Kierownik: dr hab. inż. Andrzej Rakowski
Czas trwania
2018-2021
Partnerzy
Finansowanie
Narodowe Centrum Nauki, grant UMO-2017/25/B/ ST10/02329
Streszczenie
W roku 2012 ukazał się w Nature artykuł przedstawiający gwałtowny wzrost koncentracji radiowęgla w atmosferze spowodowany aktywnością naszej gwiazdy. Zanotowany w próbkach przyrostów rocznych kryptomeri japońskiej (Cryptomeria japonica) na przełomie lat 774 i 775 n.e. wynosił 12‰. Podobny wzrost (11,3‰) został zanotowany na przełomie lat 993 i 994 n.e. W literaturze efekt ten nosi nazwę efektu Miyake od nazwiska odkrywczyni.
Efekt ten ma ogromne znaczenie z punktu widzenia datowania radiowęglowego. Bazujące na rozpadzie izotopu węgla o masie 14 datowanie, opiera się na znajomości koncentracji tego izotopu w przeszłości oraz na jego koncentracji w próbce w chwili pomiaru. Ponieważ koncentracja tego izotopu w atmosferze nie jest stała w czasie, dlatego też do otrzymania wieku kalendarzowego próbki konieczne jest użycie krzywej kalibracyjnej. Pozwala ona na wyznaczenie przedziału lat kalendarzowych, którym odpowiada odpowiednia koncentracja radiowęgla (wiek radiowęglowy). Krzywa ta w początkowym okresie zbudowana została w oparciu o koncentracje radiowęgla w słojach przyrostów rocznych drzew datowanych dendrochronologiczne. Analizowane próbki obejmowały przedziały dziesięcioletnie, co powodowało, że amplituda zmian (gwałtownego wzrostu czy spadku koncentracji radiowęgla w atmosferze) ulegała spłyceniu. Wiek kalendarzowy próbek pochodzących z okresu, na który przypadają gwałtowne zmiany konecntracji radiowęgla spowodowane efektem Miyake, może zostać „odmłodzony” podczas kalibracji z użyciem krzywej kalibracyjnej. Konieczne jest zatem uwzględnienie szybkich zmian w krzywej służącej do kalibracji dat radiowęglowych.
Celem tego projektu jest oprócz zarchiwizowania zmian koncentracji radiowęgla w dendrochronologicznie datowanych słojach przyrostów rocznych drzew oraz wykorzystanie tych zmian do precyzyjnego wydatowania pływającej, liczącej 227 lat chronologii sosny z centralnej Polski. Dzięki zastosowaniu techniki akceleratorowej (akceleratorowa spektrometria mas) możliwe jest wykonanie precyzyjnych pomiarów w próbkach zawierających ≥1mg węgla. Pomiary koncentracji radiowęgla w słojach rocznych sosny porównane zostaną ze zmianami w próbkach wzorcowych (dendrochronologicznie datowane słoje subfosylnych dębów), w celu wyznaczenia podobieństwa pomiedzy oboma przebiegami zmian („Wiggle matching”). Pozwoli to na bezwzgledne datowanie pływającej chronologii sosny z dokładnością roczną, która do tej pory była nieosiągalna metodą radiowęglową. Bedzie to jedno z pierwszych zastosowań tego odkrycia w datowaniu bezwzględnym, które pozwoli na zestawienie najdłuższej chronologii sosny w środkowej Europie.
Cel badań/Hipoteza
Proponowany projekt ma na celu uyskanie nowych informacji o wzrości koncentracji izotopu węgla 14C (radiowęgla) w okresie silnych zmian aktywności Słońca w latach 774/775 AD oraz 993/994 AD zw. Efektem Miyake. Informacje te są szczególnie ważne z punktu widzenia metody datowania radiowęglowego, ze względu na krzywą kalibracyjną, która skonstruowana jest w oparciu o pomiary w próbkach obejmujących kolejne, stykające się ze sobą, dziesięcioletnie przedziały. Powoduje to znaczne spłaszczenie amplitudy tego efektu, co w konsekwencji spowodować może odmłodzenie wieku próbek w wyniku kalibracji. Oprócz uwzględnienia tego efektu w krzywej kalibracyjnej, wyniki naszych badań posłużą do umiejscowienia w czasie części pływającej chronologii sosny z terenu Polski, dla potrzeb datowania dendrochronologicznego. Możliwe jest to poprzez porównanie zmian koncentracji radiowęgla w poszczególnych słojach przyrostów rocznych z jego koncentracją w okresie gwałtownego wzrostu latach 774/775 AD oraz 993/994 AD.
