Критика радиоуглеродного метода датирования. Радиоуглеродный анализ

Физические основания

Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде стабильных 12 C и 13 C и радиоактивного 14 C. Изотоп 14 C постоянно образуется в под действием (главным образом, но и излучения от земных источников тоже). Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере в одно и то же время в одном и том же месте одинаково, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене и получают углерод из окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом. В живом организме удельная активность 14 C равна примерно 0,3 распада в секунду на грамм углерода, что соответствует изотопному содержанию 14 C около 10 −10 %.

С гибелью организма углеродный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный (14 C) испытывает с 5568±30 лет, в результате его содержание в останках постепенно уменьшается. Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме и измерив их текущее соотношение в биологическом материале, можно определить, сколько углерода-14 распалось и, таким образом, установить время, прошедшее с момента гибели организма.

Применение

Для определения возраста из фрагмента исследуемого образца выделяется углерод (путём сжигания фрагмента), для выделенного углерода производится измерение радиоактивности, на основании этого определяется соотношение изотопов, которое и показывает возраст образца. Образец углерода для измерения активности обычно вводится в газ, которым наполняется пропорциональный счётчик, либо в жидкий . В последнее время для очень малых содержаний 14 C и/или очень малых масс образцов (несколько мг) используется ускорительная масс-спектрометрия, позволяющая прямо определять содержание 14 C. Предельный возраст образца, который может быть определён радиоуглеродным методом - около 60 000 лет, т. е. около 10 периодов полураспада 14 C. За это время содержание 14 C уменьшается примерно в 1000 раз (около 1 распада в час на грамм углерода).

Измерение возраста предмета радиоуглеродным методом возможно только тогда, когда соотношение изотопов в образце не было нарушено за время его существования, то есть образец не был загрязнён углеродосодержащими материалами более позднего происхождения, радиоактивными веществами и не подвергался действию сильных источников радиации. Определение возраста таких загрязнённых образцов может дать огромные ошибки. Так, например, описан случай, когда тестовое определение по траве, сорванной в день анализа, дало возраст порядка миллионов лет, из-за того, что трава была сорвана на газоне вблизи автодороги с постоянным сильным движением, и оказалась сильно загрязнена веществами выхлопных газов. За прошедшие с момента разработки метода десятилетия накоплен большой опыт в выявлении загрязнений и в очистке от них образцов. Погрешность метода в настоящее время, как считается, находится в пределах от семидесяти до трёхсот лет.

Один из наиболее известных случаев применения радиоуглеродного метода - исследование фрагментов (христианской святыни, якобы хранящей на себе следы тела распятого ), проведённый в году, одновременно в нескольких лабораториях . Радиоуглеродный анализ позволил датировать плащаницу периодом - веков.

Калибровка

Исходные предположения Либби, на которых строилась идея метода, заключались в том, что соотношение изотопов углерода в атмосфере во времени и пространстве не меняется, а содержание изотопов в живых организмах в точности соответствует текущему состоянию атмосферы. В настоящее время твёрдо установлено, что все эти предположения могут быть приняты лишь приблизительно. Содержание изотопа 14 C зависит от радиационной обстановки, которая меняется во времени из-за колебания уровня космических лучей и активности , и в пространстве, вследствие неодинакового распространения радиоактивных веществ на поверхности Земли и событий, связанных с радиоактивными материалами (так, например, в настоящее время в образование изотопа 14 C до сих пор вносят свой вклад радиоактивные материалы, которые образовались и были рассеяны при испытаниях в атмосфере в середине века). В последние десятилетия вследствие сжигания ископаемого топлива, в котором 14 C практически отсутствует, атмосферное содержание этого изотопа снижается. Таким образом, принятие некоторого соотношения изотопов за постоянное способно породить значительные ошибки (порядка тысячелетий). Кроме того, исследования показали, что некоторые процессы в живых организмах приводят к избыточному накоплению радиоактивного изотопа углерода, что нарушает естественное соотношение изотопов. Понимание процессов, связанных с углеродным обменом в природе и влияния этих процессов на соотношение изотопов в биологических объектах было достигнуто не сразу.

