Täiend “absoluutse vanuse määramise meetod” radiosüsiniku meetodi puhul ei tähenda absoluutset tõde: sel moel saadud vanuste tõlgendus nõuab alati asjatundlikku ja kompleksset käsitlusviisi.

Eesti Loodus avaldas 1969. aasta novembris artikli “Kuidas hinnata radiosüsiniku meetodit?” [6]. Oli möödunud ligi kakskümmend aastat Willard Libby radiosüsiniku meetodile aluse pannud artikli [4] ilmumisest ning käis elav arutelu meetodi rakendusvõimaluste üle. Arvamusi oli seinast seina: meetodi täielikust eitamisest kuni dateeringute absolutiseerimiseni. Et Eesti TA zooloogia ja botaanika instituudis töötas edukalt üks maailma esimesi radiosüsiniku laboratooriume ning Eesti geoloogide, paleogeograafide, arheoloogide huvi radiosüsiniku meetodi vastu oli suur, paluski Eesti Loodus meetodi tundjatel asja olemust selgitada.

Seda artiklit soovitaksin lugeda ka radiosüsiniku meetodi praegustel tarbijatel. Meetodi põhialuseid on muidugi möödunud aastakümnete jooksul olulisel määral edasi arendatud, ka paljud toonased oletused ja eeldused on leidnud kindlama füüsikalise tõestuse, kuid üks kolmkümmend kuus aastat tagasi publitseeritud artikli põhijäreldusi - radiosüsiniku meetodit saab kasutada ainult teiste uurimismeetodite väärtusliku täiendusena - on tänini kindlalt paigas.

Meetodi rakendamise algaastatel oligi tava, et vanuse määramise kõikidel etappidel - proovide võtmisel, analüüsil ja interpretatsioonil - osales meetodi aluseid valdav ekspert ning iga dateering oli laboratooriumi indeksi ja numbriga dokument, mille kasutamisel tuli viidata algallikale. Dateeringut võis kasutada ainult tema esmases vormis, st. analüüsi teinud laboratooriumi antud kindlas arvulises väärtuses.

Viimastel aastakümnetel on radiosüsiniku meetodi instrumentaalne külg kiiresti arenenud, sajad laboratooriumid teevad aastas kümneid tuhandeid vanusemääranguid. Nagu sageli juhtub, kaotab seejuures kvaliteet ning dateeringute tellijad üldjuhul ei süvene meetodi võimalustesse ning piirangutesse. Et aga suurendada projekti finantseerijate huvi, kasutatakse ka arvudega manipuleerimise trikke.

Radiosüsiniku meetodi põhialused. Kõikidest isotoopsetest dateerimismeetoditest on radiosüsiniku meetodi alused kõige paremini uuritud. Vanuse määramise printsiip on lihtne: Maa atmosfääris tekib kosmilise kiirguse mõjul pidevalt radioaktiivse süsiniku (edaspidi 14C) aatomeid. Need oksüdeeruvad süsihappegaasiks (CO2) ja taimed omastavad neid fotosünteesil koos mitteradioaktiivse süsiniku aatomitega (12C ja 13C). Nii satub 14C aineringesse. Vees lahustunud CO2 läheb karbonaatskeletiga organismidesse ning settib algupäraste karbonaatide koosseisus veekogude põhja. Nagu radioaktiivsetele isotoopidele omane, algab pärast 14C aatomite teket kohe nende lagunemine poolestusajaga 5730 aastat. Pideva tekke, ringe ja lagunemise tõttu on kõigi atmosfääriga vahetuses olevate ja süsinikku sisaldavate objektide aktiivsus enam-vähem ühesugune. Kui organismi ainevahetus lõpeb (näiteks elutegevuse lakkamisel), siis algab ainult ühesuunaline protsess: 14C aktiivsus temas hakkab vähenema. Seega iseloomustab dateeritava objekti 14C sisalduse erinevus tasakaalulisest uuritava objekti vanust – aega, mis on möödunud tema ainevahetuse lõppemisest. Et määrata objekti vanust kalendriaastates, peavad olema täidetud järgmised põhinõuded:

* 14C poolestusaeg peab olema täpselt teada;

* 14C aktiivsus atmosfääris peab olema kogu meetodi vanuselise kasutusala piires (umbes 50 000 aastat) teada ja muutumatu;

* atmosfääris tekkinud 14C aatomite vahetus teiste sfääridega (biosfäär, pindmine hüdrosfäär) peab olema täielik ja kiire, st. 14C ja 12C aatomeid omastatakse samasuguses vahekorras nagu nad on atmosfääris;

* dateeritav objekt peab pärast ainevahetuse lõppu asuma suletud süsteemis, st. tema edasine süsinikuvahetus ümbritsevaga peab olema välistatud.

