מתי הגיע האדם המודרני לארץ ישראל? באיזה שלב הפכה העיר ירושלים למוקד אזורי חשוב? מי בנה את "קשת וילסון" סמוך לבית המקדש? האם אפשר לתארך התפרצויות של הרי געש בזמנים קדומים בעזרת ענפי זית? מה אכלו ציידים-לקטים קדומים במזרח התיכון? ומתי התחילו אבותינו לאכול שקדים?
אלה רק חלק מהשאלות שעליהן עונה בשנים האחרונות צוות החוקרים במאיץ החלקיקים של מכון ויצמן למדע – המאיץ היחיד בארץ להפרדת פחמן 14. השיטה מאפשרת לחוקרים לתארך ממצאים ארכיאולוגיים ממקור ביולוגי, ולקבוע לא רק את הגיל של עצמות וקורות עץ, אלא גם של עצמים קטנים בהרבה, מזרעי חיטה מפוחמים ועד פירורי קש שעורבבו בתוך טיח.
10 צפייה בגלריה
יהלום שעלה שני מיליון דולר, ופותח צוהר ייחודי להצצה לעבר של ארץ ישראל. מאיץ ספקטרומטר המסות במכון ויצמן
(צילום: איתי בלסון, מכון ויצמן למדע )
המכשיר, ששמו המלא הוא מאיץ ספקטרומטר מסות על-שם דנגור (D-REAMS), הוא היהלום הגדול בכתר של היחידה לארכיאולוגיה מדעית במכון. מאז הקמתו ב-2013 בעלות של כשני מיליון דולר, הוביל צוות החוקרים שורה ארוכה של מחקרים שחשפו עוד ועוד פיסות בפאזל המורכב של ההיסטוריה של ארץ ישראל ותושביה.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
"זה חור בלב שלא ייאמן"
החיים על פי שרדינגר
העורב של אוקלידס
שעון רדיואקטיבי
שיטת תארוך ממצאים באמצעות פחמן 14 פותחה באמצע המאה ה-20. היא מבוססת על כך שרוב הפחמן בטבע הוא יציב, אבל מיעוט קטן מאטומי הפחמן הם רדיואקטיביים. לכל אטומי הפחמן יש בגרעין ששה פרוטונים, ול-99 אחוזים מהם יש גם ששה נייטרונים, כך שמשקלם האטומי הוא 12. לאחוז אחד בערך מאטומי הפחמן יש בגרעין שבעה נייטרונים, ולשיעור זעיר – בערך אחד מכל טריליון אטומים – יש שמונה נייטרונים בגרעין, ולכן הוא נקרא פחמן 14.
מבחינה כימית פחמן 12, פחמן 13 ופחמן 14 מגיבים אותו הדבר עם חמצן ליצירת פחמן דו-חמצני, ומשתלבים באותה צורה במולקולות ביולוגיות. אבל הם נבדלים פיזיקלית במסה שלהם, וגם ברדיואקטיביות – כלומר בקצב ההתפרקות שלהם.
חומרים רדיואקטיביים מתפרקים באופן ספונטני, וככל שחומר רדיואקטיבי יותר, הוא מתפרק מהר יותר. מועד ההתפרקות של אטום יחיד מסוים הוא אקראי, אבל אפשר לאפיין את קצב ההתפרקויות ב"זמן מחצית חיים", כלומר כמה זמן יעבור עד שמחצית החומר שבידינו תתפרק. אם למשל ניקח גרם של פרנציום 221, הרדיואקטיבי מאוד, אחרי פחות מחמש דקות יישאר לנו רק חצי גרם. אחרי עוד חמש דקות – רבע גרם, וכן הלאה. פחמן 12 ופחמן 13 יציבים מאוד, ויתקיימו מיליוני שנים בלי שום שינוי משמעותי בכמות החומר.
פחמן 14, לעומת זאת, הוא רדיואקטיבי, אבל הרבה פחות מפרנציום, למשל, וזמן מחצית החיים שלו הוא כ-5,700 שנה. כלומר, אם בשנת 3,700 לפני הספירה בערך מישהו היה מניח בקופסה גרם של פחמן 14, ארכיאולוג בן ימינו היה מוצא בקופסה חצי גרם מהפחמן הזה. ארכיאולוגים במאה ה-78 ימצאו בה רבע גרם וכן הלאה.
