Точность радиоуглеродного анализа поставили под сомнение.

В настоящее время для определения возраста археологических находок применяются несколько методов, самым достоверным из которых считается радиоуглеродный. Однако даже этот самый надежный метод имеет огромные погрешности. Благодаря анализу полученных данных ученые осознали, что скорость радиоактивного распада не является неизменной, как это считалось ранее, поскольку подвержена влиянию многих сторонних факторов. Это значит, что «атомные часы» сбиваются в зависимости от внешних условий.

Вот лишь некоторые примеры датировок «точнейшего» метода. Датирование по углероду-14 (14 C) показало: только что убитый тюлень умер 1 300 лет назад; скорлупа живых улиток имела возраст 27 000 лет; возраст раковины живого моллюска – 2 300 лет и т. п. В пещере Бельт (Иран) нижележащий слой датирован возрастом примерно 6 000 лет, а вышележащий – 8 500. То есть получается обратная последовательность слоев, что, естественно, невозможно. И подобных примеров множество.

Чем же объяснить такую величину погрешности самого точного метода? Дело в том, что данный анализ производится путем определения в образце соотношения радиоактивного углерода-14 со стабильным углеродом. Считается, что с момента прекращения жизнедеятельности органического материала, «новый» углерод-14 в него не поступает, а имеющийся – постепенно распадается с постоянной скоростью, в то время как стабильный углерод, естественно, остается неизменным. Однако при разных условиях углерод из внешней среды (от всего рядом находящегося, что содержит углерод: вулканических явлений, действия огня и даже высокой температуры, из почвы залегания или из атмосферы) может проникать в исследуемый образец. И тогда картина кардинально меняется!

Рис. Принцип радиоуглеродного метода датирования

Кроме того, никто точно не может знать, как изменялся уровень углерода-14 в атмосфере в течение различных периодов. Но ученые определенно знают, что он менялся, причем значительно. Дендрологические исследования (анализ колец деревьев) показывают, что уровень углерода-14 в земной атмосфере за последние 4 - 5 тысяч лет сильно менялся (такой возраст по кольцам имеют самые древние деревья; точный возраст посчитать не возможно, т.к. годовые кольца со временем просто сливаются, а в ряде случаев за один год может образовываться несколько годичных колец). Но что было раньше – никто не знает, это область догадок. Более того, нельзя быть уверенным, что углерод-14 в кольцах древних деревьев соответствует углероду-14 атмосферы того времени, когда нарастало кольцо. Ведь на протяжении последующих лет эта часть дерева была в прямом контакте с соседними слоями ствола, с питательными веществами, солнечным светом, воздухом и другими внешними факторами, которые не могли не повлиять на содержание углерода.

Таким образом, радиоуглеродному анализу можно доверять с огромной натяжкой и применять его только в качестве одного из подтверждающих факторов возраста находки, но не как основной и определяющий.

В трудах критиков радиоуглеродного метода можно встретить такую цитату: «Шесть уважаемых лабораторий выполнили 18 анализов возраста древесины из Шелфорда в графстве Чешир. Оценки варьируют от 26 000 до 60 000 лет, разброс составляет 34 000 лет» 1 .

Также многие даты, полученные с помощью радиоуглеродного датирования, не совпадают с хронологией, установленной историками и археологами на основании документов и артефактов.

Рассуждая о радиоуглеродном методе датирования, нельзя не обратить внимание еще на несколько моментов. Заявление о значительном возрастедревних находок, сделанное на основании измерения в них количества углерода-14, можно объяснить с помощью Библии. Дело в том, что до потопа, который, по библейским расчетам, произошел приблизительно 4,5 тыс. лет назад, содержание углерода-14 в атмосфере Земли должно было быть минимальным. Согласно Священному Писанию, до потопа над нашей планетой одним из слоев атмосферы был защитный купол из воды 2 . Водяной экран защищал Землю от радиоактивного углерода-14 и вредных космических излучений. Поэтому, как того и следовало ожидать, в допотопных образцах содержание углерода-14 исключительно мало, что воспринимается учеными-материалистами как следствие его распада, в связи с чем они говорят о значительных временных сроках.

