Einführung
Die Radiokarbondatierung (RD) einer Probe wird auf die Messung des 14C- und 13C-Gehalts reduziert, wodurch der 14C-Gehalt für die Fraktionierung von Kohlenstoffisotopen (berechnet aus dem 13C-Gehalt) korrigiert und das Radiokohlenstoffalter berechnet wird. Basierend auf der Kalibrierungskurve wird das Radiokohlenstoffalter der Probe in den Kalender neu berechnet. Somit wird die Zuverlässigkeit der Radiokarbondatierung durch die Zuverlässigkeit der Berechnung des Radiokohlenstoffalters der Proben und die Zuverlässigkeit der Kalibrierungskurve bestimmt. Der letztere Parameter wird durch die Zuverlässigkeit des Radiokohlenstoff- und Kalenderalters der Proben bestimmt, die zur Erstellung der Kalibrierungskurve verwendet wurden, und durch den Grad ihrer Übereinstimmung mit den 14C-Schwankungen in der CO2-Atmosphäre des Bereichs, in dem die datierten Proben gebildet wurden.
Mit der Zuverlässigkeit der RD-Ergebnisse meinen wir den Grad und die Art der Übereinstimmung zwischen dem geschätzten und dem tatsächlichen Alter der datierten Proben. Eine direkte experimentelle Bewertung der Zuverlässigkeit von RD-Ergebnissen ist grundsätzlich nicht möglich. Dies ist ein grundlegendes Merkmal der Methode. Daher kann die Bewertung der Zuverlässigkeit der RD-Ergebnisse nur mit „indirekten“Methoden durchgeführt werden. Die für eine solche Bewertung verfügbaren Mittel sind jedoch erheblich begrenzt. Wir können nur eine Arbeit nennen, in der eine der klassischen "indirekten" Methoden zur Bewertung der Zuverlässigkeit des RD relativ korrekt implementiert ist - die Faktoren, die die Zuverlässigkeit der Datierung beeinflussen, werden identifiziert, die von ihnen eingeführten Fehler werden geschätzt und der Gesamtbeitrag der Faktoren zum Kalenderalter der datierten Stichproben wird gefunden. Es gibt eine andere Gruppe klassischer "indirekter" Methoden:basierend auf der Analyse der "Konvergenz" von Forschungsergebnissen. Eine der Methoden dieser Gruppe in Bezug auf die RD haben wir gefunden.
Methodenbeschreibung
Die Kalibrierungskurve des RD wurde unter Verwendung von Holzproben mit bekanntem Alter berechnet und spiegelt die Abhängigkeit des Radiokohlenstoffalters vom Kalender wider. Es hat lokale Maxima und Minima, Stufen und relativ steile Abschnitte. Daraus folgt, dass bei einer gleichmäßigen Verteilung der datierten Proben entlang der Kalenderalterskala ihre Verteilung entlang der Radiokohlenstoffalterskala ungleichmäßig ist. Das Kalenderalter der Proben, auf deren Grundlage die Kalibrierkurve berechnet wurde, ist nach 10 Jahren gleichmäßig verteilt. Daher können wir aus der Kalibrierungskurve den Standard für die Frequenzen des Radiokohlenstoffalters der Proben berechnen. Die Kalibrierungskurve für die RD und der Standard für die Radiokohlenstoffalterungsfrequenzen der Proben sind in Abbildung 1 dargestellt.
Zahl: 1. Kalibrierungskurve der Radiokohlenstoffdatierung und der Frequenzstandard des Radiokohlenstoffalters der Proben.
Der Standard für die Häufigkeit des Radiokohlenstoffalters der Proben wird für Intervalle von 100 Radiokohlenstoffjahren berechnet. Die resultierende Kurve ist stark differenziert. Die Frequenzen reichen von 2 bis 29. Es gibt unterschiedliche Höhen und Tiefen. Wir können den Standard mit den Häufigkeiten des Radiokohlenstoffalters von Proben bestimmter Proben für Regionen, Arten datierter Materialien oder Laboratorien vergleichen, die aus RD-Datenbanken stammen. Die Idee hinter diesem Vergleich ist einfach. Wenn die Zuverlässigkeit der Schätzung des Radiokohlenstoffalters der Probe und der Kalibrierungskurve nahe beieinander liegen, sollte erwartet werden, dass die tatsächliche Frequenz und die Referenzfrequenz übereinstimmen. In diesem Fall wird der Übereinstimmungsgrad durch den Übereinstimmungsgrad der tatsächlichen Verteilung des Kalenderalters der Stichproben auf der Skala der Kalenderjahre mit ihrer gleichmäßigen Verteilung bestimmt. Wenn signifikante Frequenzfehlanpassungen vorliegen,Dies bedeutet, dass die Zuverlässigkeit der Kalibrierungskurve und das Radiokohlenstoffalter der Proben einer bestimmten Probe unterschiedlich sind. Darüber hinaus ist es in einigen Fällen von Diskrepanzen möglich, Hypothesen über ihre Ursachen zu begründen.
