Badanie wieku Całunu izotopem węgla 14C

Piero Savarino

Słowo wstępne

Po badaniach przeprowadzonych w roku 1988, mających na celu określenie wieku Całunu, wiele książek i artykułów napisanych przez osobistości uznane w świecie nauki i dziennikarstwa, udostępniono uczestniczącym w pracach oraz zainteresowania poznaniem syndonologicznej problematyki. Niniejsza praca pragnie być kluczem do poprawnej interpretacji licznych kwestii powiązanych z zagadnieniem wieku przechowywanego w Katedrze Św. Jana w Turynie całunowego płótna. Cytowane tu  informacje zostały specjalnie uproszczone, a każdy zainteresowany pogłębieniem tego tematu może odnaleźć w załączeniu najważniejsze bibliograficzne wskazówki. Autorzy mają nadzieję, iż udało im się w sposób dostatecznie klarowny przedstawić ten zbiór danych oraz problemów, związanych z fascynującym zagadnieniem wieku Całunu.

Metoda radiodatacji przy pomocy pomiaru izotopem węgla 14C

Węgiel, mieszanka trzech izotopów

Wszystkie organizmy żywe wykorzystują do swoich funkcji życiowych związki organiczne, składające się z cząsteczek zawierających atomy węgla. Rośliny zdolne do przeprowadzenia procesu fotosyntezy pobierają swoje zapotrzebowanie na <<węgiel>> z atmosfery w postaci dwutlenku węgla. Fotosynteza pozwala na przekształcenie dwutlenku węgla w bardziej złożone cząsteczki organiczne. Jedną z nich jest glukoza, wykorzystywana w cyklach metabolicznych jako podstawowa cząsteczka do zapotrzebowań energetycznych oraz syntezy wszystkich substancji organicznych, potrzebnych organizmom żywym. Rośliny wykorzystują celulozę, będącą polimerem glukozy jako strukturę pomocniczą. W złożonych cyklach odżywiania, pozwalających na przeżycie różnych gatunków, rośliny prezentują podstawowy punkt wyjścia, poprzez który zwierzęta pobierają swoje zapotrzebowanie na niezbędne do wielu funkcji życiowych substancje organiczne. W ostateczności zapotrzebowanie na <<węgiel>>, tak w przypadku roślin jak i zwierząt, czerpane jest z obecnego w atmosferze dwutlenku węgla. Węgiel (symbol: C) jest elementem o liczbie atomowej 6, a jego jądro składa się z 6 protonów; występuje w naturze jako mieszanka trzech izotopów Izotopy są to atomy o jądrach posiadających tę samą liczbę protonów i odmienną liczbę neutronów Różnią się więc liczbą masową. Posiadają inne właściwości fizyczne i takie same właściwości chemiczne. Trzy izotopy węgla obecne we wszystkich jego związkach są przedstawiane za pomocą następującej symboliki: 'zC, '3C, 14C. Towarzyszący symbolowi numer wskazuje na poszczególne izotopy poprzez jego liczbę masową. Spośród trzech izotopów węgla dwa są stałe (12C, isC), podczas gdy trzeci ('4C) jest niestały, a więc radioaktywny Izotop 14C przedstawia radioaktywność typu i3-, jego niestałe jądro przekształca się za pośrednictwem emisji elektronu (cząsteczki f3-) w jądro azotu.

Możliwość radioaktywności pomiaru

Prędkość, z jaką następuje radioaktywne wydarzenie można zmierzyć za pomocą obliczenia emitowanych przez system cząsteczek f3-. Najprostszy sposób zobrazowania tej cechy został wyrażony przez <<okres połowicznego rozpadu>>, który przedstawia czas potrzebny do tego, aby początkowa ilość danego radioaktywnego izotopu uległa równemu podziałowi. W przypadku węgla 14C okres podziału odpowiada około 5730 latom. Operując liczbami, po 5730 latach początkowa obecna w próbce ilość radioaktywnego węgla zostanie zredukowana do połowy, po 11460 latach do 1/4, po 17190 latach do 1/8 itd. Wynika z tego, że powstały przy Wielkim Wybuchu (Big Bang) węgiel 14C aktualnie już nie istnieje. Wyjaśnienie obecności w naszych czasach radioaktywnego węgla jest poniekąd bardzo proste i wiąże się z fenomenem, bezustannie zachodzącym w strefach wyższych ( 10-15 km) ziemskiej atmosfery W strefie tej znajduje się wysoki procent azotu, który jest poddawany działaniu promieniowania kosmicznego. Neutrony należące do tego promieniowania przez zderzenie z cząstkami azotu 14 zapoczątkowują na poziomie nuklearnym reakcję, która poprzez wydalenie protonów prowadzi do powstania izotopu węgla 14C. W wyższych strefach atmosfery zachodzi nieustanne tworzenie się tych atomów Nagromadzenie ich w powietrzu (pod postacią radioaktywnego dwutlenku węgla) jest stałe. Minimalne zmiany wynikają z wahań intensywności kosmicznego promieniowania, którego przebieg powiązany jest ściśle z cyklami słonecznymi. Rozkład poszczególnych izotopów węgla jest następujący: ~zC - 98,89%, '3C - 1,11%; suma tych dwóch równa się 100, ponieważ 14C obecny jest w bardzo małej ilości, w postaci jednego atomu '4C na tysiąc miliardów ( 10 do potęgi 12 ) nie radioaktywnych atomów