Кроме того, углеродный метод датировки даже теоретически не рассчитан на определение возраста, превышающего 50 000 лет. Об этом открыто заявляют сами ученые. Поэтому материалисты никак не могут объяснить, почему в каменном угле, нефти и алмазах также имеется углерод-14. Ведь согласно научным данным, углерод-14 имеет короткий период полураспада (5 730 лет) и просто не может существовать в образцах, датируемых сотнями тысяч лет, не говоря уже о многих миллионах и тем более миллиардах лет. Однако углерод-14 имеется во всех пластах, что подтверждает молодой возраст Земли.

1 Хэнкок Г. Следы богов. М., 2006.

Радиоуглеродный анализ изменил наше представление о последних 50.000 лет. Профессор Уиллард Либби впервые продемонстрировал его в 1949 году, за что позже был удостоен Нобелевской премии.

Метод датировки

Суть радиоуглеродного анализа состоит в сравнении трех различных изотопов углерода. Изотопы конкретного элемента имеют одинаковое число протонов в ядре, но разное число нейтронов. Это означает, что при большой химической схожести они обладают разными массами.

Общая масса изотопа обозначается числовым индексом. В то время как более легкие изотопы 12 С и 13 С стабильны, самый тяжелый изотоп 14 C (радиоуглерод) радиоактивен. Его ядро ​​настолько велико, что оно является нестабильным.

С течением времени 14 C - основа радиоуглеродного анализа - распадается на азот 14 N. Большая часть углерода-14 создается в верхних слоях атмосферы, где нейтроны, которые образуются под действием космических лучей, вступают в реакцию с атомами 14 N.

Затем он окисляется в 14 СО 2 , проникает в атмосферу и смешивается с 12 CO 2 и 13 CO 2 . Углекислый газ используется растениями в процессе фотосинтеза, а оттуда проходит через пищевую цепь. Поэтому всякое растение и животное в этой цепи (включая людей) будет иметь равное количество 14 С по сравнению с 12 С в атмосфере (отношение 14 С: 12 С).

Ограничения метода

Когда живые существа умирают, ткань больше не заменяется, а радиоактивный распад 14 C становится явным. Через 55 тысяч лет 14 C распадается настолько, что его остатки уже невозможно измерить.

Что такое радиоуглеродный анализ? может быть использован в качестве «часов», так как он не зависит от физических (например, температуры) и химических (например, содержания воды) условий. За 5730 лет распадается половина 14 C, содержащаяся в образце.

Поэтому, если известно соотношение 14 C: 12 C в момент смерти и сегодняшнее соотношение, то можно вычислить, сколько времени прошло. К сожалению, определить их не так просто.

Радиоуглеродный анализ: погрешность

Количество 14 С в атмосфере, следовательно, в растениях и животных, не всегда было постоянным. Например, оно варьируется в зависимости от того, сколько космических лучей достигает Земли. Это зависит от солнечной активности и магнитного поля нашей планеты.

К счастью, можно измерить эти колебания в образцах, датированных другими методами. Можно подсчитать годичные кольца деревьев и изменение в них содержания радиоуглерода. Из этих данных можно построить «калибровочную кривую».

В настоящее время ведутся работы по ее расширению и совершенствованию. В 2008 году можно было откалибровать только радиоуглеродные даты до 26000 лет. Сегодня кривая расширена до 50000 лет.

Что можно измерить?

Не все материалы могут быть датированы этим методом. Большинство, если не все, органических соединений позволяют проводить радиоуглеродный анализ. Некоторые неорганические вещества, такие как арагонитовая составляющая раковин, также могут быть датированы, так как при образовании минерала использовался углерод-14.

Материалы, которые были датированы с момента создания метода, включают дерево, ветки, семена, кости, раковины, кожу, торф, ил, почву, волосы, керамику, пыльцу, настенные рисунки, кораллы, остатки крови, ткани, бумагу, пергамент, смолы и воду.

Радиоуглеродный невозможен, если в нем не содержится углерод-14. Исключение составляют изделия из железа, при изготовлении которых используется уголь.

Двойной счет

Из-за этого осложнения радиоуглеродные даты представлены двояко. Некалиброванные замеры подаются числом лет до 1950 года (BP). Калиброванные даты также представлены как до н. э., так и после, а также с помощью единицы calBP (калиброванная до настоящего времени, до 1950 года). Это «наилучшая оценка» фактического возраста образца, но необходимо иметь возможность вернуться к старым данным и откалибровать их, поскольку новые исследования постоянно обновляют калибровочную кривую.