זמן מחצית החיים הזה יכול לשמש שעון ביולוגי טוב לתהליכים בני עשרות אלפי שנים: אם למשל היינו יודעים שאכן היה גרם אחד בדיוק בקופסה שאוחסנה אי פעם, היינו יכולים לחשב בקלות כמה זמן עבר מאז, לפי כמות החומר המדויקת שנשארה בה. הבעיה היא שגם אם יש לנו דגימה של פחמן 14, אנו לא יכולים לדעת מה הייתה הכמות ההתחלתית שלו, ולכוון את השעון הרדיואקטיבי שלנו.
10 צפייה בגלריה
המאיץ במכון ויצמן, שנבנה ב-2013, ממוקם למרגלות מאיץ החלקיקים ההיסטורי במגדל המפורסם. הכניסה למעבדת המאיץ |
(צילום: איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי)
או שכן. פחמן 14 נוצר באטמוספרה בתהליכים רדיואקטיביים שמקורם בקרינה קוסמית. כל היצורים החיים מחליפים פחמן עם סביבתם, ומטמיעים אותו במולקולות ביולוגיות, כמו חלבונים, סוכרים, שומנים וחומצות גרעין. אבל ברגע שהחיה או הצמח מתים, חילוף הפחמן נפסק, והשעון הרדיואקטיבי מתחיל לתקתק. אם אנו יודעים מה היה ריכוז הפחמן 14 באטמוספרה באותה תקופה, אפשר לכייל את השעון ולתארך ממצאים לפי כמות הפחמן.
ואיך יודעים כמה פחמן 14 היה באטמוספרה לפני 10,000 או 20,000 שנה למשל? בעיקר בעזרת עצים עתיקים. את הגיל של עצים רבים אפשר לחשב בדיוק לא רע לפי מספר הטבעות בגזע, ואז לדגום חומר מהטבעת המתאימה לתקופה מסוימת, לגלות את שיעור הפחמן 14 ולבנות עקומת כיול, שמתאימה בין התקופה לשיעור הפחמן הרדיואקטיבי. כשיש עקומה כזו אפשר להשוות אליה את ריכוז הפחמן בדגימה שלנו, ולדעת בת כמה היא.
כיצד מודדים את שיעור הפחמן 14 בדגימה? כאן נכנס לתמונה מאיץ החלקיקים. המאיץ מיינן את אטומי הפחמן, כלומר מקנה להם מטען חשמלי, ואז מגנט רב-עוצמה מאיץ את החלקיקים הטעונים למהירות של 3,000 קילומטרים בשנייה (קרוב ל-11 מיליון קמ"ש). את כל זה הוא עשה בחדר שגודלו ככיתת לימוד רגילה (והמכשור גם רועש כמו כיתה ישראלית אופיינית). במהירות העצומה הזו, אפשר להפריד את האטומים לפי המסה שלהם, בעזרת מגנטים נוספים.
10 צפייה בגלריה
יכולים לזהות אטומי פחמן 14 גם בדגימות זעירות. גרעיני דגנים וגלעיני זיתים מפוחמים, לצד חלק קטן מהציוד שמשמש לעיבוד ראשוני של הדגימות והכנסתן למאיץ
( צילום: אוהד הרכס, מכון ויצמן למדע )
אטומי הפחמן 12 ו-13 מוסטים הצידה, ולגלאי בקצה המאיץ מגיעים רק אטומי הפחמן 14. בשיטה הזו אפשר לזהות אפילו אטומים בודדים, מה שאומר שאפשר להתחיל מדגימה קטנה מאוד, של כמה אלפיות הגרם, כמו למשל גרעין חיטה יחיד. "אם היינו מסדרים ערימה של דפי A4 מכאן עד הירח, שכל אחד מהם מדמה אטום פחמן, רק שלושה או ארבעה מהדפים האלה היו מייצגים פחמן 14. אבל בגלל שיש הרבה מאוד אטומי פחמן בדגימה, אנו יכולים לזהות מספיק פחמן 14 גם בדגימות זעירות, אפילו של מיליגרם אחד", הסביר ד"ר ליאור רגב, מדען הסגל במעבדת המאיץ, לאתר מכון דוידסון. "בעוד שיטות אחרות דורשות דגימות גדולות, של גרמים ויותר, אנחנו יכולים לתארך ממצאים מיקרוסקופיים ממש".