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Die Effizienz der Methode wird am Beispiel der Analyse von drei Datenproben aus dem RD gezeigt, die wir "USA-Kanada", "Europa" und "Nordchina" nannten. Die Stichproben enthalten Daten, die in das Intervall von 0 bis 5999 BP-Jahren fallen. Alle Häufigkeiten des Radiokohlenstoffalters der Proben wurden in einem Fenster von 100 VR-Jahren berechnet.
Probe "USA-Kanada"
Die USA-Kanada-Stichprobe wurde aus der Datenbank auf der Website zusammengestellt. Die Stichprobe enthält 22227 Daten: 15452 Daten in den USA, 6561 Daten in Kanada und 214 Daten in Russland. Einschließlich: 1438 Daten von Holzproben, 12675 - Holzkohle, 2922 - Knochen, 2655 - Kalagenknochen.
Zahl: 2. Probe "USA-Kanada". Vergleich der Altershäufigkeiten aller Stichproben in der Stichprobe mit der Referenz.
Zahl: 3. Probe "USA-Kanada". Vergleich der Hochfrequenzkomponente der Altersfrequenzen aller Proben in der Probe mit der Referenz.
Die Abbildungen 2 und 3 zeigen einen Vergleich der Altershäufigkeiten und ihrer Hochfrequenzkomponente aller Proben in der Probe mit dem Standard. Drei Intervalle werden nach dem Grad der qualitativen Übereinstimmung der Kurven unterschieden. Im Intervall A (250-1400 BP-Jahre) ist die Übereinstimmung gut, im Intervall B (4200-5950 BP-Jahre) ist sie zufriedenstellend. Im Intervall B (1400-4200 BP-Jahre) ist kein Zufall zu sehen.
Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für die Modellierung der Genauigkeit der Radiokarbondatierung bei den Altersfrequenzen aller Proben aus der US-Kanada-Probe für das Intervall 250-1350 BP-Jahre. Die Modellfrequenzkurve ist die Summe der normalisierten Niederfrequenzkomponente der Altersfrequenzen aller Stichproben in der Stichprobe und der normalisierten Referenzfrequenzen. Eine zufriedenstellende Übereinstimmung zwischen dem Modell und den tatsächlichen Daten wurde erhalten, vorausgesetzt, dass 9,2% der Daten eine Genauigkeit aufweisen, die ungefähr der Genauigkeit der Kalibrierungskurve entspricht. Die Niederfrequenzkomponente des Modells wurde berechnet, indem die Altersfrequenzen der Stichprobe über 5 Punkte gemittelt wurden (Fenster von 500 Jahren). Auf dieser Grundlage kann grob angenommen werden, dass die Genauigkeit der verbleibenden 90,8% der Daten der Stichprobe plus / minus der ersten Hunderte von Jahren nicht überschreitet. Da wir kein Kriterium haben, um von der gesamten Menge dieser Daten zu unterscheidenBei einer Genauigkeit, die ungefähr der Genauigkeit der Kalibrierungskurve entspricht, kann der letztere Wert als die tatsächliche Genauigkeit der RD einer bestimmten Probe in einem bestimmten Zeitintervall angenommen werden.
Zahl: 4. Probe "USA-Kanada". Ein Beispiel für die Modellierung der Genauigkeit der Radiokarbondatierung basierend auf den Altersfrequenzen aller Proben im Bereich von 250-1350 BP.
Die Datierungsfrequenzen von Kohle stimmen qualitativ über das gesamte Analyseintervall qualitativ mit den Referenzfrequenzen überein (Abbildung 5). Die Daten des Baumes im Bereich von 50 bis 3050 BP-Jahren sind um 100 BP-Jahre in Richtung eines abnehmenden Radiokohlenstoffalters verschoben.
Zahl: 5. Probe "USA-Kanada". Vergleich der Altershäufigkeiten von Holz- und Holzkohleproben mit dem Standard.