Количество и качество

Вторая трудность состоит в крайне низкой распространенности 14 С. Только 0,0000000001% углерода в современной атмосфере представляет собой 14 C, что причиняет невероятные сложности для измерений и делает его чрезвычайно чувствительным к загрязнениям.

В первые годы радиоуглеродный анализ продуктов распада требовал огромных образцов (например, половины бедренной кости человека). Многие лаборатории теперь используют масс-спектрометр с ускорителем (AMS), который может обнаруживать и измерять присутствие различных изотопов, а также подсчитать количество отдельных атомов углерода-14.

Этот метод требует менее 1 г костной ткани, но лишь немногие страны могут позволить себе больше, чем один или два AMS, стоимость которых превышает 500 тыс. $. Например, Австралия имеет лишь 2 таких прибора, которые способны производить радиоуглеродный анализ, и они недостижимы для большей части развивающегося мира.

Чистота - залог точности

Кроме того, образцы должны быть тщательно очищены от загрязнений углерода из клея и почвы. Это особенно важно для очень старых материалов. Если 1 % элемента в пробе возрастом 50 тыс. лет будет происходить из современного загрязнителя, она будет датирована как сорокатысячелетняя.

По этой причине исследователи постоянно разрабатывают новые методы эффективной очистки материалов. Они могут оказать существенное влияние на результат, который дает радиоуглеродный анализ. Точность метода существенно возросла с развитием нового способа очистки активированным углем ABOx-SC. Это позволило, например, отдалить дату прибытия первых людей в Австралию более чем на 10 тыс. лет.

Радиоуглеродный анализ: критика

Метод, доказывающий, что с момента возникновения Земли прошло гораздо больше 10 тыс. лет, упомянутых в Библии, неоднократно подвергался критике креационистов. Например, они утверждают, что за 50 тыс. лет в образцах не должно остаться углерода-14, но в угле, нефти и природном газе, возраст которых, предположительно составляет миллионы лет, содержатся измеримые количества этого изотопа, что подтверждает радиоуглеродный анализ. при этом больше фоновой радиации, от которой невозможно избавиться в лаборатории. Т. е. образец, в котором не содержится ни одного атома радиоактивного углерода, покажет дату в 50 тыс. лет. Однако этот факт не ставит под сомнение датировку объектов и тем более не свидетельствует о том, что нефть, уголь и природный газ моложе этого возраста.

Также креационисты отмечают некоторые странности радиоуглеродного анализа. Например, датировка пресноводных моллюсков определила их возраст, как превышающий 2000 лет, что, по их мнению, дискредитирует данный метод. На самом деле установлено, что моллюски получают большую часть углерода из известняка и гумуса, содержание 14 C в которых очень низкое, так как эти минералы очень старые и не имеют доступа к углероду воздуха. Радиоуглеродный анализ, точность которого в этом случае можно подвергнуть сомнению, в остальном соответствует действительности. Древесина, например, такой проблемы не имеет, т. к. растения получают углерод прямо из воздуха, который содержит полную дозу 14 C.

Другим аргументом, направленным против метода, является тот факт, что деревья способны образовывать за один год более одного кольца. Это действительно так, но чаще случается так, что они вообще не формируют годичных колец. Остистая сосна, на основе которой проведено большинство измерений, имеет на 5 % колец меньше, чем ее фактический возраст.

Установление даты

Радиоуглеродный анализ - это не только метод, но и захватывающие открытия в нашем прошлом и настоящем. Метод позволил археологам расположить находки в хронологическом порядке без необходимости наличия письменных записей или монет.

В 19 и начале 20 века невероятно терпеливые и осторожные археологи связывали керамику и каменные орудия различных географических районов путем поиска сходства в форме и узорах. Затем, используя идею о том, что стили объектов эволюционировали и становились все более сложными с течением времени, они могли их разместить по порядку.

Таким образом, большие купольные гробницы (известный как толосы) в Греции считались предшественниками подобных структуры на шотландском острове Мейсхау. Это поддерживало идею о том, что классические цивилизации Греции и Рима были в центре всех инноваций.

Однако в результате проведения радиоуглеродных анализов выяснилось, что шотландские гробницы были на тысячи лет старше, чем греческие. Северные варвары были способны проектировать сложные структуры, аналогичные классическим.

Другими известными проектами было отнесение Туринской плащаницы к средневековому периоду, датировка свитков Мертвого моря временем Христа, и несколько спорная периодизация рисунков в возрастом 38 000 calBP (около 32 000 ВР), на тысячи лет раньше, чем ожидалось.

