpnadsväckande åldern var 70.000 år! Dessa åldersbestämningar åstadkom ganska stor uppståndelse, inte endast i den offentliga pressen, utan i synnerhet bland paleontologer, eftersom ingen hade trott att det fanns människor i Nordamerika för så lång tid sedan. Det förekom spekulationer om att människor kunde ha vandrat över Berings sund från Asien så långt tillbaka i tiden som för ett hundra tusen år sedan. Men hur säkra var de dateringar som man hade uppnått med hjälp av denna nya metod?

För att få svar på detta gjorde man analyser med hjälp av en radioaktiv metod och undersökte sönderfallsprodukter som befann sig i övergångsstadier mellan uran och bly, som har en halveringstid som är lämpad för denna tidsskala. Detta gav en ålder av 11.000 år för Del Mar-skelettet och endast 8.000 eller 9.000 år för skelettet i Sunnyvale. Det var något som inte stämde.

Den stora osäkerheten beträffande åldersbestämningar med hjälp av racemiseringsmetoden är de okända termiska betingelser som påverkar föremålet under tidens gång. Som vi tidigare nämnde är racemiseringstakten ytterst känslig för temperaturförändringar. Om temperaturen stiger med 14 grader, går reaktionen tio gånger så snabbt. Hur skulle någon kunna veta vilka temperaturer benen kan ha utsatts för så många år tillbaka i tiden? Hur många somrar kan de ha legat blottade i stekande Kaliforniensol? Eller kan de till och med ha befunnit sig i en lägereld eller i en skogsbrand? Förutom temperaturen har man funnit andra faktorer som påverkar takten i hög grad, till exempel pH-värdet (graden av surhet). En rapport lyder: ”Aminosyror i sediment uppvisar en racemiseringstakt som i början är nästan en tiopotens (10 gånger) snabbare än den takt som kan konstateras, när det gäller fria aminosyror vid jämförbara pH-värden och temperaturer.”

Inte ens detta är slutet på sagan. Ett av Sunnyvalebenen analyserades beträffande kol-14, både genom att man räknade betapartiklar från sönderfallande atomer och genom att man använde sig av den nyare atomräkningsmetoden. Dessa metoder gav i stort sett likadana värden. Genomsnittsvärdet var endast 4.400 år!

Vad skall vi då tro? Det är tydligt att en del av svaren är fruktansvärt oriktiga. Bör vi då sätta större tilltro till radiokoldateringen, eftersom man har längre erfarenhet av att använda den? Men även med den metoden varierar olika prov från samma ben från 3.600 till 4.800 år. Vi bör kanske medge, i de ordalag som yttrades av den vetenskapsman som vi tidigare citerade: ”Det kanske är så att de alla är felaktiga.”

[Infälld text på sidan 23]

Man vet numera att radiokolklockan lätt ger upphov åt många slags mätfel

[Ruta på sidan 22]

Så sent som i år uppgav Science News, under rubriken ”Nya dateringar av ’gamla’ redskap”:

”Fyra artefakter av ben, som ansågs utgöra bevis för att människor befolkade Nordamerika för omkring 30.000 år sedan, är på sin höjd endast 3.000 år gamla, rapporterar arkeologen D. Earl Nelson vid Simon Fraser University i British Columbia i Canada och hans kolleger i tidskriften SCIENCE för 9 maj. ...

Skillnaden i fråga om den beräknade åldern hos de två typerna av kolprover från samma ben är minst sagt betydande. Som exempel kan nämnas att man för en ’hudskrapa’, som användes till att avlägsna kött från djurhudar med, först angav en radiokolålder på 27.000 år. Man har nu reviderat denna åldersbestämning till omkring 1.350 år.” — 10 maj 1986.

[Diagram på sidan 24]

(För formaterad text, se publikationen)

Mängden kol-14 (eller racemiserad asparaginsyra) varierar alltefter yttre betingelser

Den kosmiska strålningens variationer

Kol-14

Temperaturförändringar

Asparaginsyra

[Diagram på sidan 26]

(För formaterad text, se publikationen)

L-asparaginsyra

COOH C NH₂ H CH₂COOH

D-asparaginsyra

HOOC C H₂N H HOOCH₂C