התמונה הרחבה
ברחבי העולם יש כמה עשרות מאיצי חלקיקים לתארוך של ממצאים ארכיאולוגיים. הייחוד הגדול של המאיץ במכון ויצמן הוא שמדובר במעבדת מחקר, ולא בשירות שמקבל דגימה מהארכיאולוגים בשטח, ומחזיר להם את גיל הדגימה, או ליתר דיוק טווח גילים שעשוי להיות רחב למדי. מדעני המאיץ שותפים לעבודה הארכיאולוגית מראשיתה, מפתחים שיטות חדשות לנטילת הדגימות הביולוגיות, ומתמחים בשימוש בתיארוך פחמן כאחד ממגוון כלים מדעיים, כדי לתת תשובות לשאלות שהארכיאולוגיה המסורתית לא תמיד יכולה לענות עליהן.
"אנו לוקחים שאלות ארכיאולוגיות והופכים אותן למדע, מפתחים שיטות עבודה חדשות, ומסתכלים על התמונה הרחבה יותר, כמו שינויי אקלים בתקופות קדומות, כדי לשפר את ההבנה של הממצאים ולקבל תוצאות מדויקות יותר", אומרת ראש המעבדה, פרופ’ אליזבטה בּוֹאַרֶטוֹ (Boaretto). "הסטודנטים אצלנו עושים הכל: כימיה, מדידה, אנליזה, ניתוח תוצאות, וגם עובדים עם מומחים מהרבה תחומים: היסטוריה, ארכיאולוגיה, אקלים, אדריכלות, ועוד. אנו משלבים את כל תחומי הידע האלה כדי להגיע להבנה הכי טובה שיש".
10 צפייה בגלריה
לוקחים שאלות ארכיאולוגיות והופכים אותן למדע, עם דיוק רב וערך מוסף גבוה. ליאור רגב במאיץ החלקיקים
(צילום: איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי)
"אנו נמצאים שם לאורך כל הדרך, חופרים עם הארכיאולוגים, נוטלים את הדגימות ומשתתפים בכל התהליך עד בניית המודל הכרונולוגי. זו מהפכה בתחום שמשנה את אופן העבודה ומוכיחה את עצמה", הוסיף רגב, "אנחנו מביאים בשיטה הזו דיוק רב וערך מוסף גבוה למחקר".
העיר העתיקה
בשנים האחרונות מתמקדת קבוצת המחקר בהיסטוריה של ירושלים, בשורת מחקרים משותפים עם רשות העתיקות ואוניברסיטת תל אביב. את עבודות התיארוך במחקרים האלה מובילה ד"ר יוהנה רגב, שמועסקת בקבוצה כיועצת אקדמית חיצונית, משום שתקנות כוח האדם מונעות עבודה של בני זוג נשואים באותה קבוצה, ובמשפחת רגב פורחת גם אהבה לארכיאולוגיה. בוארטו הנחתה את רגב בתואר השני ובדוקטורט, כך שכבר כתלמידת מחקר היא צללה לעולם של תארוך הפחמן. “בעבודת המאסטר תיארכנו ממצאים מתקופת הברונזה הקדומה, וגילינו שהם מוקדמים ב-300-200 שנה מהגיל המשוער של האתרים שבדקנו. בעבודת הדוקטור בחנו את זה לעומק, ואכן הראינו שהתיארוך של כל תת-התקופות שבתקופת הברונזה הקדומה דורש תיקון. כך למשל תקופת הברונזה הקדומה השלישית, שחשבו שהסתיימה בערך ב-2,300 לפני הספירה, הסתיימה בפועל כ-300 שנה קודם לכן”. התיקונים של לוחות הזמנים משפיעים גם על הבנת המרחב באותה תקופה, למשל הקשרים של תושבי האזור עם מצרים.