В результате радиоуглеродные датировки, производившиеся 30-40 лет назад часто оказывались весьма неточными. В частности, проведённая тогда проверка метода по ныне живущим деревьям возрастом в несколько тысяч лет показала значительные отклонения для образцов древесины возрастом свыше 1000 лет.

В настоящее время для правильного применения метода произведена тщательная калибровка, учитывающая изменение соотношения изотопов для различных эпох и географических регионов, а также учёт специфики накопления радиоактивных изотопов в живых существах и растениях. Для калибровки метода используется определение соотношения изотопов для предметов, абсолютная датировка которых заведомо известна. Одним из источников калибровочных данных является . Также проведены сопоставления определения возраста образцов радиоуглеродным методом с результатами других изотопных методов датирования. Стандартная кривая, используемая для пересчёта измеренного радиоуглеродного возраста образца в абсолютный возраст, приведена здесь: .

Можно констатировать, что в своём современном виде на историческом интервале (от десятков лет до 60-70 тысяч лет в прошлое) радиоуглеродный метод можно считать достаточно надёжным и качественно откалиброванным независимым методом датирования предметов биологического происхождения.

Критика метода

Физические основания

Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов 12 C и 13 C и радиоактивного 14 C. Изотоп 14 C постоянно образуется в атмосфере под действием радиации (главным образом, космических лучей , но и излучения от земных источников тоже). Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере в одно и то же время в одном и том же месте одинаково, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене и получают углерод из окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом. В живом организме удельная активность 14 C равна примерно 0,3 распада в секунду на грамм углерода, что соответствует изотопному содержанию 14 C около 10 −10 %.

С гибелью организма углеродный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный (14 C) испытывает бета-распад с периодом полураспада 5568±30 лет (по новым уточнённым данным - 5730±40 лет), в результате его содержание в останках постепенно уменьшается. Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме и измерив их текущее соотношение в биологическом материале, можно определить, сколько углерода-14 распалось и, таким образом, установить время, прошедшее с момента гибели организма.

Применение

Для определения возраста из фрагмента исследуемого образца выделяется углерод (путём сжигания фрагмента), для выделенного углерода производится измерение радиоактивности, на основании этого определяется соотношение изотопов, которое и показывает возраст образца. Образец углерода для измерения активности обычно вводится в газ, которым наполняется пропорциональный счётчик, либо в жидкий сцинтиллятор . В последнее время для очень малых содержаний 14 C и/или очень малых масс образцов (несколько мг) используется ускорительная масс-спектрометрия, позволяющая прямо определять содержание 14 C. Предельный возраст образца, который может быть определён радиоуглеродным методом - около 60 000 лет, т. е. около 10 периодов полураспада 14 C. За это время содержание 14 C уменьшается примерно в 1000 раз (около 1 распада в час на грамм углерода).

Измерение возраста предмета радиоуглеродным методом возможно только тогда, когда соотношение изотопов в образце не было нарушено за время его существования, то есть образец не был загрязнён углеродосодержащими материалами более позднего или более раннего происхождения, радиоактивными веществами и не подвергался действию сильных источников радиации. Определение возраста таких загрязнённых образцов может дать огромные ошибки. Так, например, описан случай, когда тестовое определение по траве, сорванной в день анализа, дало возраст порядка миллионов лет, из-за того, что трава была сорвана на газоне вблизи автодороги с постоянным сильным движением и оказалась сильно загрязнена "ископаемым" углеродом из выхлопных газов (сгоревших нефтепродуктов). За прошедшие с момента разработки метода десятилетия накоплен большой опыт в выявлении загрязнений и в очистке от них образцов. Погрешность метода в настоящее время, как считается, находится в пределах от семидесяти до трёхсот лет.