Радиоуглеродный анализ также применялся при определении времени вымирания мамонтов и внес свой вклад в споры по поводу того, встречались ли современные люди и неандертальцы или нет.

Изотоп 14 С используется не только для определения возраста. Метод радиоуглеродного анализа позволяет исследовать циркуляцию океана и проследить движение лекарств по всему телу, но это тема другой статьи.

В последнее время на Городе развернулось множество споров, касающихся таких тем, как альтернативная история, хронология, креационизм и теория эволюции. В ходе споров постоянно всплывает тема "достоверны ли научные/общепринятые доказательства возраста того или иного артефакта, явления, события и т.п".

Поэтому предлагаю вниманию описание радиоуглеродного метода датирования, как одного из самых распространённых для определения возраста артефактов.

Необработанные данные о возрасте, т.е. данные, не подвергшиеся калибровке, обычно называют радиоуглеродными годами "до настоящего времени". В качестве нулевого отсчёта, т.е. "настоящего времени", принято считать 1950 год н.э.

Радиоуглеродный метод датирования был изобретён Виллардом Либби (Willard Libby), профессором Чикогского университета и его коллегами в 1949 году. В 1960 году он получил Нобелевскую премию по химии за своё изобретение.

Суть метода заключается в том, что стабильный изотоп азота (14 N) в атмосфере подвергается действию космических лучей, превращающих его в изотоп углерода 14 C, который имеет период полураспада 5730±40 лет. Живые организмы в процессе жизнедеятельности усваивают атмосферный углерод, накапливая в свох тканях некоторое количество 14 C, который, затем, постепенно распадается (предполагается, что после гибели организма новых поступлений 14 C в ткани нет). Исследователю достаточно знать, сколько в среднем 14 C данный вид организмов накапливает за свою жизнь, и определить, сколько его осталось в тканях - на основании этих данных расчитывается возраст в радиоуглеродных годах.

Одной из первых демонстраций работоспособности и точности метода было измерение возраста древесины из захоронения древнеегипетского фараона, чей возраст был заранее известен из исторических документов.

Физика процесса

Углерод имеет 2 стабильных изотопа - 12 C (98,89%) и 13 С (1,11%). Кроме того, на Земле имеются следовые количества нестабильного изотопа 14 С (0,0000000001%). Данный изотоп имеет период полураспада около 5730 лет, и, таким образом, должен был давно исчезнуть с лица Земли. Однако постоянные потоки космических лучей, бомбардирующих атмосферу Земли, обновляют этот запас. Нейтроны, возникающие при бомбардировке космическими лучами атмосферы, вступают в ядерную реакцию с ядрами атомов азота:

n + 14 7 N → 14 6 C + p

Наибольшее количество 14 С наблюдается в атмосфере на высотах 9 — 15 км и в высоких широтах, откуда он распространяется по всей атмосфере и растворяется в океанах. Для приблизительного анализа считается, что "наработка" 14 С происходит примерно с постоянной скоростью, и содержание 14 С в атмосфере примерно постоянна (600 млрд. атомов 14 С на моль).

Полученный углерод быстро окисляется до 14 СО 2 и в дальнейшем усваивается растениями и микроорганизмами, поступая в дальнейшем в пищевую цепь других организмов. Таким образом, каждый живой организм постоянно получает определённое количество 14 С в течение всей жизни. Как только он погибает, такой обмен прекращается, и накопленный 14 С постепенно распадается в реакции бета-распада:

14 6 C → 14 7 N + e - +v e

Испуская электрон и антинейтрино, 14 С превращается в стабильный азот.

В 1958 году Хессел де Врайс (Hessel de Vries) доказал, что концентрация 14 С в атмосфере может сильно изменяться как в разное время, так и в разных местах. Для более точных измерений эти изменения учитываются в виде калибровочных кривых. На приведённом рисунке приводится динамика изменения концентрации 14 СО2 в атмосфере над Австралией и Новой Зеландией — значительный всплеск обусловлен многочисленными применениями ядерного оружия в атмосфере.

Кроме того, известно, что морские организмы могут получать углерод из растворённых в воде карбонатов, возраст которых может быть весьма значительным — в силу этого в них может наблюдаться "дефицит" изотопа 14 С, что делает радиоуглеродный метод гораздо менее надёжным для данного вида материалов.