Vaatamata näilisele lihtsusele ei ole neid tingimusi alati täidetud. Et radioaktiivne lagunemine on statistiline protsess, sisaldab kõikide mõõtmisprotseduuride tulem teatud viga, mis määrab paratamatult ka saadud vanuste täpsuse piiri. Peale selle on leitud, et 14C teke on olnud ajas muutuv: seda on mõjustanud eritasemelised protsessid, nagu tuhandete aastate pikkused geomagnetilise välja variatsioonid ning Päikese sadade aastate pikkused aktiivsuse muutused. Seetõttu saamegi vanuse määrangud radiosüsiniku aastates, mis erinevad kalendriaastatest.

On ka leitud, et 14C aatomite omastamisel atmosfäärist toimub isotoopne fraktsioneerimine, mistõttu eri objektid võivad omastada atmosfäärset 14C ja mitteaktiivset süsinikku eri vahekordades. Et seda kõrvalekallet korrigeerida, tuleb proovis peale 14C aatomite määrata ka püsivate süsiniku isotoopide 13C ja 12C suhe, mida väljendatakse suhtarvuga d13C.

Raske ja sageli võimatu on kontrollida ka dateeritava objekti isoleeritust pärast elutegevuse lõppu. Kõik need põhjused mõjutavad tulemusi ning tingivad erinevusi dateeritava objekti tegeliku ja näilise vanuse vahel.

Radiosüsiniku vanustelt kalendriaastatele. Selleks, et arvestada radiosüsiniku vanust kalendriaastates, on vaja teada, kui palju tekkis minevikus igal aastal 14C aatomeid. Selline arhiiv on puu aastaringides. Ent aastaringides sisalduv materjalihulk on väga väike, seetõttu oli selle arhiivi uurimiseks vaja 14C analüüsimeetodeid edasi arendada.

Tavapäraselt määratakse radioaktiivse süsiniku sisaldus, registreerides tema lagunemisel eralduvat radioaktiivset kiirgust. Seda meetodit nimetatakse konventsionaalseks tehnikaks. Alates 1980. aastatest hakati analüüsil rakendama kiirendeid ja mass-spektromeetrilist tehnikat, mis võimaldas 14C aatomeid loendada. Uus tehnika (kirjanduses tuntud AMS-meetodina – accelerator mass spectrometry) kujunes radioaktiivse süsiniku meetodi arengus revolutsiooniliseks. Kui konventsionaalsel meetodil vajatakse vanuse määramiseks mitmeid gramme süsinikku, siis AMS-meetod võimaldab vanuse määranguid juba milligrammilistest ainehulkadest. Et loendatakse süsiniku aatomeid, saame kohe sisse viia ka d13C parandused, mis võimaldavad vältida isotoopfraktsioneerimisel tekkivaid kõrvalekaldeid.

Eri kronoloogiate paralleelne kasutamine kalibreerimisel on viinud parajale segadusele ja vasturääkivustele, mida ilmekalt kirjeldasid Anto Raukas ja Enn Kaup artiklis “Aasta pole olnud alati aasta” [7].

Vanuste ümberarvutamisel on sageli unustatud kalibreerimise teoreetilised alused: igale aastaringile vastab kindel radiosüsiniku vanus, mida tuleb korrigeerida isotoopse fraktsioneerimise teguriga. Kalibreerimiskõverate üksikud punktid on saadud ühes kuni kolmes aastaringis sisalduva 14C kontsentratsioonide alusel. Seega eeldame kalibreerimisel, et dateeritava objekti eluiga oleks samuti üks kuni kolm aastat [5]. Samas tuleb iga proovi puhul sisse viia korrektsioon isotoopsele fraktsioneerimisele, kasutades selleks d13C väärtusi. Kahjuks on selliseid dateeringuid Eestis veel imevähe, sest meie kodumaistes laboratooriumides neid teha ei saa. Soov anda tulemusi ikkagi Gregoriuse kalendri järgi on tinginud meetodi põhitõdede eitamise ja nii ongi paljud tarbijad konventsionaalsel viisil saadud radiosüsiniku dateeringud ümber arvutatud ebakorrektselt [näiteks 3].