מה שאיפשר את התגלית הייתה שיטות עבודה שפיתחו רגב ובוארטו לדגימה מוקפדת של השרידים הביולוגיים, זרעי דגנים, קטניות, גלעיני תמרים וזיתים, זרדים ועוד. לרוב מדובר בחומר שרוף, שכן הזרעים בצורה הטבעית אינם משתמרים בדרך כלל אלפי שנים. "אם למשל מוצאים גלעין שרוף של זית בתוך לבני בוץ שמרכיבות קיר, יכול להיות שהגלעין השרוף שכב באדמה מאות שנים לפני שמישהו בנה לבנים מהאדמה הזו, ולכן הגיל של הגלעין לא משקף בהכרח את גיל הקיר. לעומת זאת, אם בוחנים את חומר המליטה [החומר המדביק את הלבנים, א. נ.] ששימש בבניית הקיר, ומוצאים גרעינים באפר ששימש לייצורו, הוא כנראה משקף את המועד שייצרו אותו ובנו את הקיר", הסבירה רגב לאתר מכון דוידסון. "לכן חשוב לנו לחבר את החומר שאנו מתארכים לאירוע, לבניין, לתרבות החומרית. אנו שמים לב בדיוק אילו פריטים אנו מתארכים, ומהיכן נוטלים את הדגימות. גם תהליך הניקוי הכימי שונה מדוגמה לדוגמה ויש לו השפעה מכרעת על התוצאה. למזלנו את התהליכים הכימיים במעבדה מבצעת יבגניה מינץ, הוותיקה שעובדת במעבדה כבר 25 שנים. בנוסף, ברוב המקרים לא מספיק לתארך הקשר אחד או שכבה אחת, כי יכולים להיות שינויים בריכוזי הפחמן 14. לכן אנו משתדלים לדגום הרבה שכבות, וזה מאפשר לנו דיוק מהפכני. בזכות הקפדה על ההקשר וריבוי הדגימות, אנו יכולים לתארך ממצאים לטווח דיוק של 30-20 שנה, במקום כ-300 שנה בתקופות מסוימות. זו מהפכה".
10 צפייה בגלריה
ההקפדה על ההקשר, על שיטת הדגימה ועל ריבוי דגימות מאפשרת לנו דיוק מהפכני בתיארוך. יוהנה רגב נוטלת דגימות בחפירה בירושלים
(צילום: יעל ארליך)
המהפכה המדעית שהובילו רגב ובוארטו הביאה עמה גם שינויים בהבנת ההיסטוריה של ארץ ישראל, ובעיקר כאמור של ירושלים. "תמיד יש ויכוח בקהילת הארכיאולוגים מה היה גודלה של ירושלים במאה העשירית והתשיעית לפני הספירה, תקופת דוד ושלמה וראשית הפילוג בין ממלכות ישראל ויהודה. הוויכוח נובע בין השאר ממיעוט יחסי של ממצאים מהתקופה הזו", אמרה רגב. "מחקרים שלנו שמבוססים על תארוך פחמן, עם הקפדה על הקשרי הדגימה, העלו שכבר היה יישוב לא קטן בירושלים בתקופה הזו, ואפילו מוקדם יותר, במאות ה-11 וה-12. המחקר שלנו בירושלים עדיין בראשית דרכו. אנו לרוב לא יכולים לדעת מה היה אופי המבנים באתרים שחפרנו, ואפילו אם הם מבני קבע, ולא יודעים מי היו יושבי העיר ומה הם עשו. אבל לפי כמות הממצאים שלנו זה בהחלט היה יישוב משמעותי, לא קטן וחולף".
