Kỹ thuật hạt nhân hé lộ 50.000 năm lịch sử

Truyền thuyết kể rằng, thành phố Rome được lập bởi Romulus và Remus. Romulus và Remus là hai anh em sinh đôi bị bỏ rơi từ khi còn nhỏ, đã sống sót nhờ bú sữa của Sói. Hình ảnh những cậu bé bên núm vú sói đã được tái hiện trong vô số tác phẩm nghệ thuật qua hàng ngàn năm, nhưng ít tác phẩm nào nổi tiếng như ‘La Lupa Capitolina’, Sói Capitoline. Bức tượng này được đúc bằng đồng, cao 75 cm và được phát hiện vào thế kỷ 15, hơn một nghìn năm tuổi. Mãi cho đến những năm 2000, kỹ thuật hạt nhân được áp dụng và đưa vào xác định niên đại bằng đồng vị carbon phóng xạ. Kết quả thu được đã làm “choáng váng” thế giới khi xác định niên đại của bức tượng Sói Capitoline ra đời từ thế kỷ thứ 12.

Làm thế nào mà một kỹ thuật khoa học đơn lẻ lại có thể lật ngược hoàn toàn những kết quả đã được đưa ra trong hàng thế kỷ về một vật phẩm văn hóa quan trọng như vậy. Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) hiện đang tổ chức các khóa đào tạo trực tuyến về phương pháp xác định niên đại bằng phép đo phổ khối gia tốc (AMS) sử dụng kỹ thuật đồng vị phóng xạ carbon. Kỹ thuật này đã làm thay đổi hoàn toàn lĩnh vực khảo cổ học và hiện nay với sự phát triển ngày càng tăng của các máy gia tốc, kỹ thuật này càng có nhiều cơ hội áp dụng dụng rộng rãi. Không chỉ trong việc xác định niên đại cổ vật, kỹ thuật đồng vị còn giải quyết vấn nạn tội phạm và chống lại việc buôn bán bất hợp pháp tác phẩm nghệ thuật, thực phẩm, thuốc men và ngà voi. Xác định niên đại AMS là kỹ thuật đo các đồng vị tồn tại lâu dài, chủ yếu là C-14, bằng khối phổ kế và máy gia tốc hạt. C-14 là một đồng vị phóng xạ có trong tất cả các sinh vật sống. Nó phân rã với tốc độ ổn định, do đó, bằng cách đo lượng C-14 có trong mẫu, các nhà nghiên cứu có thể xác định tuổi của nó. Kỹ thuật này ban đầu được hình thành vào cuối những năm 1940 với việc sử dụng các ống đếm nhấp nháy chất lỏng và ống đếm tỷ lệ khí. Ngày nay việc xác định niên đại bằng AMS đã phổ biến hơn, được chứng minh là nhạy hơn, tốn ít thời gian hơn và cần ít mẫu hơn các phương pháp cổ điển khác.

Được lưu giữ trong Bảo tàng Capitoline ở Rome, Ý, kể từ năm 1471, bức tượng Sói Capitoline hiện được biết là ra đời vào thế kỷ 12, kỹ thuật đồng vị sử dụng carbon phóng xạ. (Nguồn: 977_rex_977/ Adobe Stock)

Kỹ thuật xác định niên đại sử dụng C-14 là phương pháp lợi dụng các thuộc tính của đồng vị C-14 nhằm xác định niên đại của các cổ vật có chất liệu hữu cơ. Kỹ thuật này được phát minh bởi Willard Libby vào năm 1940 và đã mang về cho ông Giải Nobel năm 1960. C-14 liên tục được tạo ra khi các tia vũ trụ tiếp xúc với nitơ trong bầu khí quyển Trái Đất. Các nguyên từ C-14 từ đó lại tiếp tục phản ứng với oxy trong bầu khí quyển để hình thành nên carbon dioxide. Thực vật hấp thụ phân tử có kèm C-14 này thông qua quang hợp, rồi truyền sang động vật khi chúng ăn thực vật. Động vật và thực vật ngừng trao đổi carbon với môi trường bên ngoài khi chúng chết đi, khiến lượng C-14 ban đầu trong cơ thể chúng dần giảm sút đồng thời với quá trình phân rã phóng xạ của C-14. Điều này nghĩa là từ việc đo đạc lượng C-14 trong một mẫu thực vật hoặc động vật chết, ví dụ như mảnh gỗ hoặc mảnh xương, ta có thể lấy được thông tin về niên đại sống của sinh vật ấy. Ngoài ra, điều này cũng có nghĩa là mẫu vật càng cổ thì lượng C-14 bên trong nó càng ít. Vì thời gian bán rã của C-14 chỉ vào khoảng 5.730 năm, niên đại cổ nhất mà phương pháp này có thể phát hiện là xấp xỉ 50.000 năm trước.

(1) Sự hình thành của C-14; (2) Phân rã của C-14; (3) Phương trình “cân bằng” cho các cơ thể còn sống và mất cân bằng cho các sinh vật đã chết, trong đó phân ra C-14.

Trong số nhiều nơi trú ẩn bằng đá được tìm thấy ở vùng Kimberley của Tây Úc, ước tính có khoảng 100.000 bức ảnh nghệ thuật được vẽ/khắc lên đá. Những tảng đá màu đất son ở khu vực hẻo lánh này mô tả về động vật, con người và các khái niệm trừu tượng, kể về những câu chuyện và lịch sử của người dân bản địa trong khu vực. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Melbourne và ANSTO đã phát triển phương pháp trích xuất carbon có thể xác định dữ liệu từ tổ ong bắp cày cổ đại nằm bên trên và bên dưới một số bức tranh nghệ thuật trên đá của Kimberley. Các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển các thử nghiệm để xác định độ tin cậy của các ước tính tuổi này, trong đó đặt một tác phẩm nghệ thuật trên đá hơn 17.000 năm tuổi – trong số những tác phẩm nghệ thuật trên đá có niên đại lâu đời nhất đã được xác định bằng phương pháp đo phóng xạ ở Úc.