Mõned näited selliste dateeringute kalibreerimisel tekkivatest probleemidest on joonisel.

Esiteks. Nagu juba öeldud, nõuab vanuse määramine konventsionaalsel meetodil (aga sellised on kõik Eesti laboratooriumides tehtud dateeringud) küllaltki suurt kogust materjali. Tavaliselt võetakse proov settekihist, mille paksus võib olla 5–10 cm; arheoloogiliste objektide dateerimisel eelistatakse suuremalt või väiksemalt alalt kogutud söetükikesi, mis pärinevad erisuguste ja eri vanusega puidutükkide põlemisest. Seega hõlmab proov kümneid või isegi sadu aastaid ja tema radiosüsiniku vanus näitab eri vanusega süsinikku sisaldavate objektide kaalutud keskmist vanust. Sellisel viisil saadud vanusele ei vasta mitte ükski punkt dendroloogilisel kalibreerimiskõveral.

Toome näitena kümne sentimeetri paksuse turbakihi dateerimisel saadud vanuse 8000±120 ümberarvutamise kalendriaastateks, kasutades selleks programmi CALIB 5.0, mis on aastatel 1986–2005 välja töötatud Washingtoni ülikooli Kvaternaari laboratooriumis (joonis, a) [8].

Joonisel on turbakihi võimalikud vanuselised piirid radiosüsiniku aastates (ühikuks aastat tagasi), kantud vertikaalteljele. Kasutades kalibreerimiskõverat saame horisontaalteljelt leida kalendriaastad, mis antakse tavaliselt ühikutes eKr (enne Kristust, BC) või pKr (pärast Kristust, AD). Tulemina saame antud proovi jaoks rea vanuselisi intervalle (vt. tabelit), mis statistiliselt on kõik võimalikud. See on lihtsustatud näide, sest kalibreerimiskõver ei ole lineaarne ja tegelikult ei saa me saja aasta vältel ladestunud turbakihile vastavat kalibreerimisfaktorit kuidagi leida.

Tabel
Radiosüsiniku vanus, aastat tagasi, tõenäosus 95,4% Kalibreeritud vanus, aastad eKr, tõenäosus 68,3% Kalibreeritud vanus, aastad eKr, tõenäosus 95,4%
7950±120 7032–6872; 6869–6732; 6729–6698 7177–6564; 6546–6529; 6517–6513
8000±120 7063–6748; 6724–6701 7299–7222; 7195–6602
8050±120 7171–7156; 7143–6773 7335–6647

Teine näide. Täiendavaid ebamäärasusi tekitab asjaolu, et Eestis tehtud 14C dateeringutel ei ole määratud d13C väärtusi, mis sisalduvad ometi kalibreerimiskõverates. Jättes d13C väärtused arvestamata, võime erisuguseid materjale dateerides saada suuri hälbeid näilike ja tegelike vanusemäärangute vahel. Aastates väljendatuna võivad need hälbed taimse materjali korral ulatuda ±80 aastani, vees kasvavate taimede puhul aga isegi +80 kuni –600 aastani. Luumaterjali dateerimisel võib viga olla +320 kuni –80 aastat [2]. Nagu näitasid Erikssoni jt. uuringud [1], varieeruvad Põhja-Lätis asuva Zvejnieki asulast leitud luuleidude d13C väärtused vahemikus –18,8‰ kuni –24,4‰ olenevalt Zvejnieki elanike dieedist: kalade ja loomse toidu korral d13C väärtused erinevad.

Joonise b-osas on näha Pulli asula dateeringu kalibreerimise käik. 1980. aastatest, tehtud. Muistse asula kultuurkihist kogutud söeosakeste radiosüsiniku vanuseks saadi tollases ENSV TA zooloogia ja botaanika instituudi radiosüsiniku laboratooriumis 9600±120 aastat (TA-245), kusjuures d13C ei ole määratud. Oletame, et d13C kalibratsioon mõjutaks vanust ±80 aasta võrra ja leiame siis parandatud radiosüsiniku vanustele (vastavalt 9520 ja 9680 aastat) vastavad kalendriaastad (joonis, b). Nagu näha võib proovi kalibreeritud vanus olla vahemikus 9360 kuni 8569 eKr. Ja sellise ebamäärasusega tulebki leppida, edasine arvudega manipuleerimine ei oleks korrektne. Niisiis ei suurenda kalibreerimine ei objekti “vanust” ega määrangu täpsust.