סוטים מהעקומה
ממצא חשוב נוסף במחקר הזה, שפורסם ב-2023 בכתב העת PNAS, היה הצלחה של החוקרים בתיארוך התקופה של סוף ממלכת יהודה, שקשה מאוד לתארך אותה בעזרת פחמן 14. התקופה הזו, בין המאה השמינית למאה החמישית לפני הספירה, אופיינה כנראה בשינויים בריכוז הפחמן הרדיואקטיבי באטמוספרה עקב תופעות קוסמיות, ובעבר מדידות של ממצאים מהתקופה הניבו תאריכים רק בטווח של כ-300 שנה. אך במחקר זה החוקרים הצליחו לתארך בפחמן ממצאים רבים בדיוק של 10-20 שנה, כמו כמה שכבות ריצוף שהתגלו זו מתחת לזו, וממצאים שקושרו לאירועים היסטוריים כמו רעידת האדמה החזקה שמוזכרת בספר עמוס והתרחשה כנראה בין 766 ל-750 לפני הספירה, וחורבן בית ראשון ב-586 לפני הספירה.
10 צפייה בגלריה
אפשר להשוות בין תארוך הפחמן לממצאים מתוארכים אחרים, ולגלות את הסטיות מעקום הכיול. אניצי קש מפוחמים על כד מתקופת חורבן בית ראשון
(צילום: יוהנה רגב)
התארוכים האלה הניבו ממצא מפתיע של הסטות מעקום הכיול של מדידות הפחמן 14. כלומר – גם ממצא שתוארך ארכיאולוגית בוודאות גבוהה לתקופת החורבן, הגיל שלו לפי מדידות הפחמן היה רחוק בעשרות שנים ואף יותר. הסטיות האלה נובעות כנראה מכך שעקום הכיול נוצר על פי גילי עצים מאירופה ומצפון אמריקה, והן יכולות להעיד על שינויים מקומיים באקלים או באטמוספרה באותה תקופה, שהשפיעו על היווצרות הפחמן 14. "עכשיו אנו עובדים על חקר ההסטות ועל שינויים של עקום הכיול לפי הממצאים המקומיים", אמר ליאור רגב.
מעבר לקשת
מחקר נוסף בהיסטוריה של ירושלים שעורר עניין רב היה השאלה מי בנה את קשת וילסון, או ליתר דיוק מתי היא נבנתה. הקשת, שקרויה על שם מודד הקרקעות הבריטי שחקר אותה במאה ה-19, שוכנת כיום במנהרות הכותל, אבל בעבר זה היה כנראה מבנה שדרכו עברו אל בית המקדש השני. למעשה מדובר בשתי קשתות, וייתכן שאחת מהן נבנתה רק אחרי חורבנו. ההערכות לגילן נעו בין תקופתו של הורדוס, סמוך לראשית הספירה, למאות שנים לאחר מכן. "הקשתות ומבנה תיאטרון קטן סמוך אליהן כוסו עם השנים בחומר רב מתקופות שונות, כך שהיה בלתי אפשרי לקבוע את גילן לפי ממצאים כאלה", הסבירה רגב. "גם כאן דגמנו בקפידה מלט מבין האבנים, ומצאנו בו גרעיני חיטה, שעורה ותאנה. לפי תארוך הפחמן שלהם קבענו שהקשת הצפונית היא מתקופת הורדוס, או מעט אחריו, והדרומית מתקופת הנציבים הרומיים הראשונים, לפני חורבן הבית השני".
תגלית מפתיעה נוספת בעזרת זרעים שתוארכו בפחמן 14 הייתה גילו של מגדל הביצורים הסמוך למעיין הגיחון. ארכיאולוגים קבעו שהוא נבנה בתקופת הברונזה התיכונה, בסביבות 1,800 או 1,700 שנה לפני הספירה. בשכבות שמתחת לאבני הבסיס של המגדל מצאו החוקרים זרעים שגילם תוארך למאה העשירית ולמאה התשיעית לפני הספירה, מה שאומר שהמגדל נבנה כמעט אלף שנים מאוחר ממה שחשבו קודם. "לא כולם מקבלים את המסקנה הזו, אבל העובדה היא שמצאנו רצף של דוגמאות שתוארכו לאותה תקופה מאוחרת יותר, ורק עליהן הונחו אבני הבסיס", סיכמה רגב.
