«Биология отрицает законы математики: при делении происходит умножение» Валерий Красовский
Важным методом палеонтологии является метод радиоуглеродного датирования. Для чего используется этот метод? Что лежит в его основе? Почему для датирования остатков и окаменелостей используется элемент углерод?
- Метод применяется для определения возраста ископаемых остатков.
- В основе метода лежит явление естественной радиоактивности одного из изотопов углерода.
- Радиоактивный углерод накапливается в течение жизни организма.
- После смерти организма радиоактивный изотоп углерода распадается (а нерадиоактивный нет).
- По изменению соотношения радиоактивного и стабильного изотопов углерода можно определить возраст остатков.
Просмотров: 5262
Последние обновления
Последние видео:
Подписывайся на обновления, обсуждай вопросы в соцсетях
Углерод
необходим для органических объектов, на нем основана вся жизнь на Земле. Если бы
не дружественность углерода, простая органическая материя не смогла бы развиться,
чтобы достичь необычайной, непостижимой сложности, которой она может
похвастаться: сложности разработки системы ощущения, дыхания, переваривания,
выделения, и даже система мышления.
Как и большинство химических элементов, углерод имеет изотоп, причем, он радиоактивен. Измерение количества этого радиоактивного углерода в органическом веществе позволяет нам определить его возраст; такой метод называется радиоактивным углеродным датированием или, проще говоря, углеродным датированием.
Радиоуглеродное датирование — это система для определения возраста объекта, использующая для содержания природного материала свойства радиоактивного изотопа углерода(С14).
Система была создана Уиллардом Либби(за которую он получил Нобелевскую премию) в конце 1940-х годов и вскоре превратилась в стандартный инструмент для археологов.
Углерод-14
У углерода есть брат-близнец, о котором мало кто знает. Наша планета постоянно подвергается воздействию высокоэнергетических космических лучей, выбрасываемых Солнцем. Эти лучи, которые изобилуют нейтронами, реагируют с азотом в нашей атмосфере с образованием атомов углерода-14 или C-14, изотопа углерода-12 или C-12.
Углерод C-12 и его изотоп обладают одинаковыми электронными свойствами, но разными физическими свойствами. Это происходит потому, что оба элемента содержат одинаковое количество протонов и электронов, но разное количество нейтронов. Затем близнецов идентифицируют по разным обозначениям, выделяя количество нейтронов, которое добавляется к символу элемента: C-12 имеет 12 нейтронов, а C-14 — 14 нейтронов; оба, однако, имеют по 6 протонов и электронов.
Ключевыми особенностями C-14 являются то, что он радиоактивен, а значит нестабилен, что заставляет его испускать частицы и, следовательно, со временем распадаться.
Принцип углеродного датирования
Радиоактивный углерод реагирует с кислородом(O2) в атмосфере с образованием радиоактивного диоксида углерода. Этот радиоактивный CO2 вдыхается и накапливается растениями, которые потребляются травоядными животными, на которых охотятся плотоядные или всеядные, например, люди. Следовательно, углеродное содержание каждого организма в атмосфере состоит в основном из атомов C-12 и небольшого количества атомов C-14. Организмы, потребляя углерод, также выделяют его на выдохе.
Транзакция, или цикл производства потребления и выделения атомов C-14 происходит таким образом, что, даже если количество атомов C-12 и C-14 в окружающей среде и в организме может варьироваться, их соотношение останется прежним. Это рабочий принцип углеродного датирования: несмотря на взаимопревращения, живой организм поддерживает такое же соотношение атомов C-14 и C-12, что и в окружающей среде.
Однако когда организм умирает, он перестает потреблять углерод. Теперь, поскольку C-14 радиоактивен, он начинает распадаться. Соотношение атомов C-14 к C-12 в организме теперь уменьшается. Чем старше организм, тем больше разлагается C-14, поэтому соотношение меньше. Это соотношение используется археологами для датировки, например, дерева или окаменелости.
Насколько точно углеродное датирование?