Zahl: 6. Probe "USA-Kanada". Vergleich der Altershäufigkeiten der Knochen- und Kalagenproben mit der Referenz.
Die Knochendatierungsfrequenzen entsprechen vollständig den Kalagendatierungsfrequenzen (Abbildung 6), sie sind jedoch in verschiedenen Zeitintervallen um 0 bis 300 BP-Jahre relativ zu den Referenzfrequenzen in Richtung eines zunehmenden Radiokohlenstoffalters verschoben.
Fig. 7 zeigt einen Vergleich der tatsächlichen Gesamtdatierungshäufigkeiten von Holz, Holzkohle, Knochen und Kalagen und der Frequenzen, die um Verschiebungen in Bezug auf den Standard korrigiert wurden. Die korrigierten Frequenzen stimmen besser mit den Referenzfrequenzen überein.
Zahl: 7. Probe "USA-Kanada". Vergleich der tatsächlichen Gesamthäufigkeiten des Alters von Proben von Holz, Holzkohle, Knochen, Kalagen und Frequenzen, korrigiert um Verschiebungen in Bezug auf den Standard.
Beispiel "Europa"
Die Europa-Probe wurde aus Radiokarbondatierungsdaten zusammengestellt, die in der Zeitschrift Archaeometry veröffentlicht wurden. Das Beispiel enthält nur die Daten, für die der Inhalt in Beispiel 13C angezeigt wird. Die Stichprobe charakterisiert ganz Europa. Der "Schwerpunkt" der Probe liegt in Großbritannien. Die Stichprobe enthält nur 1168 Daten. Einschließlich: 83 Daten von Holzproben, 267 - Holzkohle, 216 - Tierknochen, 398 - menschliche Knochen, 26 - nicht identifizierte Knochen, 133 - Samen, 45 - Pflanzenreste.
Zahl: 8. Probe "Europa". Vergleich der Altershäufigkeiten aller Stichproben in der Stichprobe mit der Referenz.
Fig. 8 zeigt einen Vergleich der Datierungshäufigkeiten aller Proben in der Probe mit der Referenz. Je nach Grad der qualitativen Übereinstimmung der Kurven werden 5 Intervalle unterschieden. In den Intervallen A (50-700 VR-Jahre), B (1600-2800 VR-Jahre) und D (5300-5950 VR-Jahre) ist die Übereinstimmung zufriedenstellend. In den Intervallen B (700-1600 VR-Jahre) und D (2800-5300 VR-Jahre) stimmen die Formen der Kurven nicht überein. Es ist zu beachten, dass diese Intervalle durch hohe Datierungsfrequenzen gekennzeichnet sind. Die Frequenzverschiebungen des Alters von Holz- und Holzkohleproben relativ zueinander und zum Standard um plus / minus 100 BP-Jahre sind zu sehen (Abbildung 9). Die Häufigkeit des Alters von Tierknochenproben (Abbildung 10) stimmt nur im Intervall A (50-1100 BP-Jahre) mit dem Standard überein.
Zahl: 9. Probe "Europa". Vergleich der Altershäufigkeiten von Holz- und Holzkohleproben mit dem Standard.
Zahl: 10. Probe "Europa". Vergleich der Altershäufigkeiten von Tierknochenproben mit dem Standard.
Probe "Nordchina"
Die Nordchina-Stichprobe wurde aus der Datenbank auf der Website zusammengestellt. Die Stichprobe umfasst alle Daten archäologischer Stätten im Nordwesten (Autonome Region Xinjiang Uygur) und im Nordosten Chinas (Heilongjiang, Jilin, Provinzen Liaoning und Autonome Region Innere Mongolei), die in den Labors von Peking erhalten wurden. Insgesamt 601 Daten. Einschließlich: 169 Holzproben, 234 - Holzkohle, 137 - Pflanzenreste (Samen, Stroh, Schilf, morsches Holz, Rinde). Die übrigen Proben bestehen aus tierischen und menschlichen Knochen, Haut, Wolle und Muscheln.
Zahl: 11. Probe "Nordchina". Der Vergleich der Altershäufigkeiten aller Proben der Probe und der Pflanze bleibt mit dem Standard.