Et radiosüsiniku meetodil saadud vanuste kasutajad ei saa alati aru meetodi olemusest, sellest räägib ka Valter Langi ja Arvi Kriiska [3] konstateering: “.. omaette probleem on kiirendiga tehtud ja konventsionaalsete dateeringute mõnetine erinevus, mis on väga selgesti välja tulnud näiteks Edela-Eesti mattunud orgaanikakihtide puhul ..” Täpselt nii see peabki olema! Ja seetõttu ei tohiks nendel viisidel saadud dateeringuid sama algoritmiga käsitleda, kalibreerida ega ka interpreteerida.

Asi on selles, et konventsionaalsel viisil dateeritakse proov, mis koosneb kümnete-sadade aastate jooksul moodustunud erivanuselisest orgaanilisest ainest. Kasutatava materjali vanus peegeldab näiteks kultuurkihist kogutud söeosakeste keskmist kaalutud vanust. AMS-meetodil määratakse aga ühe konkreetse söeosakese vanus.

Mõlemal vanuse määramise viisil on oma head ja vead. Suure materjalihulga dateerimisel saame keskmise vanuse, mida juhuslikult dateeritavasse kihti sattunud erivanuseline süsinikku sisaldav materjal eriti ei mõjuta, sest tema osakaal üldises materjali hulgas on väike. Näiteks järvesettesse veega sisse kantud ja ümber settinud varasemast ajast pärit kaseseeme. Selle seemne dateering AMS-meetodil ei pea olema üldse seotud dateeritava settekihi vanusega (ta on väljauhutud vanematest kihtidest). Et saada kultuurkihi kohta vähegi adekvaatsemat vanuse hinnangut, peaks AMS-meetodil dateerima suure hulga üksikuid söeosakesi.

Ettevaatust! Tõin siin vaid mõningad näited ohtudest, mis kaasnevad tänapäevaste analüütiliste meetodite kasutamisega loodus- ja humanitaarteadustes. Praegusaegsete mõõteseadmete käsitsemise näiline lihtsus, nende suur mõõtmistäpsus ja massanalüüside võimalused loovad illusiooni saadud andmete kõikvõimsusest ja absoluutsusest. Tulemus võibki olla instrumentaalsest aspektist laitmatu, kuid ta ei pruugi peegeldada tegelikkust tõepäraselt. Lõppjärelduse teeb ikka uurija, kes peab olema hästi kursis rakendatava meetodiga ja probleemiga mida ta tahab nende analüüsidega uurida. Kui on kõhklusi, siis kehtigu kuldreegel: parem jätta proov võtmata ja analüüsid tegemata. Liiga palju on toodetud müra, mille alusel välja töötatud väärteooriaid ümber lükata on üldjuhul kallim ja keerulisem kui luua uusi teooriaid.

1. Eriksson, Gunilla et al. 2003. Stone age hunter-fisher-gatherers at Zvejnieki, northern

Latvia: radiocarbon, stable isotope and archaeozoology data. – Before Farming 1 (2): 47–67.

2. Ильвес, Эваљд и др. 1974. Радиоуглеродный метод и его применение в четвертичной геологии и археологии Эстонии. АН ЭССР, Таллинн, АН ЭССР

3. Lang, Valter; Kriiska, Aivar 2001. Eesti esiaja periodiseering ja kronoloogia. – Eesti Arheoloogia Ajakiri 5(2): 83–103.

4. Libby, Willard F. 1955. Radiocarbon dating. Chicago-London-Cambridge, 175.

5. Mook, Willem G. 1983. 14C calibration curves depending on sample time-width. – PACT 8: 517–525.

6. Punning, Jaan-Mati jt. 1969. Kuidas hinnata radiosüsiniku meetodit? – Eesti Loodus 20 (11): 667–670.

7. Raukas, Anto; Kaup, Enn 2003. Aasta pole olnud alati aasta. – Eesti Loodus 54 (5): 214–217.

8. Stuiver, Minze et al. 2005. CALIB 5.0 (www Program and Documentation)