Один из наиболее известных случаев применения радиоуглеродного метода - исследование фрагментов Туринской плащаницы (христианской святыни, якобы хранящей на себе следы тела распятого Христа), проведённое в году, одновременно в нескольких лабораториях слепым методом . Радиоуглеродный анализ позволил датировать плащаницу периодом -XIII веков.

Калибровка

Исходные предположения Либби, на которых строилась идея метода, заключались в том, что соотношение изотопов углерода в атмосфере во времени и пространстве не меняется, а содержание изотопов в живых организмах в точности соответствует текущему состоянию атмосферы. В настоящее время твёрдо установлено, что все эти предположения могут быть приняты лишь приблизительно. Содержание изотопа 14 C зависит от радиационной обстановки, которая меняется во времени из-за колебания уровня космических лучей и активности Солнца , и в пространстве, вследствие неодинакового распространения радиоактивных веществ на поверхности Земли и событий, связанных с радиоактивными материалами (так, например, в настоящее время в образование изотопа 14 C до сих пор вносят свой вклад радиоактивные материалы, которые образовались и были рассеяны при испытаниях ядерного оружия в атмосфере в середине века). В последние десятилетия вследствие сжигания ископаемого топлива, в котором 14 C практически отсутствует, атмосферное содержание этого изотопа снижается. Таким образом, принятие некоторого соотношения изотопов за постоянное способно породить значительные ошибки (порядка тысячелетий). Кроме того, исследования показали, что некоторые процессы в живых организмах приводят к избыточному накоплению радиоактивного изотопа углерода, что нарушает естественное соотношение изотопов. Понимание процессов, связанных с углеродным обменом в природе и влияния этих процессов на соотношение изотопов в биологических объектах было достигнуто не сразу.

В результате радиоуглеродные датировки, производившиеся 30-40 лет назад, часто оказывались весьма неточными. В частности, проведённая тогда проверка метода по ныне живущим деревьям возрастом в несколько тысяч лет показала значительные отклонения для образцов древесины возрастом свыше 1000 лет.

В настоящее время для правильного применения метода произведена тщательная калибровка, учитывающая изменение соотношения изотопов для различных эпох и географических регионов, а также учёт специфики накопления радиоактивных изотопов в живых существах и растениях. Для калибровки метода используется определение соотношения изотопов для предметов, абсолютная датировка которых заведомо известна. Одним из источников калибровочных данных является дендрохронология . Также проведены сопоставления определения возраста образцов радиоуглеродным методом с результатами других изотопных методов датирования. Стандартная кривая, используемая для пересчёта измеренного радиоуглеродного возраста образца в абсолютный возраст, приведена здесь: .

Критика метода

Несмотря на то, что радиоуглеродное датирование уже давно вошло в научную практику и достаточно широко используется, высказывается и критика этого метода, ставящая под сомнение как отдельные случаи его применения, так и теоретические основания метода в целом. Как правило, радиоуглеродный метод критикуется сторонниками креационизма , «Новой хронологии » и других теорий, не признанных научным сообществом . Основные возражения против радиоуглеродного датирования приведены в статье Критика естественно-научных методов в «Новой хронологии» Фоменко . Часто критика радиоуглеродного анализа основывается на состоянии методологии в 1960-х годах, когда метод ещё не был надёжно откалиброван.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Радиоуглеродный метод" в других словарях:

Метод использования радиоактивного углерода 14С для лечения живых организмов с целью изучения различных механизмов, физиологических процессов (например, обмена веществ), измерения продуктивности в экосистемах и др. См. также Углерод 14С.… … Экологический словарь

Радиоуглеродный метод - (англ. radiocarbon). Углерод 14 радиоактивный изотоп, который образуется в атмосфере под действием космической радиации. Он действует как обычный углерод (12C), входящий в органическое вещество всего живого. Пропорции радиоактивного и… … Археологический словарь

Изменение атмосферной концентрации радиоуглерода 14C, вызванное ядерными испытаниями. Синим показана естественная концентрация Радиоуглеродный анализ разнов … Википедия

