Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →
Gdy bóg Tharapita, zwany też Taara, narodził się na wzgórzu Ebavere w północno-wschodniej Estonii, przeleciał widowiskowo aż nad wyspę Sarema. Tu wylądował twardo, zostawiając po sobie kratery oraz spalony las. Tak głosi staroestońska legenda, zapisana w kronice Henryka Łotysza z XIII w. A boga Tharapita lepiej znamy pod nordyckim imieniem Thor.
Na Saremie (est. Saaremaa) znajdują się kratery zwane Kaali. Jest ich dziewięć, a największy ma 100 m średnicy i wypełnia go jezioro. Wiadomo, że to kratery impaktowe – powstałe wskutek uderzenia meteorytu lub niewielkiej asteroidy. Wiadomo też, że są młode, oczywiście w geologicznym sensie. Muszą mieć mniej niż 9 tys. lat, bo wcześniej ten obszar był pokryty grubą na kilka kilometrów warstwą lądolodu lub kilkunastometrową warstwą wód Bałtyku. Gdyby asteroida uderzyła tu 15 tys. lat temu, powstałoby najwyżej małe, krótkotrwałe zagłębienie w lodzie.
Przez ostatnie pół wieku naukowcy sprzeczali się o dokładny wiek Kaali. Co więcej, szacunki wykonane przez różnych badaczy różniły się o – bagatela – 6 tys. lat! I to mimo że niemal wszyscy używali tej samej metody: tzw. datowania radiowęglowego 14C.
Jak to możliwe? Ostatnio sama zajmowałam się datowaniem krateru Kaali i przekonałam się o tym na własnej skórze.
Izotopowy datownik
O datowaniu 14C słyszał chyba każdy. To metoda określania wieku resztek niegdysiejszych organizmów żywych. Stosuje się ją w archeologii, geologii, a nawet kryminalistyce. W serialu takim jak „C.S.I” wygląda to bardzo prosto: po znalezieniu podejrzanego kawałka kości naukowiec w białym kitlu przeprowadza kilka chemicznych procedur, koniecznie z użyciem kolorowych płynów w kolbach, i wrzuca próbkę do niewielkiej maszyny. Ta po trzech bipnięciach wypluwa z siebie wynik dokładny co do dnia.
Niestety, sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana, choć sama zasada datowania metodą radiowęglową jest niezwykle prosta. Otóż naszą planetę nieustannie bombarduje promieniowanie kosmiczne, czyli rozpędzone do ogromnych prędkości cząsteczki emitowane przez supernowe i rozbłyski słoneczne. Większość z nich jest na szczęście zatrzymywana za sprawą interakcji z wiatrem słonecznym i polem magnetycznym Ziemi. Ale część dociera do naszej atmosfery, zderzając się gwałtownie z atomami w powietrzu. Jeżeli rozpędzony neutron uderzy w odpowiedni sposób w jądro atomu azotu 14N (14 oznacza liczbę nukleonów, czyli protonów i neutronów, w jądrze), zmienia się ono w radioaktywny izotop węgla 14C.
Radioaktywny, czyli niestabilny – to właśnie umożliwia wykorzystanie go jako zegarka. Atomy 14C rozpadają się z powrotem do stabilnego 14N w czasie tzw. połowicznego rozpadu równego 5730 lat. Oznacza to, że jeżeli w chwili śmierci organizmu w jego ciele było tysiąc atomów 14C, to 5730 lat później w szczątkach będzie ich 500, po kolejnych 5730 latach – 250 itd. Dlatego datować węglem 14C można tylko próbki młodsze niż 50-60 tys. lat. W starszych zostaje w nim tak mało radioaktywnego węgla, że nie da się jego ilości dokładnie zmierzyć.
Ale skąd węgiel 14C w organizmach żywych? Po prostu atomy te utleniają się do dwutlenku węgla (CO2), który z atmosfery pobierają rośliny i wbudowują w swoje tkanki. A zwierzęta, zjadając rośliny, wchłaniają również 14C. Tak długo, jak organizm żyje i odbudowuje swoje tkanki, poziom 14C w ciele jest zbliżony do poziomu 14C w atmosferze.