Związek pomiędzy radioaktywnością a wiekiem przedmiotu

Dopóki jakiś organizm roślinny czy zwierzęcy jest żywy, w jego złożony system metaboliczny wchodzą cząsteczki z atomami węgla, składającymi się z mieszanki o zawartości stałe] trzech w/w izotopów Innymi słowy, dopóki organizm żyje, obecność w nim radioaktywnego węgla jest stała i równa ilości tego samego elementu zawartego w znajdującym się w powietrzu dwutlenku węgla.

W chwili śmierci organizmu ustaje metaboliczna wymiana z otoczeniem, a zatem ~4C przestaje być dostarczany Obecny w warstwach organizmu '4C rozkłada się zgodnie z prawami radioaktywnego rozkładu. Zawartość ~4C zmniejsza się regularnie wraz z upływem czasu. Można łatwo odgadnąć, że mierząc pozostałości '4C w znalezisku historycznym oraz wychodząc z założenia, iż ]ego ilość początkowa była zawsze stała, można obliczyć czas, który upłynął pomiędzy pomiarem a śmiercią organizmu, od którego pochodzi dane znalezisko.

Procedury oraz systemy radiodatacji

Obliczenie ilości ~4C, obecnego w danym znalezisku, jest kłopotliwe ze względu na niską koncentrację tego izotopu. Pierwszy system, zastosowany przez W E Libby pomysłodawcę i laureata nagrody Nobla, opierał się na obliczeniu promieniowania f3-, emitowanego przez specjalnie przekształconą próbkę.

Drugi i bardziej nowoczesny system przewiduje określenie ilości ~ 4C za pomocą spalania próbki do dwutlenku węgla oraz następującym po nim przekształcenie w węgiel elementarny Ten ostatni zostaje potem poddany analizie, przy użyciu specjalnego narzędzia zwanego <<akceleratorem-spektrometrem masowym>> (AMS). Nie zagłębiając się w szczegóły techniczne, przypomnijmy że urządzenie to pozwala na odparowanie węgla elementarnego oraz na bezpośrednie określenie przy pomocy spektrometru masowego ilości '4C. Oprócz tego określa się również ilość 13C i 12C. Zaletą tej metody jest zastosowanie mniejszej ilości próbek (parę miligramów) oraz bardziej zwarty czas przeprowadzania analizy Metoda AMS jest nowocześniejsza od metody obliczenia. W wielu przypadkach jej wyniki odpowiadają wynikom otrzymanym za pomocą metody obliczenia, w innych z kolei pojawiają się znaczne rozbieżności.

Możliwość błędu oraz ograniczenia procedury

Zarówno metoda AMS jak i metoda obliczenia od danych doświadczalnych przechodzi do określenia wieku próbki, posługując się całym szeregiem rachunków, które oczywiście posiłkują się specjalnymi systemami kalibracji w celu poprawiania błędów oraz właściwej oceny naturalnych i nieuniknionych statystycznych rozproszeń danych. Ogólnie rzecz ujmując, przy pomocy systemu radioaktywnego węgla uzyskujemy datowanie zgodne z prawdziwym wiekiem znaleziska, wcześniej określonym pewnymi drogami doświadczalnymi, dającymi się nakreślić w oparciu o zdobycze archeologii, historii itp.
Stwierdzenie to powinno zostać poddane uważnej ocenie, zwłaszcza iż znane są przypadki pewnej rozbieżności pomiędzy prawdziwym wiekiemznalezisk a ich wiekiem określonym na drodze radiodatacji.
Najczęściej spotykane rozbieżności występują w przypadku próbek silnie zanieczyszczonych w ciągu wieków w wyniku kontaktu z otoczeniem.
Z drugiej strony najdokładniejsze radiodatacje zostały przeprowadzone na próbkach przechowywanych w zamkniętych, bardzo szczelnych, pojemnikach.
Pośród najbardziej zagrożonych znalezisk znajdują się tkaniny Ze względu na jednorodność ciężaru powierzchnia wystawiona na interakcję z otoczeniem jest bardzo duża w porównaniu do innych systemów (drewna, skóry), a to z powodu małej średnicy włókna (rzędu dziesiątek mikronu). Jeżeli w czasie przygotowywania próbek nie zostanie w całości usunięty materiał obcy bardzo łatwo jest popełnić poważne błędy w określeniu wieku znaleziska.
W istocie, określanie wieku przy pomocy pomiaru zawartości węgla ~ 4C jest dobrą metodą, którą należy potraktować z uwagą, ale która jednocześnie przedstawia pewne braki. Jej wyniki powinno się oceniać w odniesieniu do rodzaju próbki oraz jej historii, jak również porównywać z rezultatami uzyskanymi w wyniku zastosowania innych metod określania wieku oraz charakterystyki znaleziska.
W celu lepszego zapoznania się z technikami radiodatacji odsyłam do noty bibliograficznej (1,2). Cały szereg cytatów dotyczących błędów w radiodatacji można znaleźć w pozycjach figurujących pod numerami 3 i 4.