Предложен Либби (Libby, 1949) для молодых образований; основах на распаде радиоуглерода С14, образующегося в верхних слоях атмосферы (см. Обменный резервуар) при взаимодействия нейтронов космического излучения с ядрами атмосферного aзота по… … Геологическая энциклопедия

- (от греч. methodos путь, способ исследования, обучения, изложения) совокупность приемов и операций познания и практической деятельности; способ достижения определенных результатов в познании и практике. Применение того или иного М. определяется… … Философская энциклопедия

- (см. радио... + карбо...) радиоуглеродный метод метод датировки по измерению содержания радиоактивного изотопа углерода (с 14) в остатках живых организмов. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, 2009 … Словарь иностранных слов русского языка

лихенометрический метод в селеведении - licheometry of mudflows ЛИХЕНОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД В СЕЛЕВЕДЕНИИ метод определения абсолютного возраста селевых отложений по данным о максимальных диаметрах некоторых видов накипных лишайников. Основан на том факте, что радиальный прирост лишайников … Селевые явления. Терминологический словарь

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

Радиоуглеродное датирование, часть 1

Радиоуглеродное датирование, часть 2

Радиоизотопное датирование: надежны ли основы методики?

Туринская плащаница - радиоуглеродный анализ

Антикитерский механизм правда и вымысел

Субтитры

В этом видео я хотел бы остановиться, во-первых, на том, как появляется углерод-14 и как он проникает во все живое. А затем, либо в этом, либо в следующих видео, мы поговорим о том, как его используют для датирования, то есть, как с его помощью можно обнаружить, что этой кости 12 000 лет, или что этот человек умер 18 000 лет назад - все, что угодно. Нарисуем Землю. Это поверхность Земли. Точнее, лишь малая ее часть. Потом идет атмосфера Земли. Я нарисую ее желтым. Вот здесь у нас атмосфера. Подпишем ее. И 78% - самый распространенный элемент в нашей атмосфере - азот. Здесь 78% азота. Я запишу: «азот». Его обозначение - это N. В нем 7 протонов и 7 нейтронов. Так что атомная масса равна примерно 14. А самый распространенный изотоп азота… Мы разбираем понятие изотопа в видео по химии. В изотопе протоны определяют, какой это элемент. Но вот этот номер может меняться в зависимости от имеющегося числа нейтронов. Отличающиеся таким образом варианты данного элемента называются изотопами. Я представляю себе это как версии одного элемента. В любом случае, у нас есть атмосфера, а также исходящее от нашего солнца так называемое космическое излучение, но, фактически, это не излучение. Это космические частицы. Можно рассматривать их как одиночные протоны, что то же самое, что и ядра водорода. Это также могут быть альфа-частицы, что то же самое, что и ядра гелия. Иногда бывают также электроны. Они прилетают, потом сталкиваются с составляющими нашей атмосферы и, по сути, формируют нейтроны. Итак, образуются нейтроны. Обозначим нейтрон малой буквой n, тогда 1 - его массовое число. Мы ничего не пишем, потому что здесь нет протонов. В отличие от азота, где было 7 протонов. Так что это, строго говоря, не элемент. А субатомная частица. Так вот, формируются нейтроны. И время от времени… Скажем прямо, это не похоже на типичную реакцию. Но время от времени один из этих нейтронов сталкивается определенным образом с атомом азота-14. Выбивает один из протонов азота и, по сути, сам встает на его место. Сейчас объясню. Он выбивает один из протонов. Теперь вместо семи протонов у нас получится 6. Но этот номер 14 не сменится на 13, потому что произошла замена. Так что здесь останется 14. Но теперь, так как здесь всего 6 протонов, это уже, по определению, не азот. Теперь это углерод. А тот протон, который был выбит, будет излучен. Я изображу это другим цветом. Здесь плюс. Протон, испущенный в пространство… Можно называть его водородом 1. Каким-то образом он может притянуть электрон. Если он не получит электрон, это просто будет ион водорода, положительный ион, в любом случае, или ядро водорода. Данный процесс - не типичное явление, но оно случается время от времени - именно так образуется углерод-14. Так что вот здесь углерод-14. По сути, вы можете рассматривать это как азот-14, где один из протонов заменен нейтроном. Интересно то, что он постоянно образуется в нашей атмосфере, не в огромных количествах, но