Proste, prawda? Wystarczy policzyć, ile jest atomów węgla 14C w próbce, żeby określić, ile lat temu umarł badany organizm. Skąd zatem tak duże różnice w datowaniu konkretnych struktur i próbek? Diabeł jak zwykle tkwi w szczegółach.
Lata teoretyczne
Najbardziej oczywista odpowiedź – pomyłka w laboratorium – jest mało prawdopodobna. Zawsze razem z datowanymi próbkami mierzy się próbkę o znanym wieku, by się upewnić, że aparat mierzący poziom 14C się nie zepsuł. W dodatku zwykle bada się wiele próbek z tego samego miejsca. Jeżeli wiek kilku znacząco się różni od większości, można je wykluczyć. Np. w badaniach krateru Kaali datowałam 13 próbek z tej samej warstwy skalnej. 11 wykazało ten sam wiek: 3237 +/- 10 lat BP („przed teraźniejszością”, czyli 1950 r.). Ale dwie musiałam odrzucić jako potencjalnie zanieczyszczone.
I gdyby świat był stabilny oraz przewidywalny, tu nastąpiłby koniec badań. Ale wiatr słoneczny zmienia intensywność w nieregularnych cyklach, natężenie pola magnetycznego Ziemi nieustannie się waha, wulkany wybuchają bez uprzedzenia i wyrzucają spore ilości CO2 pozbawionego radioaktywnych dodatków, a supernowe dostarczające nadmiarowych ilości neutronów zdarzają się znienacka. W efekcie ilości powstającego 14C znacząco zmieniają się w czasie. To uniemożliwia dokładne określenie, ile było radioaktywnego węgla na samym początku – a zatem również, ile czasu upłynęło od śmierci organizmu. Różnice między wiekiem wykazanym przez datowanie a kalendarzowym mogą być większe niż kilka tysięcy lat!
Na szczęście jest na to sposób. Drzewa nieustannie tworzą nowe komórki w formie pierścienia rocznego przyrostu. I tylko żywe w danym momencie komórki mają w sobie tyle 14C, co wówczas w atmosferze. Komórki z poprzednich sezonów zapisały w sobie skład atmosfery z czasu, gdy powstały. Znając wiek pierścienia rocznego przyrostu drzewa i ilość pozostałego w nim radioaktywnego węgla, można wyliczyć, ile węgla było w atmosferze kilka tysięcy lat temu (o ile tylko znajdziemy odpowiednio stare drzewo). Jeśli się to powtórzy dla każdego pierścienia, można stworzyć krzywą pozwalającą przeliczać teoretyczne lata 14C na rzeczywiste. I dowiedzieć się, że kawałki roślin przywalone przez materiał wyrzucony przy uderzeniu, które stworzyło krater Kaali, pochodzą z okresu między 1530 a 1450 r. p.n.e.
To jednak nie koniec problemów. Nie wszystkie rośliny przyswajają tyle samo CO2, a więc i 14C. Dlatego datowanie dwóch rosnących koło siebie roślin, takich jak ryż i proso, może dać inny wynik. W badaniach krateru Kaali, nim określiliśmy wiek znalezionych kawałków węgla drzewnego, ustaliliśmy, że pochodzi on ze zwęglonych gałązek świerku. Na szczęście nie sprawia on nadmiernych problemów w obliczeniach.
Ale nawet dwie takie same rośliny rosnące w tym samym czasie, lecz w różnych miejscach, mogą dać różne wyniki. Np. współczesne rośliny ze zboczy wulkanu na wyspie Santorini wydają się w datowaniu radiowęglowym mieć... ponad tysiąc lat. Są bowiem okadzane CO2 wydobywającym się z głębi ziemi – a więc całkiem pozbawionym 14C. Krater Kaali powstał co prawda z dala od wulkanów, ale za to na obszarze zbudowanym z dolomitu: skały z magnezowo-wapniowego węglanu wapnia, czyli zawierającej CO2. W jednej z wcześniejszych prób datowania odrzucono wynik z uwagi na możliwość zaburzenia go przez bardzo stary, a więc pozbawiony 14C dwutlenek węgla.