Badanie Całunu radioaktywnym izotopem węgla

Pobranie z dnia 21 kwietnia 1988 roku

W zakrystii katedry turyńskiej pobrania dokonała ekipa złożona z profesorów: E Testore, L. Gonella (naukowego asystenta kustosza Całunu) z Politechniki Turyńskiej oraz G. Riggi di Numana, w obecności Jego Eminencji Kardynała Anastasio Ballestrero, Arcybiskupa Turynu i Kustosza Relikwii. Oprócz kapłanów odpowiedzialnych za otwarcie relikwiarza oraz przedstawicieli Ministerstwa Kultury, będących równocześnie kustoszami jednego z kluczy potrzebnych do otworzenia szkatuły relikwiarza, był także obecny dr M. S. Tite, Dyrektor British Museum, pełniący jednocześnie funkcję nadzorującego oraz odpowiedzialnego za całą operację. Dr Tite towarzyszyli uczeni z laboratoriów, którym zlecono wykonanie badań. Byli to: profesorowie E. T Hall i R. E. M. Hedges z Uniwersytetu w Oxfordzie; prof. W Woelfli z Politechniki w Zurychu; profesorowie P E. Damon i D. J. Donahue z Uniwersytetu w Tucson w Arizonie. Był również obecny prof. G. Vial z Muzeum Tkanin oraz Międzynarodowego Centrum Tkanin Starożytnych w Lionie.

Wyniki i kontestacje

Wyniki analiz oznajmiono Kardynałowi Ballestrero dopiero 28 września 1988 roku. Kardynał ujawnił je na konferencji prasowej w dniu 13 października: radioaktywny węgiel określił wiek Całunu na okres pomiędzy rokiem 1260 a 1390 po Chrystusie. Opierając się o ten werdykt, całunowe płótno nie mogłoby być prześcieradłem, które owijało zdjęte z krzyża ciało Chrystusa. Natychmiast podniósł się chór protestów względem całego programu tego rodzaju umiejscowienia w czasie, nie pozbawiony niestety lekkomyślności, braku ostrożności, a w niektórych przypadkach również niewłaściwych zachowań.

Najcięższe oskarżenie utrzymuje, iż to nie Całun jest fałszerstwem, ale werdykt, ponieważ analizowane przez laboratoria próbki nie były próbkami pochodzącymi z Całunu lecz ze średniowiecznych znalezisk, umieszczonych tam specjalnie w zamiarze dokonania oszustwa (5,6). Oskarżenie jest bardzo poważne i na pierwszy rzut oka dziwaczne. Niestety pewne fakty, a raczej braki i nieostrożność, utrzymują w mocy to podejrzenie.

Pierwszym uchybieniem, na który należy zwrócić uwagę, jest brak poważnego protokołu pobrania próbek. W konsekwencji nie znamy dokładnego ciężaru pobranej z całunowego płótna próbki. Sytuacja pogorszyła się ponadto w wyniku pewnych sprzecznych i nieostrożnych wypowiedzi wygłaszanych przy okazji międzynarodowych syndonologicznych konferencji i kongresów (7). Oficjalny komunikat laboratoriów pomiarowych, który ukazał się w prestiżowym piśmie naukowym <<Nature>> (8), nie tylko nie wyjaśnia, ale w niewiarygodny wprost sposób pomija cały problem mało precyzyjnym stwierdzeniem ”około 5O miligramów".