в заметных. Запишу это. Постоянное формирование. Хорошо. Теперь… Я хочу, чтобы вам было понятно. Посмотрим на периодическую таблицу. По определению у углерода 6 протонов, но типичный, самый распространенный изотоп углерода - это углерод-12. Углерод-12 наиболее распространен. Большая часть углерода в нашем теле - это углерод-12. Но интересно то, что там образуется малая доля углерода-14, а затем этот углерод-14 может соединиться с кислородом и образовывать диоксид углерода. Затем диоксид углерода поглощается атмосферой и океаном. Его могут захватить растения. Когда говорят о связывании углерода, фактически, имеют в виду использование энергии солнечного света для захвата газообразного углерода и превращения его в органическую ткань. Так что углерод-14 образуется постоянно. Он проникает в океаны, он в воздухе. Смешивается со всей атмосферой. Запишем: океаны, воздух. А затем попадает в растения. Растения, фактически, состоят из этого связанного углерода, который был захвачен в газообразной форме и переведен, можно так сказать, в твердую форму, в живую ткань. Например, из этого состоит древесина. Углерод встраивается в растения, а потом оказывается в тех, кто ест растения. Это можем быть мы. Почему это интересно? Я уже объяснил механизм, даже если углерод-12 - самый распространённый изотоп, частично наше тело, за время жизни накапливает и углерод-14. Интересно то, что вы можете получать этот углерод-14 только пока живёте и пока поглощаете пищу. Потому что как только вы умираете и вас хоронят под землёй, углерод-14 больше никак не может становиться частью ваших тканей, потому что вы больше не едите ничего содержащего углерод-14. И как только вы умираете, вы больше не получаете пополнения углерода-14. И тот углерод-14, который у вас был в момент смерти, будет распадаться путём β-распада - мы это уже изучали - обратно в азот-14. То есть процесс идёт вспять. Итак, он распадётся до азота-14, и в β-распаде выделяется электрон и анти-нейтрино. Я сейчас не буду вдаваться в детали. По сути, вот, что здесь происходит. Один из нейтронов превращается в протон, и в процессе реакции испускает вот это. Почему это интересно? Как я сказал, пока вы живёте, происходит поступление углерода-14. Углерод-14 постоянно распадается. Но как только вас не станет и вы больше не будете потреблять растения, или дышать в атмосфере, если вы сами - растение, захватывать углерод из воздуха - что и касается растений… Когда растение умирает, оно больше не потребляет из атмосферы диоксид углерода и не встраивает его в ткани. Углерод-14 в этой ткани «замораживается». Затем происходит его распад с определённой скоростью. Потом ее можно использовать для определения того, как давно умерло существо. Скорость, с которой это происходит, скорость распада углерода-14 до исчезновения его половины или распада наполовину примерно 5 730 лет. Это называется периодом полураспада. Мы говорим об этом в других видео. Это называется периодом полураспада. Я хочу, чтобы вам это было понятно. Неизвестно, которая из половин исчезла. Это вероятностное понятие. Вы лишь можете предположить, что весь углерод-14 слева распадётся, а весь углерод-14 справа не распадётся в течение этих 5 730 лет. По сути, это значит, что любой из данных атомов углерода-14 имеет 50-процентный шанс распасться до азота-14 в течение 5 730 лет. То есть через 5 730 лет примерно половина из них распадётся. Почему это важно? Если вы знаете, что все живые существа имеют определённую долю углерода-14 в своих тканях как часть составляющих их веществ, и затем находите какую-либо кость… Допустим, вот вы нашли кость во время археологических раскопок. Вы скажете, что эта кость имеет половину углерода-14 по сравнению с живыми существами вокруг вас. Было бы совершенно разумно предположить, что этой кости должно быть 5 730 лет. Ещё лучше, если вы копнете ещё глубже и найдёте ещё одну кость. Может, на пару футов глубже. И обнаружите, что в ней содержится 1/4 углерода-14 от того, что можно было бы найти в живом существе. Тогда сколько ему лет? Если в ней всего 1/4 углерода-14, он прошёл через 2 полураспада. После одного полураспада у него осталось бы 1/2 углерода. Затем, после второго полураспада, половина от этого также превратится в азот-14. Так что здесь произошло 2 периода полураспада, что дает 2 раза по 5 730 лет. Каков будет вывод о возрасте предмета? Плюс-минус 11 460 лет. Subtitles by the Amara.org community