Радиоактивность элемента измеряется периодом его полураспада: временем, которое требуется для распада половины его составляющих. Период полураспада C-14 составляет 5370 лет, что означает, что он становится вдвое меньше того, что было изначально за 5370 лет, одну четвертую за 10740 лет, одну восьмую за 16110 лет и так далее. Расширьте эту тенденцию, и вы увидите, что весь атом распадается примерно через 50 000 лет. Следовательно, датирование образца старше 50 000 лет может привести к ошибочным результатам.
Были разработаны композитные методы, сочетающие углеродное датирование с методами калибровки и расширения его возможностей, но даже эти методы по своей сути подвержены ошибкам. Следовательно, датирование по углероду является, несомненно, точным только в течение нескольких тысяч лет; любые результаты за пределами этих рамок сомнительны. Это главное ограничение углеродного датирования.
Более того, углеродное датирование, похоже, основано на ошибке. Оно основано на предположении, что соотношение атомов C-14 к C-12 в окружающей среде всегда было одинаковым на протяжении каждой эпохи. Это, конечно, неправда. В частности, после промышленной революции мы уменьшили количество атомов C-12 в окружающей среде, бесстыдно сбрасывая в нее вызывающее тревогу количество углекислого газа(CO2), образующегося при сжигании ископаемого топлива.
Увеличение C-12 означает, что соотношение теперь уменьшено, а это означает, что возраст образца будет старше, чем он есть на самом деле! И наоборот, ядерные взрывы производят огромное количество C-14, поэтому множество ядерных испытаний, которые мы провели, увеличили его количество в атмосфере. Это увеличивает соотношение, в результате чего возраст выборки оказывается моложе, чем он есть на самом деле.
Тем не менее, зная величину отклонения, которое вызовет увеличение или уменьшение атомов C-14, мы можем учесть эти расхождения, просто вычтя или прибавив ошибку от или к кажущемуся возрасту, чтобы получить реальный возраст. Опять же, углеродное датирование может быть неточным, но достаточно хорошим.
Задание № 20339
Можно ли метод радиоуглеродного датирования применять для датирования образцов последних 200 лет? Ответ поясните.
Радиоуглеродный анализ
Радиоуглеродный анализ — это метод радиоизотопной датировки, применяемый для определения возраста биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14С по отношению к стабильным изотопам углерода.
Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде нескольких изотопов.
Изотоп 14С радиоактивен, он постоянно образуется в основном в верхних слоях атмосферы на высоте 12-15 км и подвержен β-распаду с периодом полураспада Т1/2 = 5730 лет.
Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере сохраняется примерно одинаковым из-за активного перемешивания атмосферы, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене, получая углерод из окружающей среды. С гибелью организма углеродный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный (14С) постепенно распадается, в результате его содержание в останках постепенно уменьшается. Определив текущее соотношение изотопов в
биологическом материале, можно установить время, прошедшее с момента гибели организма.
Для определения возраста из фрагмента исследуемого образца выделяется углерод (путём сжигания предварительно очищенного фрагмента). Для выделенного углерода производится измерение радиоактивности, на основании этого определяется соотношение изотопов, которое и показывает возраст образца.
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.
Содержание изотопа 14С в атмосфере зависит от многих факторов, таких как:
• интенсивность космических лучей и активность Солнца;
• вулканическая деятельность (углерод, содержащийся в вулканических вы
бросах, «древний», практически не содержащий 14С);
• проведение атмосферных ядерных испытаний, создавших в 1950-х — 60-х годах существенный выброс радиоуглерода в атмосферу (бомбовый эффект);
• сжигание большого количества ископаемых топлив (углерод, содержащийся в нефти, природном газе и угле — «древний», практически не содержащий 14С).
Определение возраста таких загрязнённых образцов может дать огромные ошибки.
Погрешность метода радиоуглеродного анализа при использовании незагрязнённых образцов в настоящее время находится в пределах от 70 до 300 лет.
Показать ответ
Комментарий:
Возможный ответ: Нет. Образцы последних 200 лет сильно загрязнены изотопами углерода из-за сжигания топлива и атомных взрывов. Будут большие погрешности.