Распад 14 С подчиняется экпоненциальному закону. Другими словами, количество атомов, подвергающихся распаду за определённый период, зависит от исходного количества атомов в начале этого периода. Количество оставшихся атомов С после того, как пройдёт время t , будет выражаться формулой:

С = С 0 е -t / T

где С 0 - исходное количество атомов, T — среднее время распада = t 1/2 (время полураспада) * ln2 , e — основание натурального логарифма.

Таким образом, радиоуглеродный возраст t РВ (без поправки на флуктуации количества 14 С) будет выражаться формулой:

t РВ = -t 1/2 * log 2 (C / C 0 )

Измерения и шкалы

Традиционные методы подсчёта оставшегося в образцах материала 14 С основаны на подсчёте количества всё ещё распадающихся атомов (методы газовой и жидкостной сцинтилляции, основанные на прямом подсчёте "вспышек", порождаемых распадами отдельных атомов 14 C в специальных сцинтилляционных камерах, оборудованных датчиками), но они малочувствительны и могут приводить к большим погрешностям при исследовании малых образцов (менее 1 грамма углерода). Так, например, в образце возраста 10 000 лет среднее число распадов будет 4 атома/секунду в одном моле углерода (примерно 30-40 грамм для древесины), что либо слишком мало для получения надёжной статистики, либо требует слишком большого времени (что также может привести к накоплению ошибки за счёт посторонних сцинтилляций) .

Изотопная масс-спектрометрия
в последние годы стала основным инструментом для проведения радиоуглеродного датирования. Данный метод основывается на том, что атомы разных изотопов (и веществ, сосоящих из них) имеют разную массу. Образцы вещества окисляются до образования углекислого газа (остальные оксиды удаляются), затем полученный газ ионизируется и на высокой скорости проходит через магнитную камеру, где заряженные молекулы отклоняются от исходной траектории. Чем больше отклонение - тем легче молекула, и тем меньше в ней 14 С. Подсчитав соотношение слабо отклонившихся и сильно отклонившихся молекул, можно определить, какова концентрация 14 С в образце с высокой точностью. Этот метод позволяет датировать образцы с массой всего несколько миллиграммов в диапазоне до 60 000 лет (данные 2005 года).

Калибровка

Как было неоднократно сказано, данный метод существенным образом зависит от предположения, что содержание 14 С в атмосфере примерно постоянно. Однако на практике это не так. Уровень 14 С зависит от многих факторов. В первую очередь, от интенсивности космического излучения, которая изменяется в зависимости от изменений магнитного поля Земли, на которое, в свою очередь, действуют вспышки на Солнце. Кроме того, баланс 14 C может нарушаться вследствие крупных выбросов в атмосферу углерода из океана (газовый конденсат), вулканической и иной деятельности. Изменения климата и деятельность человечества также могут нарушать данный баланс.

Основными способами калибровки метода, то есть расчёта баланса 14 С в требуемый период, являются сравнения результатов радиоуглеродного метода с другими независимыми методами — дендрохронологией, исследованиями кернов древнего льда, донных отложений, образцов древних кораллов, пещерных отложений и натёков.

На графике калибровки представлена зависимость радиоуглеродного возраста образцов от их возраста, расчитанного по совокупности других методик. Современная (по данным 2004 года) точность калибровки составляет ±16 лет для возрастов до 6 000 лет и не более ±160 лет для возрастов до 26 000 лет.

Однако сейчас (опять же, с известной оговоркой) этот метод можно признать надёжным , тем более, что в мире имеется около 130 независимых лабораторий, выполняющих данное исследование, и постоянно ведутся работы по улучшению калибровки.

Литература

1. Arnold, J. R. and Libby, W. F. (1949) Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age , Science 110, 678-680.
2. Libby, W.F. Radiocarbon dating , 2nd Edition, Chicago, University of Chicago Press, 1955.
3. C. Crowe, Carbon-14 activity during the past 5000 years , Nature , 182, (1958): 470 + опровержения в том же номере: а) K. O. Münnich, H. G. Östlund, and H. de Vries, Nature , 182, (1958): 1432 и б) H. Barker, Nature , 182, (1958): 1433 - в обеих даются доказательства широких изменений уровня 14 С и, соответственно, приводятся расчёты, дающие гораздо меньшие возраста для образцов, представленных C. Crowe.
4. de Vries, H. L. (1958). Variation in Concentration of Radiocarbon with Time and Location on Earth, Proceedings Koninlijke Nederlandse Akademie Wetenschappen B, 61: 94-102; and in Researches in Geochemistry, P. H. Abelson (Ed.) (1959) Wiley, New York, p. 180
5. Aitken, M. J. Physics and Archaeology , New York, Interscience Publishers, 1961.
6. Libby, W.F. Radiocarbon; an Atomic Clock , Annual Science and Humanity journal, 1962.
7. Kovar, A. J. (1966)