Nieostrożność, braki, błędy oraz wyciekanie informacji

Jeżeli z bliska przyjrzymy się protokołowi z wykonanej pracy, zbulwersuje on nas powtórnie. Okazuje się bowiem, że laboratoria zajmujące się radiodatacją narzuciły swoją obecność przy pobieraniu próbek, ale odmówiły przedstawicielom Kardynała Ballestrero uczestnictwa przy ich analizie.

Pomimo takiego zamieszania - braków i uchybień - trudno jest myśleć o <<oszustwie>> jako takim. Musielibyśmy bowiem uznać, iż w przypadku jego dowiedzenia <<sprawcy>> straciliby w świecie nauki swą wiarygodność, nie mówiąc już o prestiżu, którym cieszą się powyższe instytucje oraz poszczególni, uczestniczący w pomiarach, badacze.

Zastrzeżenia środowisk naukowych

Następne podejrzenie nakazujące ostrożność w bezkrytycznym przyjęciu rezultatów badań, zrodziło się po radiodatacji w środowisku naukowym. Wiąże się on z pobraniem próbki oraz brakiem wielodyscyplinarnych badań, mających na celu potwierdzenie: a) rodzaju oraz ilości obecnych na próbce substancji obcych; b) obecności obcych włókien (wynik mikroskopijnych łatek naszywanych w przeszłości na zagrożone miejsca tkaniny). Ostrożność narzuca się sama, jeżeli pomyślimy iż miejsce pobrania próbek w czasie organizowanych w ciągu wieków wystawień było wielokrotnie dotykane, w celu pokazania pielgrzymom całunowego płótna.

Substancje obce uniemożliwiające poprawną radiodatację

Obecność substancji obcych uniemożliwiających poprawną radiodatację trzeba przeanalizować z wielką uwagą i ostrożnością. Niedawno dr Garza-Valdes, badacz z teksaskiego Uniwersytetu Św Antoniego, przedstawił opracowanie na temat obecności na znaleziskach archeologicznych żywych mikroorganizmów z gatunku Lichenothelii. Autor przebadał ponadto, w sposób nieautoryzowany, kawałek całunowego płótna, pochodzący z próbki pobranej w roku 1988. Według opinii naukowca, również na tym znalezisku miały być obecne znaczne ilości <<Lichenothelii Varnish>>. Wyniki te przedstawiają niestety ograniczony poziom użyteczności z uwagi na nie potwierdzone pochodzenie próbek.

Pytania zrodzone z poszukiwań dr. A. Kouznetsova

Doniosłą pracę związaną z problemami radiodatacji (a zwłaszcza radiodatacji Całunu) podjęło <<S. A. Sedov Biopolymer Research Laboratories>> z siedzibą w Moskwie pod kierownictwem dr. A. Kouznetsova. Badania uwidoczniły dwie podstawowe problematyki:

Doświadczenia przeprowadzone na starożytnych, specjalnie używanych jako <<filtry>> powietrza, płótnach wykazały ich zdolność do zatrzymywania mikroorganizmów oraz przedstawiania zmienionych wartości stopnia obecności radioaktywnego węgla po wyżej cytowanym zabiegu, poprzedzającym staranne ich oczyszczenie (16-19). Konkretnie rzecz ujmując, prace to ukazują możliwość zatrzymania <<węgla>> w płótnach lnianych również po zakończeniu cyklu życia rośliny Warunek ten trzeba powiązać z możliwymi interakcjami pomiędzy włóknem a mikroorganizmami pochodzącymi ze świata zewnętrznego. Taka możliwość z pewnością potwierdziła się w przypadku Całunu, a przynajmniej w przypadku tego okresu czasu, kiedy jego historia pozostaje dokładnie udokumentowana, lecz stanowi również pewną hipotezę pracy, mogącą zasugerować poważne motywacje do wytłumaczenia wielu niepowodzeń radiodatacji płóciennych znalezisk.

Tytułem zakończenia: badania z roku 1988 nie są... ostateczne

Przytoczone uwagi pozwalają stwierdzić, że związana z radiodatacją Całunu problematyka pozostaje sprawą otwartą oraz, że wyniki badań z roku 1988, jakkolwiek reprezentują pewien postęp w złożonych naukowych i historycznych dziejach Relikwii, nie mogą być aksjomatycznie uznane za ostateczne.

W tym tekście, w sposób zamierzony starano się nie wypowiadać sądów na temat zachowań pojedynczych osób z tego oczywistego powodu, iż każde ludzkie zachowanie zawsze podlega wpływom złożonych sytuacji historycznych i środowiskowo-zawodowych a także dlatego, aby nie podtrzymywać szeregu polemik, które - jakkolwiek istnieją - to nie są w stanie wnieść znaczącego wkładu do zrozumienia problemów związanych z radiodatacją Całunu.