Ответ:
Нашли ошибку в задании? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
«Методы абсолютного датирования:
радиоуглеродный метод»
1.
Основные
методы абсолютного датирования…………4
1.1 Коллагеновый
анализ………………………………………4
1.2 Фторный
анализ……………………………………………4
1.3
Радиометрический метод………………………………….4
1.4
Спорово-пыльцевой анализ……………………………….5
1.5
Дендрохронология…………………………………………6
2. Радиоуглеродное
датирование……………………………7
2.1 Источники радиоуглерода…………………………………7
2.2 Радиоуглерод в живых
организмах……………………….9
2.3 Метод……………………………………………………….10
2.4 Применение…………………………………………………12
Заключение
Список используемой
литературы
Введение
Важность
установления достоверной даты археологических объектов достаточно очевидна и не
требует подробного разъяснения. Фактически установление даты означает получение
дополнительного признака, который обычно приравнивается к паспортным, хотя и
отличается от таких признаков, как место и условия находки тем, что содержит
элементы интерпретации.
Фактор
времени играет большую роль в археологии и других смежных с ней дисциплинах, и
практикуется несколько способов его определения. Различают относительную
хронологию (позволяет установить порядок, некую последовательность тех или иных
событий, объектов, слоев, могил, вещей и т.д.), и абсолютную (датирует событие
в абсолютных цифрах с большей или меньшей точностью в какой-либо системе
летоисчисления). Без привязи к историческим источникам на основе лишь
археологических методов датировка может быть только относительной (метод
стратиграфии, типологический, перекрестная датировка). Однако новые возможности
открыли геохронологические и естественнонаучные методы. Сюда относятся
дендрохронология, датировка по термолюминисценции, калий-аргоновый и
радиоуглеродный способы датировки. Исключительно для относительного датирования
используются анализ обсидиановых останков, спор и пыльцы древних растений, а
также археомагнитный, радиометрический, коллагеновый и фторный анализ.
Существует также отдельная группа методов, называемая историко-филологической.
Она включает в себя датировку по свидетельствам исторических сочинений, древним
надписям, монетам, художественным особенностям изделий и изображений.
В
представленной работе речь пойдет о естественнонаучных методах абсолютного
датирования.
1. Основные методы абсолютного
датирования
Как уже
было сказано, собственно археологические методы предоставляют возможность
датировать артефакты только относительно, если нельзя привязать их к
письменному источнику. Последние же имеются далеко не всегда, особенно, если
речь идет о периоде до возникновения письменности. В таких случаях серьезную
помощь могут оказать естественные науки, такие как физика и химия. Ряд методов
основан на свойстве органических останков изменять свой химический состав с
течением времени. Сюда относится, например, коллагеновый анализ.
1.1 Коллагеновый анализ
Кость
животных состоит в основном из фосфата кальция, соединенного с двумя
органическими составляющими — жиром и костным протеином, или коллагеном. Жир
после смерти разлагается и быстро улетучивается. Коллаген существует намного
дольше, хотя его количество постепенно сокращается. Оно может быть измерено при
помощи анализа содержания азота. Скорость распада коллагена не является
постоянной величиной, но кости разного возраста, найденные в одном и том же
месте, можно отличить по содержанию азота. Коллагеновый метод используется, как
правило, в комплексе с фторным и радиометрическим анализом.
1.2 Фторный анализ
Фтор,
содержащийся в грунтовых водах, постепенно замещает кальций в костях,
находящихся в земле. Скорость этого процесса зависит от концентрации фтора,
поэтому не является постоянной, даже в пределах одного памятника. Однако сам
процесс является необратимым, поэтому, если кости различного геологического
возраста встречаются вместе, их относительный возраст можно определить без
труда: чем они старше, тем больше содержат фтора.
1.3 Радиометрический метод
Радиометрический
метод — способ определения количества урана в образце путем измерения его
радиоактивности.
Принципы
радиометрического анализа и фторного очень близки. Подобно фтору, уран постепенно
поглощается костями из грунтовых вод и может дать относительную хронологию
материала одного памятника.
