Radyokarbon kalibrasyonu - Radiocarbon calibration

Radyokarbon yaş tayini ölçümler "radyokarbon yılları" cinsinden yaş üretir ve bu yaşların takvim yaşlarına dönüştürülmesi gerekir. kalibrasyon. Atmosferik olduğundan kalibrasyon gereklidir. 14
C/12
C Radyokarbon yaşlarının hesaplanmasında kilit bir unsur olan oran, tarihsel olarak sabit olmamıştır.[1]

Willard Libby, radyokarbon tarihlemesinin mucidi, 1955 gibi erken bir tarihte, oranın zaman içinde değişmiş olabileceği olasılığına dikkat çekti. Artefaktlar için ölçülen yaşlarla bilinen tarihi tarihler arasında tutarsızlıklar kaydedilmeye başlandı ve takvim tarihlerini elde etmek için radyokarbon yaşlarına bir düzeltme yapılması gerekeceği ortaya çıktı.[2] Düzeltilmemiş tarihler kısaltılmış olarak "radyokarbon yılları önce" olarak belirtilebilir "14
Cya ".[3]

Dönem Bugünden Önce (BP), "mevcut" un 1950 olduğu, radyokarbon analizinden elde edilen raporlama tarihleri ​​için oluşturulmuştur. Düzeltilmemiş tarihler "uncal BP" olarak belirtilir,[4] ve kalibre edilmiş (düzeltilmiş) tarihler "cal BP" olarak. Tek başına kullanıldığında BP terimi belirsizdir.

Bir eğrinin oluşturulması

INTCAL13'ten Kuzey Yarımküre eğrisi. 2017 itibariyle bu, standart kalibrasyon eğrisinin en yeni sürümüdür. Güney Yarımküre ve deniz verilerinin kalibrasyonu için ayrı grafikler vardır.[5]

Takvim yıllarını radyokarbon yıllarıyla ilişkilendirmek için kullanılabilecek bir eğri oluşturmak için, radyokarbon yaşlarını belirlemek için test edilebilecek, güvenli bir şekilde tarihlendirilmiş örnekler dizisi gereklidir. Dendrokronoloji veya ağaç halkalarının incelenmesi bu tür ilk sıraya yol açtı: Bireysel odun parçalarından ağaç halkaları, belirli bir yıldaki yağış miktarı gibi çevresel faktörlere bağlı olarak kalınlığı değişen karakteristik halka dizileri gösterir. Bu faktörler bir alandaki tüm ağaçları etkiler ve bu nedenle eski ahşaptan ağaç halkası dizilerinin incelenmesi, üst üste binen dizilerin tanımlanmasına olanak tanır. Bu şekilde, kesintisiz bir ağaç halkaları dizisi geçmişe kadar uzanabilir. Bristlecone çam ağacı halkalarına dayanan bu tür ilk yayınlanan sekans, 1960'larda Wesley Ferguson.[6] Hans Suess, verileri 1967'de radyokarbon tarihlemesi için ilk kalibrasyon eğrisini yayınlamak için kullandı.[2][7][8] Eğri, düz çizgiden iki tür varyasyon gösterdi: yaklaşık 9.000 yıllık bir süreye sahip uzun vadeli bir dalgalanma ve onlarca yıllık bir dönemle, genellikle "kıpırdama" olarak adlandırılan daha kısa vadeli bir varyasyon. Suess, kıpırdanmayı gösteren çizgiyi "kozmik Schwung"ya da serbest. Kıpırdanmaların gerçek olup olmadığı bir süredir belirsizdi, ama şimdi iyice yerleşmiş durumdalar.[7][8]

Kalibrasyon yöntemi aynı zamanda zamansal değişimin de 14
C düzey küreseldir, öyle ki belirli bir yıldan az sayıda örnek kalibrasyon için yeterlidir ve bu 1980'lerde deneysel olarak doğrulanmıştır.[2]

Önümüzdeki 30 yıl boyunca, çeşitli yöntemler ve istatistiksel yaklaşımlar kullanılarak birçok kalibrasyon eğrisi yayınlandı.[9] Bunların yerini, INTCAL98 ile başlayan, 1998'de yayınlanan ve 2004, 2009, 2013 ve 2020'de güncellenen INTCAL serisi eğriler almıştır.[10] Bu eğrilerde yapılan iyileştirmeler, ağaç halkalarından toplanan yeni verilere dayanmaktadır. değişkenler, mercan ve diğer çalışmalar. INTCAL13 için kullanılan veri kümelerine yapılan önemli eklemeler arasında değişken olmayan deniz foraminifera veriler ve U-Th tarihli Speleothems. INTCAL13 verileri, hemisfer etkisi nedeniyle sistematik olarak farklılık gösterdikleri için Kuzey ve Güney Yarımküre için ayrı eğriler içerir; ayrıca ayrı bir deniz kalibrasyon eğrisi vardır.[11]