Физические основания

В 2015 году учёные из Имперского колледжа Лондона подсчитали, что дальнейшее использование углеводородов сведёт на нет радиоуглеродный метод.

Радиоуглеродный (РУ) метод датирования был изобретён американским химиком Уилардом Либби в 1946 году, в 1960 году Либби стал Нобелевским лауреатом по химии за обоснование этого метода и его применение. РУ-метод заключается в измерении процентного содержания радиоактивного изотопа углерода С14 в органике и расчётах возраста органики на этом основании. Изначально идея Либби опиралась на следующие

гипотезы:

1. С14 образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей, затем перемешивается в атмосфере, входя в состав углекислого газа. Предполагалось, что процентное содержание С14 в атмосфере является постоянным и не зависит от времени и места, несмотря на неоднородность самой атмосферы и распад изотопов.
2. Скорость радиоактивного распада является постоянной величиной, измеряемой периодом полураспада в 5568 лет (предполагается, что за это время половина изотопов С14 превращается в С12).
3. Животные и растительные организмы строят свои тела из углекислоты, добываемой из атмосферы, и при этом живые клетки содержат тот же процент изотопа С14, что находится в атмосфере.
4. По смерти организма, его клетки выходят из цикла углеродного обмена, поэтому изотопы углерода С14 по экспоненциальному закону радиоактивного распада превращаются в стабильный изотоп С12. Что и позволяет расчитать время, прошедшее со времени смерти организма. Это время называется «радиоуглеродным возрастом».

У этой теории, по мере накопления материала, стали появляться контрпримеры: недавно умершие организмы внезапно получались очень древними, или напротив - могли содержали столь огромное количество изотопа, что получали отрицательный РУ-возраст. Некоторые заведомо древние предметы имели молодой РУ-возраст (такие артефакты объявлялись поздними подделками). В итоге оказалось, что РУ-возраст далеко не всегда совпадает с истинным возрастом, в том случае, когда истинный возраст можно проверить. Но РУ-метод применяется в основном для датирования органических предметов неизвестного возраста, тем самым эти даты могут и не иметь независимой проверки. Получаемые парадоксы можно объяснить следующими недостатками теории Либби (эти и иные факторы проанализированы в книге М.М. Постникова «Критическое исследование хронологии древнего мира, в 3-х томах»,- М.: Крафт+Леан, 2000, в томе 1, стр. 311-318, написанной в 1978 году):