מעברי תקופות
תארוך בפחמן 14 שימושי לממצאים שגילם עד כ-50 אלף שנים. זמן מחצית החיים של פחמן 14 אמנם ארוך, אבל לא אינסופי. ומכיוון שכמותו זעירה, אחרי פרק הזמן הזה לא נשארים בדגימות מספיק אטומי פחמן 14 שאפשר לגלותם אפילו במאיצי חלקיקים. הממצאים מירושלים לא מתקרבים לגבול הזה, אבל ממצאים אחרים מארץ ישראל – בהחלט כן. האזור שלנו היה תחנת מעבר חשובה במסע של כמה מיני אדם קדומים מאפריקה לאסיה ולאירופה. גם המין שלנו, האדם המודרני (Homo sapiens) שהופיע על במת ההיסטוריה לפני כרבע מיליון שנה, התפתח באפריקה וככל הנראה יצא ממנה בכמה גלים.
באתר בוקר תחתית שבנגב, בתחומי שמורת עין עבדת, נמצאו בעבר ממצאים של אדם מודרני, אך טווח התארוכים שלו היה רחב למדי. במחקר שהובילה בוארטו קבעו החוקרים כי שרידי פחמים ממדורות באזור הם בני 50-49 אלף שנים, וכי סוגים שונים של כלי צור שנמצאו באתר מעידים על מעבר מהיר יחסית בין התקופה הפלאוליטית התיכונה לעליונה. הממצאים גם מצביעים על כך שהאתר שייך לאירוע ההגירה האחרון של האדם המודרני מאפריקה צפונה, וכי הוא נפגש באזור עם בני אדם ניאנדרטלים, כמה אלפי שנים לפני הכחדתם.
10 צפייה בגלריה
מעבר מהיר יחסית בין תרבויות באירוע ההגירה האחרון של האדם המודרני מאפריקה. החפירות באתר בוקר תחתית
(צילום: אליזבטה בוארטו, מכון ויצמן למדע)
מעבר תקופות נוסף שחקרה בוארטו עוסק בתרבות הנָאטוּפִית – תרבות של ציידים-לקטים שהופיעה באזורנו לפני כ-15 אלף שנים והתקיימה כ-3,000 שנה. ההיסטוריה שלה מחולקת לשתי תקופות, המוקדמת והמאוחרת, ועד כה חוקרים רבים סברו כי שינויי אקלים הם שהניעו את המעבר בין התקופות. בוארטו ועמיתיה תיארכו שרידי מזון צמחי מפוחם מהתקופה בכמה אתרים, כמו מערת רקפת ואתר שובייקה בירדן. "הראינו שהמעבר לא היה מסונכרן עם שינויי האקלים", אמרה בוארטו. "מתברר שהאדם יכול להסתגל לשינויים האלה, והשינוי באורחות חייו לא מתרחש מיד".
הר געש עם עלה של זית
בניגוד ליוהנה רגב, שהתחילה את דרכה האקדמית בארכיאולוגיה, בן זוגה לחיים ולמחקר, ליאור רגב, עשה תואר ראשון ותואר שני בביולוגיה בטכניון בטרם נשאב לעולמות הפחמן 14, ועשה את הדוקטורט במכון ויצמן למדע, שם פיתח שיטות לחקר ותארוך של טיח קדום בהדרכת בוארטו ופרופ’ סטיב ויינר, שייסד את תחום הארכיאולוגיה המדעית במכון ויצמן. בהמשך הוא השתלם בארצות הברית בדֶנְדְרוֹכְרוֹנוֹלוֹגְיָה, תארוך עצים לפי הטבעות בגזע, וחזר ארצה להקים את מעבדת הדנדרוכרונולגיה במכון. קביעת הגיל של עצים היא כאמור השיטה המרכזית לכיול עקומות הזמנים של תארוך פחמן, אבל זהו גם תחום מחקר חשוב בפני עצמו.
לפני כ-3,500 שנה התפרץ הר הגעש באי סנטוריני בים התיכון, באירוע גדול שיש המייחסים לו את השמדתן של תרבויות יווניות קדומות, ויש אפילו תיאוריות שקושרות אותו למכת החושך במקורות שלנו. המועד המדויק של ההתפרצות שנוי במחלוקת: בעוד שממצאים ארכיאולוגיים מהים התיכון הצביעו בערך על שנת 1,500 לפני הספירה, תארוך פחמן של ענף זית מפוחם מההתפרצות העלה כי הר הגעש התפרץ יותר ממאה שנים לפני כן. אלא שהתארוך לפי ענף הזית שנוי במחלוקת, בין השאר בגלל דפוסי גידול יחודיים של העץ הזה.