INTCAL13 kalibrasyon eğrisinin parçası, doğru (t1) ve yanlış (t2) belirli bir hata ile bir kalibrasyon eğrisinden bir takvim yılı aralığını belirleme yöntemleri[5]

Test, artı veya eksi bir standart sapma (genellikle ± σ olarak yazılır) ile ilişkili bir hata aralığı ile birlikte radyokarbon yıllarında bir numune yaşı ürettiğinde, kalibrasyon eğrisi numune için bir dizi takvim yaşı türetmek için kullanılabilir. Kalibrasyon eğrisinin kendisinde, "Kalibrasyon hatası ve ölçüm hatası" etiketli grafikte görülebilen ilişkili bir hata terimi vardır. Bu grafik, 3100 BP - 3500 BP takvim yılları için INTCAL13 verilerini göstermektedir. Düz çizgi INTCAL13 kalibrasyon eğrisidir ve noktalı çizgiler standart hata aralığını gösterir, örnek hatasında olduğu gibi bu bir standart sapmadır. Örnek t için gösterildiği gibi, basitçe noktalı çizgilere göre radyokarbon yıl aralığını okumak2kırmızı, çok büyük bir takvim yılı aralığı verir. Hata terimi, iki hatanın karelerinin toplamının kökü olmalıdır:[12]

Örnek t1, grafikte yeşil ile gösterilen bu prosedürü gösterir - sonuçta ortaya çıkan hata terimi, σToplam, aralık için kullanılır ve bu aralık, kalibrasyon hatasını gösteren satırlara başvurmadan doğrudan grafiğin kendisinden sonucu okumak için kullanılır.[12]

Benzer standart hatalara sahip farklı radyokarbon tarihleri, her noktadaki kalibrasyon eğrisinin şekline bağlı olarak çok farklı sonuçlanan takvim yılı aralıkları verebilir.

Kalibrasyon eğrisindeki değişiklikler, farklı radyokarbon yaşlarına sahip numuneler için çok farklı sonuç takvim yılı aralıklarına yol açabilir. Sağdaki grafik INTCAL13 kalibrasyon eğrisinin 1000 BP'den 1400 BP'ye, radyokarbon yaşı ile takvim yaşı arasında doğrusal bir ilişkiden önemli sapmaların olduğu bir aralığı göstermektedir. Örnek t'deki gibi kalibrasyon eğrisinin dik olduğu ve yön değiştirmediği yerlerde1 sağdaki grafikte mavi renkle gösterilen takvim yılı aralığı oldukça dardır. Eğrinin hem yukarı hem aşağı önemli ölçüde değiştiği durumlarda, tek bir radyokarbon tarih aralığı iki veya daha fazla ayrı takvim yılı aralığı oluşturabilir. Örnek t2grafikte kırmızı ile gösterilen bu durumu göstermektedir: Yaklaşık 1260 BP ile 1280 BP arasındaki bir radyokarbon yaş aralığı, yaklaşık 1190 BP ve 1260 BP arasında üç ayrı aralığa dönüşür. Üçüncü bir olasılık, eğrinin bazı takvim tarihleri ​​aralığı için düz olmasıdır; bu durumda t ile gösterilmiştir3Grafikte yeşil renkle gösterilen, 1180 BP'den 1210 BP'ye kadar yaklaşık 30 radyokarbon yılı aralığı, 1080 BP'den 1180 BP'ye kadar yaklaşık bir yüzyıllık bir takvim yılı aralığı ile sonuçlanır.[9]

Olasılık yöntemleri

Yukarıda açıklanan bir takvim yılı aralığı türetme yöntemi, yalnızca kesişimlerin grafik üzerindeki konumuna bağlıdır. Bunlar,% 68 güven aralığı veya bir standart sapmanın sınırları olarak alınır. Bununla birlikte, bu yöntem, orijinal radyokarbon yaş aralığının normal olarak dağıtılan bir değişken olduğu varsayımını kullanmaz: radyokarbon yaş aralığındaki tüm tarihler eşit olasılık değildir ve bu nedenle ortaya çıkan takvim yılı yaşındaki tüm tarihler eşit olasılık değildir. Kesişimler yoluyla bir takvim yılı aralığı elde etmek bunu hesaba katmaz.[9]

Kuzey yarımküre INTCAL13 eğrisini kullanan 1260–1280 BP giriş değerleri için CALIB çıkışı