Abbildung 11 zeigt einen Vergleich der Altershäufigkeiten aller Proben aus der nordchinesischen Probe und der Pflanzenreste mit der Referenz. Qualitativ wird das Zusammentreffen der Kurvenformen nur im Intervall A (1200-2000 BP Jahre) beobachtet. Die Altershäufigkeiten von Holz- und Holzkohleproben entsprechen sich nur im Intervall 2800-4200 Jahre und entsprechen nicht dem Standard (Abbildung 12). Nach einer Verschiebung der Altershäufigkeiten von Holz und Kohle um minus 100 BP Jahre wurde eine zufriedenstellende Übereinstimmung zwischen ihrer Summe und der Referenzkurve erhalten (Abbildung 13).
Zahl: 12. Probe "Nordchina". Vergleich der Altershäufigkeiten von Holz- und Holzkohleproben mit dem Standard.
Zahl: 13. Probe "Nordchina". Vergleich der Altersfrequenzen (um 100 Jahre reduziert) von Holz- und Holzkohleproben mit dem Standard.
Bewertung der Zuverlässigkeit der Kalibrierungskurve
Aus der Diskrepanz zwischen den Referenzfrequenzen und den tatsächlichen Frequenzen des Radiokohlenstoffalters einer bestimmten Probe in einem bestimmten Intervall von Radiokohlenstoffjahren folgt, dass die Zuverlässigkeit innerhalb des Intervalls des Radiokohlenstoffalters der Probe und / oder der Kalibrierungskurve nicht hoch ist. Durch die Analyse einer ausreichend großen Anzahl von Proben ist es möglich, „verdächtige“Intervalle der Kalibrierungskurve statistisch zu identifizieren. Am Beispiel der Analyse von drei Proben kann ein solches Intervall benannt werden - ungefähr 1700-1900 VR-Jahre (Abbildung 3, Intervall B1; Abbildung 8, Intervall B1). Es ist davon auszugehen, dass innerhalb dieses Intervalls die Kalibrierkurve eine geringe Zuverlässigkeit aufweist.
Schlussfolgerungen
Basierend auf den Ergebnissen der Analyse von drei Proben des Radiokohlenstoffalters der Proben nach unserer vorgeschlagenen Methode können methodische und praktische Schlussfolgerungen gezogen werden.
Methodische Schlussfolgerungen
Die Methode zur Bewertung der Zuverlässigkeit der Ergebnisse der Radiokohlenstoffdatierung auf der Grundlage des Vergleichs der Referenzfrequenz des Radiokohlenstoffalters mit den Häufigkeiten des Radiokohlenstoffalters von Proben aus den RD-Datenbanken ist einfach, unabhängig und hocheffizient. Um die Methode anzuwenden, müssen keine A-priori-Daten für die RD einbezogen werden. Basierend darauf ist es möglich:
- Zuordnung der Frequenzen des Radiokohlenstoffalters von Proben bestimmter Proben, Zeitintervalle und deren Rangfolge nach dem Grad der Übereinstimmung mit den Referenzfrequenzen;
- Bewertung der Genauigkeit der Bestimmung des Radiokohlenstoffalters von Proben anhand von Modellen;
- Identifizierung systemischer Veränderungen im Alter von Proben verschiedener Materialien;
- Identifizierung von Bereichen auf der Kalibrierungskurve, die durch eine relativ geringe Zuverlässigkeit gekennzeichnet sind.
Bei der Anwendung der Methode können klassische Verfahren zur statistischen Verarbeitung von Datenarrays verwendet werden.
Praktische Schlussfolgerungen
Radiokarbondatierung ist im Allgemeinen gut praktikabel. Zwei Fragen bleiben offen - die objektive Zuverlässigkeit der Datierung und der Einfluss subjektiver Faktoren auf die Datierungsergebnisse. Der Fehler bei der Bestimmung des Radiokohlenstoffalters der Proben der Probe "USA-Kanada" basierend auf den Ergebnissen der Modellierung im Intervall von 250 bis 1350 BP-Jahren beträgt plus / minus der ersten Hunderte von Jahren. In anderen Intervallen ist der Datierungsfehler höher als im Intervall 250-1350 BP Jahre. Die Daten verschiedener Materialien sind um bis zu 300 BP-Jahre relativ zueinander verschoben, was auch einen Fehler von plus / minus der ersten Hunderte von Jahren ergibt. Die Fehler bei der Bestimmung des Radiokohlenstoffalters der Proben aus den Proben aus Europa und Nordchina entsprechen in etwa den Fehlern der Kanada-Probe. Im Bereich von 1700 bis 1900 VR-Jahren kann die Kalibrierungskurve ein geringes Vertrauen haben.
