Iänmääritys
Iänmääritys eli ikäys tarkoittaa eliön, esineen tai ilmiön alkamishetken määrittämistä sen nykytilan avulla. Esimerkiksi elävien eliöiden iänmäärityksellä tarkoitetaan aikaa sen syntyhetkestä ja kiven iänmäärityksellä aikaa sen kiteytymishetkestä kiinteään muotoon.
Nykyaikaisilla menetelmillä pystytään myös monivaiheisiin iänmäärityksiin, esimerkiksi
kuolleen eliön ikä kuollessa ja kuolinhetki kuten myös maahan lentäneen Marsin meteorin synty-, lento- ja putoamishetki Antarktikselle.
Iänmääritysmenetelmä eli ajoitusmenetelmä on menetelmä, jolla pyritään määrittämään vanhan maasta kaivetun esineen tai aineen ikää. Iänmääritystä tarvitsevat muun muassa arkeologit ja paleontologit sekä muut muinaishistorian tutkijat. Iänmääritysmenetelmät perustuvat monesti jonkin aineen muuttumiseen toiseksi sen ikääntyessä. Joidenkin radioaktiivisten aineiden tiedetään hajoavan tunnetulla vauhdilla.
Eri iänmäärityksen alalajeja:Radiometrinen iänmääritys eli radioisotooppimenetelmät perustuvat siihen että alkuaineen isotoopit hajoavat tunnetulla vauhdilla toisiksi alkuaineiksi tai isotoopeiksi. Isotoopit ovat saman alkuaineen eri muotoja joissa on eri määrä neutroneita ytimessä ja tämän vuoksi poikkeavat massaltaan toisistaan. Radioaktiivisesti hajoavia isotooppeja sanotaan radioisotoopeiksi. Niitä syntyy muun muassa kosmisen säteilyn takia tavallisista alkuaineista.
Tunnettuja radioaktiivisia iänmääritysmenetelmiä ovat radiohiilimenetelmä eli hiili-14-menetelmä (C-14-menetelmä), kalium-argon-menetelmä, uraani-lyijy-menetelmä ja uraani-torium-menetelmä. Radioaktiivinen iänmääritys perustuu siihen, että jokin radioaktiivinen alkuaine tai isotooppi hajoaa toiseksi tietyllä nopeudella. Esimerkiksi jos puoliintumisaika on 6 000 vuotta, 6 000 vuoden kuluessa aina puolet alkuperäisestä aineesta on jäljellä. Esimerkiksi 6 000 vuodessa 100 grammasta jää jäljelle 50 grammaa, 12 000 vuodessa 25 grammaa, 18 000 vuodessa 12,5 grammaa ja niin edelleen. Esineen ikä saadaan yksinkertaisesti mittaamalla tutkittavan radioisotoopin määrä tarkoin ja laskemalla matemaattisella kaavalla aineen ikä.
Nämä isotooppeihin perustuvat menetelmät ovat suhteellisen tarkkoja. Erityisesti viime aikoina analyysimenetelmät ovat tarkentuneet huomattavasti, parhaimmillaan päästään prosentin murto-osan tarkkuuteen. Radiohiilimenetelmä perustuu siihen, että ylemmässä ilmakehässä syntyy kosmisen säteilyn vaikutuksesta radioaktiivista hiiltä C-14. Radioaktiivinen hiili kulkeutuu eloperäiseen luontoon, esimerkiksi kasveihin ja eläimiin. Menetelmän epätarkkuus johtuu siitä, ettei radiohiiltä synny ilmakehässä aivan vakiovauhdilla.
Hyvin nuorten ja hyvin vanhojen näytteiden ajoitus on epätarkkaa, koska hiili-14-määrän mittaustarkkuus asettaa omat rajansa. Radiohiilimenetelmällä voi määrittää jopa 50 000 vuoden ikäisten esineiden ikiä. Uraani-torium-menetelmä ulottuu 700 000 vuoden taakse.
Radiometrisiä iänmääritysmenetelmiä:Tunnetuin radioisotooppimenetelmä, jolla voi määrittää esineiden ikiä jopa 30 000, 58 000–62 000 vuoden takaa.
AMS, hiukkaskiihdytinajoitus, perustuu esineessä olevien eri isotooppien pitoisuuksien tarkkaan mittaamiseen massaspektrometrillä eli AMS:lla. Menetelmä kantaa huomattavasti vanhempiin esineisiin kuin perinteinen hiili-14-menetelmä, mahdollistaa vähemmän hiiltä sisältävien esineiden ikien mittauksen ja on tarkempi kuin perinteinen hiili-14-menetelmä.
Tällä menetelmällä ajoitetaan tyypillisesti satojentuhansien–miljoonien vuosien ikäisiä kiviä. Kalium-40 muuttuu argon-40:ksi noin 1,25 · 10 vuoden puoliintumisajalla. Tulivuoren purkaustuotteita voi ajoittaa tällä menetelmällä. Menetelmällä ei voi ajoittaa alle 300 000–500 000 vuoden ikäisiä kiviä.
Tällä menetelmällä ajoitetaan miljoonien vuosien ikäisiä kivikerrostumia. Menetelmä on epätarkka nuorten kivien kohdalla. Vastaavia ajoitusmenetelmiä ovat uraani-uraani ja uraani-toriumajoitus.