1) Непостоянство, неравномерность процентного содержания С14 в атмосфере, его неоднородное распределение. Содержание С14 зависит от космического фактора (интенсивность солнечного излучения) и земного (поступление в атмосферу «старого» углерода из-за горения или гниения древней органики, возникновения новых источников радиоактивности, колебаний магнитного поля Земли). Изменение этого параметра на 20% влечёт ошибку в РУ-возрасте почти в 2 тысячи лет.
2) Скорость радиоактивного распада изотопов не является постоянной, - действительно, со времён Либби период полураспада С14 по официальным справочникам «изменился» на сотню лет, то есть,- на пару процентов (этому соответствует изменение РУ-возраста на полторы сотни лет). По всей видимости, значение этого периода значительно (в пределах нескольких процентов) зависит от экспериментов, в которых он определяется. А, возможно, зависит от каких-то внешних условий, полей и сил.
3) Изотопы углерода не являются вполне химически эквивалентными, и поэтому клеточные мембраны могут использовать их избирательно: некоторые абсорбировать С14, некоторые - наоборот, избегать его. Поскольку процентное содержание С14 ничтожно (один атом С14 к 10 миллиардам атомов С12), даже незначительная избирательность клетки в изотопном отношении повлечёт большое изменение РУ-возраста (колебание на 10% приводит к ошибке примерно 600 лет).
4) По смерти организма, его ткани не выходят из углеродного обмена, участвуя в процессах гниения и диффузии.

Со времени Либби физики-радиоуглеродчики научились очень точно определять содержание изотопа в образце, заявляют даже, что они способны пересчитать отдельные атомы изотопа. Разумеется, такой подсчёт возможен только для небольшого образца органической ткани, но в этом случае возникает вопрос - насколько точно этот небольшой образец представляет весь предмет? Насколько однородно содержание изотопа в нём? Ведь ошибки в несколько процентов приводят с столетним изменениям РУ-возраста.

Калибровочная шкала С14.

Признав существенное непостоянство содержание С14 в атмосфере, физики-радиоуглеродчики примерно с 70-х годов стали строить, т.н. «калибровочные шкалы» изотопа С14: по распределению изотопа в кольцах долгоживущих деревьев (американских секвой тысячелетнего возраста) было экстраполировано содержание изотопа в атмосфере за последние несколько тысяч лет. Такая шкала имеет определённый смысл для того региона, где она составлялась, но перенос её в другие регионы, на другие континенты является малообоснованным, и, скорее всего, ошибочным.
Попытки построения аналогичных шкал по короткоживущим деревьям Европы порождает иную проблему: РУ-шкала оказывается привязанной к дендрошкале региона, составленной, как указано выше, ещё менее надёжно. В итоге получается, что РУ-шкалу привязывают к произвольной и ошибочной дендрошкале, а последнюю обосновывают ссылкой на согласие с РУ-шкалой: и слепой ведёт слепого. Такого рода аргументы любят повторять российские археологи из школы Колчина.
Калибровочная шкала С14 испытывает значительную вариацию своих значений. Это привело к тому, что теперь для определения РУ-возраста радиоуглеродчикам необходимо знать интервал поиска необходимой даты, поскольку нужные значения содержания изотопа теперь могут располагаться во всех исторических тысячелетиях. Этот интервал берётся из априорных указаний традиционных историков: историки указывают подозрительный век - радиоуглеродчики выдают историкам «точную» дату, в других веках даты были бы иными. Процесс получения иных датировок на том же материале проиллюстрировал А.М. Тюрин <2>.

Все эти новшества РУ-метода пытаются снять влияние фактора 1), из предыдущих, а прочие - учёту не поддаются. В итоге, получается так, что радиоуглеродные датировки являются не более надёжными или научными, чем датировка «на глазок», по «стилю эпохи», но они используются для создания впечатления о научности традиционной хронологии, созданной средневековыми астрологами и богословами. Иной раз от историков приходится слышать даже заявления о том, что РУ-методом датированы античные монеты! Но даже если бы эти монеты были чугунными и содержали бы достаточное количество углерода, то РУ-датирование должно было бы показать не время изготовления монеты, а возраст руды (многие сотни тысяч лет). Следует думать, что многие ссылки на РУ-датирование являются таким же обманом научного мира.

Литература
1. Постников М.М. «Критическое исследование хронологии древнего мира, в 3-х томах, 1978 года»,- М.: Крафт+Леан, 2000, том 1, стр. 311-318.
2. Статьи А.М. Тюрина в Альманахе НХ №3:

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...