Zagadka torfowiska
Jednak największy problem w tym, że metody 14C można użyć tylko do określenia wieku materii organicznej, a wiele interesujących geologicznych wydarzeń nie wiąże się z zagładą organizmów żywych. Stąd właśnie większość zamieszania z datowaniem krateru Kaali. Organicznego materiału w kraterach poszukiwano z marnym skutkiem. Po pierwsze, bo nie wiadomo było, czy próbki nie zostały zanieczyszczone dolomitem. Po drugie, materiał organiczny z jeziora w kraterze jest zawsze młodszy niż krater – gdyż nie da się określić, po jakim czasie od utworzenia krateru powstało w nim jezioro. A po trzecie, w praktyce nie tak łatwo znaleźć odpowiedni materiał do próbek.
Dlatego naukowcy już wiele lat temu postanowili przeanalizować bagna i torfowiska w pobliżu Kaali. Pomysł zakładał, że asteroida, która utworzyła kratery, wybuchła w atmosferze i jej fragmenty spadły również do okolicznych bagien, gdzie natychmiast zarosły i zostały zakonserwowane. Dzięki datowaniu torfu znajdującego się wokół podejrzanie wyglądających fragmentów skalnych można by było określić, kiedy dokładnie asteroida spadła.
Pomysł wydawał się dobry. Ale dwie grupy badaczy znalazły dwie różne warstwy z materiałem, który mógł wskazywać na asteroidę Kaali, a wyniki ich badań wzajemnie się wykluczały. Jedna z tych warstw, datowanych na 6,5 tys. lat p.n.e., zawierała kilka okrągłych kamiennych kulek, rzeczywiście wyglądających nietypowo. Jednak ich pozaziemskiego pochodzenia nie potwierdziły badania geochemiczne.
Drugi poziom był dużo młodszy: pomiędzy 900 a 400 lat p.n.e., ale za to znacznie wzbogacony w iryd. To bardzo rzadki na Ziemi pierwiastek, obficie za to występujący w asteroidach. Był obecny na niemal dwóch metrach osadu. To sugerowało, że iryd, choć rzeczywiście pochodził z asteroidy, która wybiła krater Kaali, nie trafił w to miejsce, gdy to nastąpiło, lecz znacznie później. Czyli ok. 800 lat p.n.e., kiedy ludzie na dużą skalę zaczęli karczować las pod uprawy, co spowodowało erozję gleb i wypłukanie irydu.
Kosmiczne wrażenie
W trakcie moich badań do problemu podeszłam inaczej. Postanowiłam sprawdzić, czy nie znajdziemy materiału nadającego się do datowania zaraz za krawędzią krateru. Była szansa, że w tym miejscu zachowała się nienaruszona warstwa gleby, a być może również rośliny zgładzone przy uderzeniu. Razem z grupą naukowców z całego świata, w tym z polskim astronomem dr. Tomaszem Wiśniowskim z Centrum Badań Kosmicznych PAN, przekopaliśmy się przez półtorametrową warstwę materiału wyrzuconego z krateru.
Po trzech pełnych napięcia dniach dostrzegłam w nim wreszcie malutkie, zaledwie milimetrowe kawałki węgla drzewnego. Organizmy, z których powstał, musiały zginąć bezpośrednio, gdy fala uderzeniowa wyrwała je z korzeniami i pogrzebała w gorącej skale. Nie mogło być lepiej.
Legenda o narodzinach Thora okazała się nosić w sobie ziarno prawdy. Dzięki naszym badaniom wiemy, że gdy powstał krater, ok. 1,5 tys. lat p.n.e., ludzie od dawna uprawiali rolę na Saremie. Pierwsze ślady osadnictwa pochodzą tu bowiem sprzed 6 tys. lat p.n.e. Prawie na pewno byli oni świadkami kosmicznego zderzenia.
Zrobiło na nich takie wrażenie, że mit o powstaniu krateru w Estonii miał szansę przetrwać w ludzkiej pamięci ponad 2,5 tys. lat. ©
Dr ANNA ŁOSIAK jest geologiem planetarnym, pracuje w Instytucie Nauk Geologicznych PAN. Absolwentka UW i Michigan State University oraz stypendystka Fulbrighta. Doktoryzowała się na Uniwersytecie w Wiedniu.