Тема методов датирования - одна из важнейших в палеоантропологии, т.к. от точных датировок, а следовательно, от правильного взамного разсположения ископаемых находок на оси времени, зависит понимание ключевых моментов антропогенеза.

В сегодняшнем интервью мы поговорим о наиболее известном "в народе" методе абсолютного датирования - радиоуглеродном анализе.

На вопросы Редактора портала отвечает Булат Фаридович Хасанов, научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН.

Когда впервые был применен метод радиоуглеродного датирования?

Первые радиоуглеродные датировки были получены Уиллардом Либби (Willard Libby) в 1949 году в Чикагском Университете (University of Chicago). Следует подчеркнуть, что это стало возможным благодаря многолетним усилиям довольно большого коллектива, работавшего под руководством У. Либби в различных областях науки. Так, возможность превращения атмосферного азота при его бомбардировке нейтронами в изотоп углерода 14 C была предсказана теоретически ещё в середине 30-ых годов XX века. В лабораторных условиях такая реакция была проведена в 1940 году, примерно в это же время в верхних слоях атмосферы были зарегистрированы нейтроны, рождающиеся под воздействием космического излучения. Таким образом, один из основных принципов радиоуглеродного датирования – 14 C образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей – был сформулирован уже к началу сороковых годов XX века. Дальнейшие работы в этом направлении были прерваны Второй мировой войной, во время которой У. Либби участвовал в Манхэттенском проекте. После войны был измерен период полураспада радиоуглерода и разработаны методы определения его активности в тканях растений и животных. Дело в том, что соотношение 14 C с остальными изотопами углерода в атмосфере составляет всего лишь один из 10 12 атомов. Соответственно и активность, обусловленная радиоуглеродом, тоже очень низка. Так что Нобелевская премия по химии , присуждённая У. Либби в 1960 году, стала знаком признания его заслуг в решении очень широкого круга теоретических и технических задач, связанных с методом радиоуглеродного датирования.

Сильно ли усовершенствован этот метод со времени его введения в практику?

Усовершенствования метода коснулись главным образом двух его составляющих. Во-первых, возраст самых первых образцов был рассчитан, исходя из предположения о постоянстве концентрации 14 C в атмосфере. Сам У. Либби прекрасно осознавал, скажем так, шаткость этого допущения. В качестве объектов первых радиоуглеродных датировок среди прочих использовались древнеегипетские артефакты, возраст которых был определён археологическими методами. Материалы, относившиеся к эпохе Древнего Царства, систематически оказывались моложе, чем ожидалось. Для образцов меньшего возраста такого расхождения не наблюдалось. Это побудило мировое научное сообщество начать широкомасштабные исследования изменений концентрации 14 C в атмосфере. Для этого были проведены многочисленные высокоточные измерения содержания радиоуглерода в древесине, возраст которой был заранее определён дендрохронологическим методом. Подходящие для таких исследований деревья были найдены в нескольких регионах земного шара. На юго-западе США эту роль сыграли знаменитые остистые сосны, самые долгоживущие деревья нашей планеты. В Западной и Центральной Европе была изучена древесина дубов, захороненных в речных и болотных отложениях. Эта работа была начата в 60-ых годах XX века и продолжалась без малого 30 лет. Её результаты позволили реконструировать динамику содержания радиоуглерода в атмосфере за последние 12 тысяч лет, а также показали, что изменения эти на земном шаре происходили синхронно. Теперь данные о содержании 14 C в атмосфере могут быть использованы для коррекции радиоуглеродного возраста с помощью компьютерных программ, находящихся в свободном доступе в Интернет. Более того, такая коррекция необходима для сравнения результатов радиоуглеродного датирования с датировками, полученными другими методами. Для более древних образцов используются аналогичные данные, полученные в результате измерений содержания 14 C в кораллах, возраст которых был определён торий-урановым методом.