Metoda badawcza
W ramach projektu planuje się wykonanie analiz radiowęglowych w pojedyńczych przyrostach rocznych drzew, datowanych uprzednio dendrochronologicznie, obejmujących oba okresy, w których wystąpił gwałtowny wzrost koncetracji radiowęgla spowodowany efektem Miyake. Standardowa prepatyka chemiczna próbek przyrostów rocznych drzew zostanie rozszerzona o etap mający na celu uzyskanie α-celulozy, co powinno zapewnić eliminację wszelkich zanieczyszczeń. Pomiary wykonane zostaną dla próbek dębu oraz sosny, w celu wyznaczenia możliwych różnic we wzrości koncentracji radiowęgla w zależności od gatunku drzewa. Koncentracja radiowęgla w słojach przyrostów roczych zostanie wyznaczona w oparciu o pomiary techniką akceleratorową (AMS). Technika ta umożliwia wykonanie precyzyjnych pomiarów w próbkach o zawartości węgla ≥ 1mg.
Wpływ rezultatów
Wyznaczenie zmian koncentracji radiowęgla spowodowanych efektem Miyake dla drzew z terenu Polski pozwoli na porównanie magnitudy tego efeku pomiędzy otrzymanymi wynikami oraz danymi dostepnymi w literaturze. Pozwoli to stwierdzić czy nie występują wyraźne różnice w jego magnitudzie w różnych częściach świata. Nowością będzie wykorzystanie tych pomiarów do powiązania kawałka chronologii pływającej z chronologią sosny dla Polski. Możliwe to będzie poprzez porównanie (Wiggle matching) zmian koncentracji radiowęgla w próbkach wzrocowych ze zmianami w słojach przyrostów rocznych sosny (pływająca chronologia). Pozwoli to na datowanie tych ostatnich z dokładnością co do 1 roku.
Publikacje związane z projektem
Andrzej Z Rakowski, Marek Krąpiec, Mathias Huels, Jacek Pawlyta, Mathieu Boudin, 2018. INCREASE IN RADIOCARBON CONCENTRATION IN TREE RINGS FROM KUJAWY VILLAGE (SE POLAND) AROUND AD 993–994. Radiocarbon 60(4): 1249–1258. https://doi.org/10.1017/RDC.2018.74
Andrzej Rakowski, Marek Krąpiec, Matthias Huels, Jacek Pawlyta, Christian Hamann, Damian Wiktorowski, 2019. ABRUPT INCREASE OF RADIOCARBON CONCENTRATION IN 660 BC IN TREE RINGS FROM GRABIE NEAR KRAKÓW (SE POLAND). Radiocarbon 61(5): 1327–1335. https://doi.org/10.1017/RDC.2019.40
Damian Wiktorowski, Marek Krąpiec, Andrzej Rakowski, Alexander Cherkinsky, 2020. STATUS OF THE AMS GRAPHITIZATION SYSTEM IN THE DENDROCHRONOLOGICAL LABORATORY AT AGH-UST, KRAKÓW. Geochronometria 47: 112–117. https://doi.org/10.2478/geochr-2020-0024
Marek Krąpiec, Andrzej Rakowski, Jacek Pawlyta, Damian Wiktorowski, Monika Bolka, 2021. ABSOLUTE DENDROCHRONOLOGICAL SCALE FOR PINE (PINUS SYLVESTRIS L.) FROM UJŚCIE (NW POLAND), DATED USING RAPID ATMOSPHERIC 14C CHANGES. Radiocarbon 63(4): 1205–1214. https://doi.org/10.1017/RDC.2020.116