Alternatif, radyokarbon yaş aralıklarının orijinal normal dağılımını almak ve bunu bir histogram takvim yaşları için göreli olasılıkları gösteriyor. Bunun bir formülle değil sayısal yöntemlerle yapılması gerekir çünkü kalibrasyon eğrisi bir formül olarak tanımlanamaz.[9] Bu hesaplamaları gerçekleştirmek için programlar OxCal ve CALIB içerir. Bunlara çevrimiçi olarak erişilebilir; kullanıcının radyokarbon yaşları için bir standart sapma güvenirliği ile bir tarih aralığı girmesine, bir kalibrasyon eğrisi seçmesine ve hem tablo verileri hem de grafik formda olasılıklı çıktılar üretmesine olanak tanır.[13][14]

Solda gösterilen CALIB çıkışı örneğinde, giriş verisi 10 radyokarbon yıllık standart sapma ile 1270 BP'dir. Seçilen eğri, bir kısmı çıktıda gösterilen kuzey yarımküre INTCAL13 eğrisidir; eğrinin dikey genişliği, o noktadaki kalibrasyon eğrisindeki standart hatanın genişliğine karşılık gelir. Solda normal bir dağılım gösterilmektedir; bu, radyokarbon yıllarındaki girdi verileridir. Normal eğrinin daha koyu olan merkezi kısmı, ortalamanın bir standart sapması içindeki aralıktır; daha açık gri alan, ortalamanın iki standart sapması içindeki aralığı gösterir. Çıktı, alt eksen boyuncadır; 710 AD, 740 AD ve 760 AD civarında zirveleri olan üç modlu bir grafiktir. Yine, 1σ güven aralığı içindeki aralıklar koyu gridir ve 2σ güven aralığı içindeki aralıklar açık gridir. Bu çıktı, aynı radyokarbon tarih aralığı için yukarıdaki grafikte yer alan durdurma yönteminin çıktısı ile karşılaştırılabilir.[14]

Bir dizi ağaç halkaları gibi bilinen bir diziye ve zaman içinde ayrılmasına sahip bir dizi numune için numunelerin radyokarbon yaşları kalibrasyon eğrisinin küçük bir alt kümesini oluşturur. Ortaya çıkan eğri daha sonra radyokarbon tarihlerinin önerdiği aralıkta kalibrasyon eğrisindeki kıpırdanmaların numune tarihlerinin eğrisindeki kıpırdanmalarla en iyi nerede eşleştiğini belirleyerek gerçek kalibrasyon eğrisiyle eşleştirilebilir. Bu "kıpırdatma eşleştirme" tekniği, tek tek radyokarbon tarihleriyle mümkün olandan daha kesin tarihlemeye yol açabilir.[15] Kalibrasyon eğrisindeki veri noktaları beş yıl veya daha fazla aralıklı olduğundan ve bir eşleşme için en az beş puan gerektiğinden, bu eşleşmenin olması için en az 25 yıllık bir ağaç halkası (veya benzer) verisi olmalıdır. mümkün. Wiggle-eşleştirme, kalibrasyon eğrisinde bir platonun olduğu yerlerde kullanılabilir ve bu nedenle, kesişme veya olasılık yöntemlerinin üretebildiğinden çok daha doğru bir tarih sağlayabilir.[16] Teknik, ağaç halkalarıyla sınırlı değildir; örneğin, tabakalı tephra Adalardaki insan kolonizasyonundan önce olduğu bilinen Yeni Zelanda'daki dizi, kıpırdatma eşleştirmesi ile MS 1314 ± 12 yıla tarihlendirilmiştir.[17]

Aynı nesneden olduğu bilinen veya şüphelenilen numuneler için birkaç radyokarbon tarihi elde edildiğinde, daha doğru bir tarih elde etmek için ölçümleri birleştirmek mümkün olabilir. Numuneler kesinlikle aynı yaşta olmadıkça (örneğin, her ikisi de fiziksel olarak tek bir maddeden alınmışsa), tarihlerin aynı nesneden kaynaklanıp kaynaklanmadığını belirlemek için istatistiksel bir test uygulanmalıdır. Bu, söz konusu numuneler için radyokarbon tarihleri ​​için birleşik bir hata terimi hesaplanarak ve ardından havuzlanmış bir ortalama yaş hesaplanarak yapılır. Daha sonra bir uygulama yapmak mümkündür T testi örneklerin aynı gerçek ortalamaya sahip olup olmadığını belirlemek için. Bu yapıldıktan sonra, birleştirilmiş ölçümlerin bir sonucu olarak daha dar bir olasılık dağılımı (yani daha yüksek doğruluk) ile tek bir tarih ve aralığın nihai cevabını vererek, havuzlanmış ortalama yaş için hata hesaplanabilir.[18]