Кроме этого, существенный прогресс достигнут в деле измерения содержания радиоуглерода в анализируемых образцах. Как было отмечено выше, радиоактивность даже современных растений и животных, обусловленная 14 C, очень низка. Радиоуглерод образуется в атмосфере со скоростью всего 7,5 кг в год. Только небольшая его часть включается в состав молекул живых организмов. С момента гибели животного или растения концентрация 14 C начинает уменьшаться по экспоненциальному закону: через каждые 5730 лет его становится вдвое меньше. Поэтому измерение активности радиоуглерода материалов, возраст которых предстоит определить, представляет собой сложную техническую задачу. Сам У. Либби использовал модифицированный счётчик Гейгера, позднее были разработаны сцинтилляционные и пропорциональные счётчики для жидкостей и газов соответственно. Во всех этих приборах требуются образцы довольно большого размера , что, естественно, сужает круг доступных для датирования материалов.

Есть, однако, принципиально другой класс приборов, непосредственно измеряющих количество данного изотопа в образце, причём в образце существенно меньшего размера. Называются такие приборы масс-спектрометрами. В них атомы анализируемого образца превращаются в ионы, траектория движения которых в магнитном поле зависит от соотношения их массы и заряда. К сожалению, непосредственно измерить количество 14 C с помощью масс-спектрометра невозможно, так как при ионизации образца образуются обломки молекул (12 CH 2 , 13 CH), обладающие той же массой, причём их количество в десятки тысяч раз превосходит содержание радиоуглерода. Для того чтобы избавиться от этих нежелательных изобар, пучок ионов разгоняется в ускорителе и направляется на специальную мишень, на которой обломки молекул разваливаются. Идея соединения масс-спектрометра с ускорителем была высказана ещё в 70-ых годах XX века, однако её исполнение было сопряжено с большими техническими трудностями, преодолёнными сравнительно недавно. В настоящее время в мире построено несколько десятков ускорительных масс-спектрометров, использующихся для радиоуглеродного датирования.

Какие наиболее известные датировки получены с помощью радиоуглеродного датирования?

Наверное, наибольшей известностью пользуется Туринская плащаница . Широко известно, что датировки проводились на ускорительных масс-спектрометрах в трёх известнейших лабораториях (в Оксфорде, Цюрихе и Туссоне), получивших сходные результаты: с вероятностью 95 % материал плащаницы был сделан в интервале от 1260 до 1390 года . Значительно менее известно, что наряду с образцами плащаницы, в лабораториях анализировались три других образца тканей (плащ Людовика IX, сделанный между 1240 и 1270 гг, саван из египетского погребения, сотканный около 1100 года, и ткань, укутывавшая египетскую мумию, датируемую приблизительно 200 годом). Во всех трёх случаях полученные в лабораториях датировки совпали с исходными данными.

Среди наиболее известных артефактов, возраст которых был определён радиоуглеродным методом, следует упомянуть Кумранские свитки и несколько ранних рукописей Корана. Во всех этих случаях датировки подтвердили аутентичность документов.

Большую известность приобрёл Тирольский ледяной человек или Эци (?tzi), мумия, обнаруженная в леднике на севере Италии в 1991 году. Идеальная сохранность мумии позволила провести множество исследований, касающихся антропологических и исторических вопросов. Радиоуглеродное датирование показало, что Эци жил 3300 - 3000 лет до н. э. Отметим, что в вечной мерзлоте Сибири и Аляски было найдено несколько почти целых мумий мамонтов, бизонов, лошадей и даже один суслик. Все эти находки сразу же становились объектами комплексного изучения зоологов, ботаников, генетиков и, конечно же, специалистов в области радиоуглеродного датирования.

Важно привести и пример другого рода, когда предметом датирования становится не отдельный артефакт или уникальная находка, а крупномасштабное событие. Таким было извержение вулкана на острове Терра или Санторини. Возможно, что отголоски этого извержения попали в Библию под видом казней египетских. Традиционно, это событие относится к 1500 году до н. э. Однако анализ многочисленных (более 150) радиоуглеродных датировок разнообразных материалов из восточного Средиземноморья, ассоциированных со следами извержения и вызванного им цунами, включая и ветвь оливы, погребённую непосредственно пеплом, отодвигает дату более чем на сто лет назад, в конец XVII века до н. э.

Каковы основные ограничения метода радиоуглеродного датирования? Какие трудности связаны с его использованием и каковы пути их преодоления?