В 1986
г. Беккерель открыл явление естественной радиоактивности. Сегодня на нем
основываются радиоизотопные методы абсолютного датирования. Для использования в
археологии не подходят радиоактивные элементы с периодами полураспада в
миллионы, миллиарды лет, приемлемые для датировки геологических образований.
Здесь нужен интервал от 2000 до 1-2 млн. лет. Поэтому из геологических
радиоизотопных методов археологией используются калий-аргоновый, ториевый-230,
радий-актиниевый. Они позволяют датировать нижнепалеолитические образцы.
1.4 Спорово-пыльцевой анализ
Все
растения, особенно опыляемые ветром, производят большое количество пыльцы.
Внешняя оболочка крупинок обладает высокой стойкостью к разложению, они
сохраняются на влажной почве или на погребенной поверхности, в составе гумуса.
Частицы пыльцы отличаются по форме, и во многих случаях можно установить род, а
иногда и вид растения. Сохраняются также споры папоротника. Для анализа
необходимо собрать образцы, исследовать их под микроскопом, после чего
интерпретировать результаты. Со времен последнего объединения растительность
умеренных зон(таких как Северо-Западная Европа) постепенно изменялась от полного
отсутствия через стадию густых лесов к современной форме. На основании
распространения теплолюбивых деревьев установлено существование промежуточных
стадий. Любой образец (желательно серия образцов) может быть соотнесен со
специальной шкалой. С помощью радиоуглеродного метода эта последовательность
получила даты абсолютной хронологии. Ведется работа по исследованию аналогичных
изменений в плейстоцене. Данный метод незаменим при изучении окружающей среды
ранних поселений человека, а также его влияния на эту среду (например, при
расчистке леса).
1.5 Дендрохронология
В основе
дендрохронологии лежит закон природы, согласно которому каждый год толщина
ствола дерева увеличивается на одно годичное кольцо. Они хорошо просматриваются
в виде концентрических кругов на поперечном срезе ствола. Если данный год был
теплым и солнечным при достаточной влажности, то дерево росло быстрее, и
годичное кольцо станет толще. На холодный и засушливый год дерево реагирует
меньшим объемом прироста, т.е. меньшей толщиной кольца. Реакция деревьев,
растущих в пределах одного региона на изменение климата, естественно, будет
одинаковой. Но поскольку одни деревья старше, а другие моложе, то такое
изменение сказывается у них на разных годичных кольцах.
Совместив
спектры годичных колец на участке совместной жизни деревьев, мы получаем так
называемую дендрошкалу. Находя участки совпадения частей этой шкалы с годичными
кольцами других деревьев, мы можем ее наращивать в обе стороны. Составленная
таким образом, например, аризонская дендрошкала имеет протяженность семь тысяч
лет. Если достаточно длинную дендрошкалу хотя бы в одной точке привязать к
календарной дате, мы получим возможность с точностью до года датировать любую
другую точку на ней.
2. Радиоуглеродное
датирование
Радиоуглеродное датирование, метод датирования органических материалов
путем измерения содержания радиоактивного изотопа углерода 14С. Этот
метод широко применяется в археологии и науках о Земле.
2.1 Источники радиоуглерода
Земля и ее атмосфера постоянно подвергаются радиоактивной бомбардировке
потоками элементарных частиц из межзвездного пространства. Проникая в верхние
слои атмосферы, частицы расщепляют находящиеся там атомы, способствуя
высвобождению протонов и нейтронов, а также более крупных атомных структур.
Содержащиеся в воздухе атомы азота поглощают нейтроны и высвобождают протоны.
Эти атомы имеют, как и прежде, массу 14, но обладают меньшим положительным
зарядом; теперь их заряд равен шести. Таким образом, исходный атом азота
превращается в радиоактивный изотоп углерода:
где n, N, С и р означают соответственно нейтрон, азот, углерод и протон.
Образование радиоактивных нуклидов углерода из атмосферного азота под
воздействием космических лучей происходит со средней скоростью около 2,4 ат./с
на каждый квадратный сантиметр земной поверхности. Изменения солнечной
активности могут обусловить некоторые колебания этой величины.