Luonnonuraani U-238 hajoaa itsekseen (fissioituu), ja sen hajoamistuotteista jää jälkiä joihinkin tietyn tyyppisin mineraaleihin. Fissiojäljet saadaan esille etsaamalla (käsittelemällä mineraalia hapolla) kiillotettu mineraali. Tämän jälkeen tavallisella mikroskoopilla näkyy fissiojälkiä. Uraanin määrä määritetään mittaamalla näytteen kuumennuksessa syntyvät niin sanotut "termiset neutronit". Sopivia mineraaleja ovat apatiitti, titaniitti, zirkoni ja vulkaaninen lasi. Esimerkiksi apatiitin kuumennus yli 70–120 °C nollaa fissiojälkikellon, koska tällöin fissiojäljet sulavat.
Termoluminesenssi: nuori ja vanha aine säteilevät kuumennettaessa eri määrän valoa. Valon määrä riippuu siitä kuinka paljon aineeseen on tullut säteilyä sen edellisen kuumennuskerran jälkeen. Menetelmä sopii siis esimerkiksi keramiikan ja sedimenttien ajoittamiseen.
Aminohappojen rakenteen muuttumiseen perustuu L-D-aminohappo-rasemisaatio-menetelmä. Siinä mitataan sitä, miten aminohapot vanhetessaan muuttuvat L-muodosta T-muotoon. Tätä 1970-luvulla kehitettyä, aikoinaan usein käytettyä menetelmää pidetään melko epätarkkana varsinkin silloin, jos alueen ilmaston historiaa ei tunneta. Aminohapon muutos L:stä D:ksi nimittäin riippuu muun muassa lämpötilasta, kosteudesta, maaperän kemiallisesta koostumuksesta, kuolleesta eliöstä ja monista muista tekijöistä. Menetelmän tarkkuus paranee, jos käytettävissä on vertailusarja näytteiden kalibrointiin.
Keraamisten esineiden ikä voidaan määritellä rehydroksylaation avulla. Arkeologinen materiaali on suurelta osin poltettua savea. Kun keraamiset esineet reagoivat ilmassa olevan kosteuden kanssa, niiden paino lisääntyy. Esineen paino nollataan kuumentamalla. Punnitsemalla ja piirtämällä suora saadaan melko tarkka ajankohta, jolloin esine alun perin poltettiin. Yli 10 000 vuoden ikäisten esineiden määrittely ei ole luotettavaa, ja tulipalo nollaa esineen iän.
Iänmääritys voi perustua myös luonnonilmiöihin, joiden rakenne muuttuu vuodenaikojen vaihdellessa, esimerkiksi puiden vuosirenkaisiin, kalojen suomuihin ja liejukerrostumiin: kesällä syntyy erilainen kerros kuin talvella. Myös jäätikön jäästä voi laskea kerroksia, mikäli ei olla kovin syvällä.
Vuosirengasanalyysi eli dendrokronologinen analyysi pohjautuu siihen, että ilmasto vaihtelee puun kasvuaikana, ja eri vuosina syntyy eri paksuisia vuosirenkaita. Sateinen vuosi tuottaa paksumman vuosirenkaan eli vuosiluston kuin kuiva. Jos kaksi puuta elää osittain samaan aikaan, toinen hieman aikaisemmin, toinen hieman myöhemmin, molemmista näkyy sama vuosirengaskuvio, toisessa esimerkiksi lähellä puun ydintä, toisessa lähellä puun kuorta. Jos löydetään vaikkapa 100 puuta, jotka ovat ainakin osittain saman ikäisiä, voidaan rakentaa tarkka ajoitussysteemi eli kronologia, joka käy mille tahansa vanhimman ja nuorimman puun iän välille. Eri seuduilla säiden vaihtelu on kuitenkin erilaista, ja jokaiselle seudulle on rakennettava omanlaisensa kronologia. On tehty tuhansien vuosien taakse ulottuvia vuosirengassarjoja, "puukalentereita", joiden avulla on pystytty kalibroimaan C-14-ajoitusta, jolloin kalibrointiongelmat vähenevät huomattavasti; Koska puiden vuosirenkaat ovat eloperäistä ainetta, vuosirenkaista voidaan ottaa C -14 -analyysi ja tätä kautta saadaan tieto siitä paljonko ilmakehässä on tuolloin ollut C -14:aa ja antaa tietoa siitä paljonko C -14:aa saman ikäisissä kohteissa on
Jos tunnetaan kerrostumien järjestys, voidaan sanoa mikä on vanhin kerrostuma. Jos tunnetaan kaksi kerrostumaa, joiden ikä voidaan määrittää, voidaan välissä olevien aineiden ja esineiden ikiä arvailla. Jos kyse on arkeologiasta, nuorempaa esineistöä voi tunkeutua vanhempiin kerrostumiin esimerkiksi kaivutoiminnan takia.
Paleomagneettinen iänmääritysmenetelmä: maan magneettikenttä vaihtelee suuntaansa kymmenientuhansien–miljoonien vuosien välein. Jos jokin kiven tai vastaavan heikko magneettinen vuorovaikutus pystytään mittamaan, voidaan arvioida esineen ikä, varsinkin jos on esimerkiksi kerrostumajärjestyksestä on saatu karkea arvio esineen iälle. Menetelmä kertoo yleensä vain aikahaarukan.
Ajoitusmenetelmissä on joskus huomattavaakin epätarkkuutta ja jälkikäteen tehdyissä tutkimuksissa on monta kertaa huomattu, miten aikaisemmat arviot ovat heittäneet tuhansia–kymmeniä tuhansia vuosia. On myös mahdollisuus, että samaan kerrostumaan on jokin ihmisen toiminta, maanvyöry tai jokin muu tapahtuma sekoittanut huomattavasti nuorempaa tai vanhempaa ainesta.