Bayes istatistik teknikleri Kalibre edilecek birkaç radyokarbon tarihi olduğunda uygulanabilir. Örneğin, belirli bir stratigrafik dizide farklı seviyelerden bir dizi radyokarbon tarihi alınırsa, Bayes analizi, tarihlerin bazılarının anormallik olarak atılıp atılmayacağını belirlemeye yardımcı olabilir ve bu bilgileri çıktı olasılık dağılımlarını iyileştirmek için kullanabilir.[15]

Referanslar

  1. ^ Taylor (1987), s. 133.
  2. ^ a b c Aitken (1990), s. 66–67.
  3. ^ Enk, J .; Devault, A .; Debruyne, R .; King, C. E .; Treangen, T .; O'Rourke, D .; Salzberg, S. L. l; Fisher, D .; MacPhee, R .; Poinar, H. (2011). "Tam Kolomb mamut mitogenomu, yünlü mamutlarla melezleşmeyi öneriyor". Genom Biyolojisi. 12 (5): R51. doi:10.1186 / gb-2011-12-5-r51. PMC  3219973. PMID  21627792.
  4. ^ P. Semal; A. Hauzeur; H. Rougier; I. Crevecoeur; M. Germonpré; S. Pirson; P. Haesaerts; C. Jungels; D. Flas; M. Toussaint; B. Maureille; H. Bocherens; T. Higham; J. van der Pflicht (2013). "İnsan kalıntılarının ve ilgili arkeolojik materyalin radyokarbon tarihlemesi". Anthropologica et Præhistorica. 123/2012: 331–356.
  5. ^ a b Reimer, Paula J .; et al. (2013). "IntCal13 ve Marine13 radyokarbon yaş kalibrasyon eğrileri 0–50.000 yıl cal BP". Radyokarbon. 55 (4): 1869–1887. doi:10.2458 / azu_js_rc.55.16947.
  6. ^ Taylor (1987), s. 19–21.
  7. ^ a b Bowman (1995), s. 16–20.
  8. ^ a b Suess (1970), s. 303.
  9. ^ a b c d Bowman (1995), s. 43–49.
  10. ^ Reimer Paula J (2020). "IntCal20 Kuzey Yarımküre Radyokarbon Yaş Kalibrasyon Eğrisi (0-55 cal kBP)". Radyokarbon. 62 (4): 725–757. doi:10.1017 / RDC.2020.41.
  11. ^ Stuiver, M .; Braziunas, T.F. (1993). "Atmosferik modelleme 14
    C     etkiler ve 14
    C     deniz örneklerinin yaşları MÖ 10.000'e    . Radyokarbon. 35 (1): 137–189. doi:10.1017 / S0033822200013874.
  12. ^ a b Aitken (1990), s. 101.
  13. ^ "OxCal". Oxford Radyokarbon Hızlandırıcı Ünitesi. Oxford Üniversitesi. 23 Mayıs 2014. Alındı 26 Haziran 2014.
  14. ^ a b Stuiver, M .; Reimer, P.J. Reimer; Reimer, R. (2013). "CALIB Radyokarbon Kalibrasyonu". CALIB 14C Kalibrasyon Programı. Queen's Üniversitesi, Belfast. Alındı 26 Haziran 2014.
  15. ^ a b Walker (2005), s. 35-37.
  16. ^ Aitken (1990), s. 103-105.
  17. ^ Walker (2005), s. 207-209.
  18. ^ Gillespie (1986), s. 30−32.

Kaynakça

  • Aitken, M.J. (1990). Arkeolojide Bilime Dayalı Flört. Londra: Longman. ISBN  978-0-582-49309-4.
  • Bowman, Sheridan (1995) [1990]. Radyokarbon Tarihlendirme. Londra: British Museum Press. ISBN  978-0-7141-2047-8.
  • Gillespie, Richard (1986) [orijinal 1984 baskısından düzeltmelerle]. Radyokarbon Kullanıcı El Kitabı. Oxford: Oxford Üniversitesi Arkeoloji Komitesi. ISBN  978-0-947816-03-2.
  • Suess, H.E. (1970). "Radyokarbon zaman ölçeğinin MÖ 5200'den günümüze Bristlecone-çam kalibrasyonu". Olsson, Ingrid U. (ed.) İçinde. Radyokarbon Varyasyonları ve Mutlak Kronoloji. New York: John Wiley & Sons. s. 303–311.
  • Taylor, R.E. (1987). Radyokarbon Tarihlendirme. Londra: Akademik Basın. ISBN  978-0-12-433663-6.
  • Walker, Mike (2005). Kuaterner Tarihlendirme Yöntemleri (PDF). Chichester: John Wiley & Sons. ISBN  978-0-470-86927-7. Arşivlenen orijinal (PDF) 2014-07-14 tarihinde. Alındı 2014-07-26.