Поскольку 14С радиоактивен, он нестабилен и постепенно
превращается в атомы азота-14, из которых образовался; в процессе такого
превращения он выделяет электрон – отрицательную частицу, что и позволяет
зафиксировать сам этот процесс.
Образование атомов радиоуглерода под воздействием космических лучей
обычно происходит в верхних слоях атмосферы на высотах от 8 до 18
км. Подобно обычному углероду, радиоуглерод окисляется в воздухе, и при этом
образуется радиоактивный диоксид (углекислый газ). Под воздействием ветра
атмосфера постоянно перемешивается, и в конечном итоге радиоактивный углекислый
газ, образовавшийся под воздействием космических лучей, равномерно
распределяется в атмосферном углекислом газе. Однако относительное содержание
радиоуглерода 14С в атмосфере остается чрезвычайно малым.
2.2 Радиоуглерод в живых организмах
Все растительные и животные ткани содержат углерод. Растения получают его
из атмосферы, а поскольку животные поедают растения, в их организмы в
опосредованной форме тоже попадает диоксид углерода. Таким образом, космические
лучи являются источником радиоактивности всех живых организмов.
Смерть лишает живую материю способности поглощать радиоуглерод. В мертвых
органических тканях происходят внутренние изменения, включая и распад атомов
радиоуглерода. В ходе этого процесса за 5730 лет половина исходного числа
нуклидов 14С превращаются в атомы 14N. Этот интервал
времени называют периодом полураспада 14С. Спустя еще один период
полураспада содержание нуклидов 14С составляет всего 1/4 их
исходного числа, по истечении следующего периода полураспада – 1/8 и т.д. В
итоге содержание изотопа 14С в образце можно сопоставить с кривой
радиоактивного распада и таким образом установить промежуток времени, истекший
с момента гибели организма (его выключения из кругооборота углерода). Однако
для такого определения абсолютного возраста образца необходимо допустить, что
начальное содержание 14С в организмах на протяжении последних 50 000
лет (ресурс радиоуглеродного датирования) не претерпевало изменений. На самом
деле образование 14С под воздействием космических лучей и его
поглощение организмами несколько менялось. В результате измерение содержания
изотопа 14С в образце дает лишь приблизительную дату. Чтобы учесть
влияние изменений начального содержания 14С, можно использовать
данные дендрохронологии о содержании 14С в древесных кольцах.
Метод радиоуглеродного датирования был предложен У.Либби (1950). К 1960 датирование
по радиоуглероду получило всеобщее признание, радиоуглеродные лаборатории были
созданы по всему миру, а Либби был удостоен Нобелевской премии по химии.
2.3 Метод
Образец, предназначаемый для радиоуглеродного анализа, следует брать с
помощью абсолютно чистых инструментов и хранить в сухом виде в стерильном
полиэтиленовом пакете. Необходима точная информация о месте и условиях отбора.
Идеальный образец древесины, древесного угля или ткани должен весить
примерно 30 г. Для раковин желательна масса 50
г, а для костей – 500 г (новейшие методики позволяют, впрочем, определять
возраст и по гораздо меньшим навескам). Каждый образец необходимо тщательно
очистить от более древних и более молодых углеродсодержащих загрязнений,
например, от корней выросших позже растений или от обломков древних карбонатных
пород. За предварительной очисткой образца следует его химическая обработка в
лаборатории. Для удаления инородных углеродсодержащих минералов и растворимых
органических веществ, которые могли проникнуть внутрь образца, используют
кислотный или щелочной раствор. После этого органические образцы сжигают,
раковины растворяют в кислоте. Обе эти процедуры приводят к выделению
газообразного диоксида углерода. В нем содержится весь углерод очищенного
образца, и его иногда превращают в другое вещество, пригодное для
радиоуглеродного анализа.
Существует несколько методов измерения активности радиоуглерода. Один из
них основан на определении количества электронов, выделяющихся в процессе
распада 14С. Интенсивность их выделения соответствует количеству 14С
в исследуемом образце. Время счета составляет до нескольких суток, поскольку за
сутки происходит распад всего лишь примерно четверти миллионной доли
содержащегося в образце количества атомов 14С. Другой метод требует
использования масс-спектрометра, с помощью которого выявляются все атомы с
массой 14; особый фильтр позволяет различать 14N и 14С.