חוקרי המאיץ, עם תלמידת המחקר יעל ארליך, בחנו את הצמיחה של ענפי זית בעצים בני כמה עשרות שנים מהגליל, ושילבו סריקות מיקרו CT של טבעות העץ עם תארוך פחמן 14. תארוך של ממצאים כה צעירים מתאפשר בזכות הניסויים הגרעיניים שעשו המעצמות בשנות ה-50 וה-60 של המאה העשרים: לצד נזקיהם הרבים, הם גם הכפילו את כמות הפחמן 14 באטמוספרה, מה שמאפשר לעקוב אחר גדילת עצים ברזולוציה חסרת תקדים, לפעמים עד חודשים בודדים. החוקרים זיהו כי קצב התפתחות הטבעות של ענפי זית אינו אחיד, ובתקופה מסוימת גזע או ענף עשויים לגדול יותר בצד אחד מאשר בצד האחר, מה שמצביע על אפשרות ממשית לחוסר דיוק בהתבססות על ענף הזית לתארוך ההתפרצות.
מחקר עצים נוסף במאיץ נמצא בעיצומו, וחוקר בעזרת תארוך פחמן מתי החלו בני אדם לאכול שקדים ולתרבת את עצי השקד. "באתרים כמו מערת מנות מצאו עצי שקד שרופים בני 40-30 אלף שנים", הסבירה בוארטו. "שקדי הבר מרים מאוד ורעילים, והשקד אכיל יותר כנראה כשיש לעץ שפע של מים. זה מחקר מאתגר, שגם הוא קושר בין תופעות אקלימיות לשינוי בהתנהלות האדם".
ללמוד את השפה
מאיץ הפחמן שוכן למרגלותיו של מאיץ החלקיקים ההיסטורי של מכון ויצמן, שהמגדל שלו, המתנשא לגובה 57 מטרים, הפך לאחד מסמלי העיר רחובות. המאיץ ההוא נבנה ב-1975, ובמשך כשלושה עשורים, עד סגירתו, שימש לניסויים בפיזיקה גרעינית. אחת הסטודנטיות שהשתמשו בו הייתה אליזבטה בוארטו, שנולדה וגדלה באיטליה. אחרי תואר שני באוניברסיטת פדובה היא הגיעה לדוקטורט באוניברסיטה העברית בירושלים, אבל השתמשה במאיץ של ויצמן לחקור את ההשפעות הסביבתיות של תחנות כוח גרעיניות, באמצעות ניתוח ריכוזי יוד רדיואקטיבי בדגימות קרח שנאספו מהקטבים. בפוסט-דוקטורט בדנמרק עבדה עם פחמן 14, וכשקיבלה משרה במכון ויצמן החלה ללמוד ארכיאולוגיה ולפעול עם סטיב ויינר להקמת מאיץ כזה במכון.
תחום המחקר בפחמן 14 קיים כאמור כבר עשורים רבים, אבל הוא משתכלל כל הזמן, לא מעט בזכות עבודתם של החוקרים ממכון ויצמן. "אחד הדברים הכי כיפיים בעבודה שלנו זה לפתח שיטות חדשות, להיכנס יותר לחומרים ולפרטים", אמרה בוארטו. "אנחנו קוראים את השפה של האיזוטופים והאטומים וכל הזמן מבינים אותה טוב יותר. והכי כיף זה לגלות משהו חדש ומפתיע".
10 צפייה בגלריה
אנו קוראים את השפה של האיזוטופים והאטומים, וכל הזמן מבינים אותה טוב יותר. אליזבטה בוארטו במאיץ
(צילום: אוהד הרכס, מכון ויצמן למדע )
תגליות כאלה אולי נמצאות מעבר לפינה, עם שדרוג צפוי של המאיץ, שבמקום להשתמש בפחמן מוצק, כפי שנעשה כיום, יוכל לדגום את האטומים מגז. "זה יאפשר לנו למדוד דוגמאות של פחות מ-50 מיקרוגרם, קטנות פי עשרים ממה שאנו יכולים למדוד כיום", הסבירה בוארטו. "נוכל לתארך בעזרת המאיץ דברים זעירים כמו גרגירים יחידים של אבקת פרחים למשל. זה יפתח לנו אופקים חדשים".