Основные ограничения метода обусловлены происхождением датируемых материалов и временным диапазоном, в котором он действует. Любой радиометрический метод определения возраста работает как часы. Представьте себе, что вы заводите механические часы, с этого момента, покуда не кончится завод, они будут показывать правильное время. В случае радиоуглеродного датирования нам нужен материал, который до некоторого времени обменивается углеродом с окружающей средой. Необходимо, чтобы после определённого момента этот обмен прекратился, тогда естественный распад 14 C будет мерой времени, прошедшего с момента прекращения обмена. Идеально подходят под эти условия все живые организмы: до момента гибели концентрация радиоуглерода в них соответствует концентрации этого изотопа в атмосфере. Потом обмен прекращается, и часы начинают работать. Таким образом, радиоуглеродная датировка определяет время гибели организма, и это тоже одно из ограничений метода - представьте себе артефакт, сделанный из чего-то, имеющего растительное (например, ткань или дерево) или животное (скажем, кость) происхождение и передававшийся из поколения в поколение. Радиоуглеродная датировка покажет время гибели растения или животного, а не время сооружения памятника, в котором этот артефакт был найден! Эту особенность метода хорошо понимают эксперты-искусствоведы, для которых датировка доски или холста не служит окончательным подтверждением подлинности иконы или картины.

Помимо объектов органического мира только немногие довольно экзотические материалы могут быть использованы для радиоуглеродного датирования. Например, при строительстве домов и крепостей широко использовалась негашёная известь (CaO). Соединясь с водой и атмосферным углекислым газом она превращается в карбонат кальция, прочно скрепляя камни. В этом случае обмен с атмосферным углекислым газом прекращается после затвердения строительного раствора, что позволяет определить время возведения данного строения.

Что касается временного диапазона, то «завод» радиометрических часов кончается после 13 периодов полураспада данного изотопа, что в случае радиоуглеродного метода составляет около 70 тысяч лет. Следует отметить, что каким бы способом не измерялось содержание 14 C, для образцов возрастом менее 300 лет неопределённость измерений будет довольно велика, поэтому в таких случаях этот метод как правило не используется. Исключение составляют образцы, относящиеся ко второй половине XX века. В результате наземных ядерных испытаний содержание 14 C в атмосфере увеличилось почти вдвое. Это позволяет отличить, скажем, вино или виски 1963 года от более молодых аналогов.

Что касается трудностей метода на современном этапе его развития, то одна из основных связана с датированием остатков морских организмов . Дело в том, что океан представляет собой огромный резервуар углекислого газа, обменивающийся с атмосферой довольно медленно. Из-за этого в морской воде содержится как современный углекислый газ, так и газ, попавший туда тысячи лет назад. Поэтому все живущие в океане организмы имеют так сказать мнимый возраст. Моделирование процессов газообмена между океаном и атмосферой предсказывает, что этот мнимый возраст должен составлять 400 лет. Однако разнообразие локальных условий (распределение глубин, характер течений и т. п.) приводят порой к значительным изменениям этой величины. Скажем организмы, обитающие в Беринговом море, оказываются старше своего истинного возраста приблизительно на 700 лет. В настоящее время эта проблема активно исследуется, и можно предположить, что через несколько лет у нас будет возможность вводить соответствующие поправки.

Продолжение следует...

Влияние выброса ископаемого углерода

См. также

Литература

• Герасимов И. П. Радиоуглеродные исследования Радиометрической лаборатории Института географии АН СССР: Сообщ. 1-5: // Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода . Сообщ. 1: 1975. № 44. С. 154-159; Сообщ. 2: 1976. № 46. С. 185-189; Сообщ. 3: 1979. № 49. С. 179-187; Сообщ. 4: 1980. № 50. С. 206-213; Сообщ. 5: 1983. № 52. С. 205-211.
• Вагнер Г. А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории: Учебник. - М. : Техносфера, 2006. - 534 с. - ISBN 5-94836-037-7 .
• Короновский Н. В. Общая геология: Учебник. - 2-е изд. - М. : Издательство «КДУ», 2010. - С. 122-124. - 526 с. - ISBN 978-5-98227-682-7 .
• * L. Currie «The Remarkable Metrological History of Radiocarbon Dating II» . J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 109 (2004) 185-217.

Примечания

1. Godwin, H. (1962). “Half-life of radiocarbon”. Nature . 195 (4845): 984. Bibcode :