המהפכה המדעית
אף על פי שתארוך הפחמן חולל מהפכה מדעית בארכיאולוגיה, לא כל הארכיאולוגים הבינו את הפוטנציאל של הטכנולוגיה, ואת החשיבות של שיתוף המדענים במחקר כולו, משלב התכנון והדגימה ועד ניתוח הנתונים. "זה מאבק אינסופי לחנך את האנשים שאנחנו לא מעבדת שירות שמקבלת דגימות בדואר, אלא שותפים מלאים לתהליך", אמר ליאור רגב. "לא חסרים לנו סטודנטים, אבל הייתי מצפה שהביקוש ללמוד את התחום יהיה הרבה יותר גבוה".
"המחקרים המשמעותיים ביותר התאפשרו כשהיה שיתוף פעולה הדוק בשטח עם הארכיאולוגים, והבנה הדדית למומחיות ולתרומה של כל אחד", הוסיפה יוהנה רגב. "כשהיה שיח פתוח ופורה בינינו לאורך כל הדרך, חשיבה משותפת לגבי השאלות הכרונולוגיות ובניית הדרך הטובה ביותר לפתרונן, תוצאות המחקר היו שוב ושוב מעל למצופה".
10 צפייה בגלריה
המחקרים המשמעותיים ביותר התאפשרו כשהיה שיתוף פעולה הדוק עם הארכיאולוגים. מימין: ליאור רגב, אליזבטה בוארטו, יבגניה מינץ ויוהנה רגב
(צילום: אוהד הרכס, מכון ויצמן למדע )
"כשאתה עושה ניסוי במדע, אתה משתדל לבודד משתנה אחד ולמדוד אותו. בארכיאולוגיה יש המון משתנים, ואם היינו משאירים את כולם, לא היינו יכולים לעשות תארוך מהימן", סיכמה בוארטו. "לכן חשוב לנו לסגור את כל הפינות מעבר לכל ספק: לדעת מאיזו שכבה ארכיאולוגית לוקחים את הדוגמה ומה תוארך בה, לנקות היטב את הדוגמה, לעשות את העבודה הכימית באופן מדויק. כך אנו יכולים לדעת שהתארוך אמין, ולגלות תופעות כמו הסטיות מעקומת הכיול".
לחבר סיפורים
מדינת ישראל קיימת 77 שנים, אבל הארכיאולוגיה מאפשרת לחוקרים להציץ אל חייהן של התרבויות שחיו פה הרבה קודם לכן. "אפשר להשתמש בדמיון ולראות מה עשו בני האדם בבוקר תחתית לפני 50 אלף שנה, או איך בנו את החומות של ירושלים, אבל אנחנו מנסים להבין את הדברים יותר לעומק, כדי שנוכל לקבל תמונה פחות דמיונית ויותר מציאותית", אומרת בוארטו.
"אם הייתי יכול לנסוע בזמן אחורה לאחת התקופות שאנו חוקרים, הייתי רוצה לראות את ירושלים במאה התשיעית והעשירית, ולהבין איך העיר נראתה אז ומה באמת היה", אומר רגב. רעייתו כנראה הייתה מצטרפת למסע הזה. "כמי שנולדה בפינלנד, זה נפלא בעיני שירושלים בנויה מאבנים ואפשר להרכיב תמונה היסטורית שלה. בפינלנד בונים מעץ ואי אפשר לחקור כך את העבר שלה", אמרה יוהנה רגב. "בירושלים לכל אבן יש את הסיפור שלה, ומכיוון שלעיר הזו יש כל כך הרבה היסטוריה כתובה, מכל התקופות – מהברונזה הקדומה עד לעות’מאנים – אפשר לחבר את הסיפורים לאבנים".
איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