Поскольку при этом нет необходимости ждать, пока произойдет распад, счет 14С
можно осуществить меньше, чем за час; достаточно иметь образец массой в 1 мг.
Прямой масс-спектрометрический метод называют АМС-датировкой. При этом
используются сложные высокочувствительные приборы, которыми располагают, как
правило, центры, ведущие исследования в области ядерной физики.
Традиционный метод требует гораздо менее громоздкого оборудования.
Сначала применяли счетчик, определяющий состав газа и по принципу работы
сходный со счетчиком Гейгера. Счетчик наполняли углекислым или иным газом
(метаном либо ацетиленом), полученным из образца. Любой радиоактивный распад,
происходящий внутри прибора, вызывает слабый электрический импульс. Энергия
радиационного фона окружающей среды обычно колеблется в широких пределах, в
отличие от радиации, вызванной распадом 14С, энергия которого, как
правило, близка к нижней границе фонового спектра. Весьма нежелательное
соотношение фоновых величин и данных по 14С можно улучшить путем
изоляции счетчика от внешней радиации. С этой целью счетчик закрывают экранами
из железа или высокочистого свинца толщиной в несколько сантиметров. Кроме
того, стенки самого счетчика экранируют расположенными вплотную один к другому
счетчиками Гейгера, которые, задерживая все космическое излучение, примерно на
0,0001 секунды дезактивируют и сам счетчик, содержащий образец. Метод экранирования
сводит фоновый сигнал до нескольких распадов в минуту (образец древесины массой
3 г, относящийся к 18 в., дает ~40 случаев распада 14С в минуту),
что позволяет датировать довольно древние образцы.
Примерно с 1965 широкое распространение в датировании получил метод
жидкостной сцинтилляции. При его использовании полученный из образца
углеродсодержащий газ превращают в жидкость, которую можно хранить и
исследовать в небольшом стеклянном сосуде. В жидкость добавляют специальное
вещество – сцинтиллятор, – которое заряжается энергией электронов,
высвобождающихся при распаде радионуклидов 14С. Сцинтиллятор почти
сразу испускает накопленную энергию в виде вспышек световых волн. Свет можно
улавливать с помощью фотоумножительной трубки. В сцинтилляционном счетчике
имеются две такие трубки. Ложный сигнал можно выявить и исключить, поскольку он
послан лишь одной трубкой. Современные сцинтилляционные счетчики
характеризуются очень низким, почти нулевым, фоновым излучением, что позволяет
датировать с высокой точностью образцы возрастом до 50 000 лет.
Сцинтилляционный метод требует тщательной подготовки образцов, поскольку
углерод должен быть превращен в бензол. Процесс начинается с реакции между
диоксидом углерода и расплавленным литием, в результате которой образуется
карбид лития. В карбид понемногу добавляют воду, и он растворяется, выделяя
ацетилен. Этот газ, содержащий весь углерод образца, под действием катализатора
превращается в прозрачную жидкость – бензол. Следующая цепочка химических
формул показывает, как углерод в этом процессе переходит из одного соединения в
другое:
Все определения возраста, полученные на основе лабораторного измерения
содержания 14С, называют радиоуглеродными датами. Они приводятся в
количестве лет до наших дней (ВР), а за момент отсчета принимается круглая
современная дата (1950 или 2000). Радиоуглеродные даты всегда приводят с
указанием возможной статистической ошибки (например, 1760 ± 40 до ВР).
2.4 Применение
Обычно для установления возраста события применяют несколько методов,
особенно если речь идет о сравнительно недавнем событии. Возраст крупного,
хорошо сохранившегося образца может быть установлен с точностью до десяти лет,
но для неоднократного анализа образца требуется несколько суток. Обычно
результат получают с точностью 1% от определяемого возраста.
Значение радиоуглеродного датирования особенно возрастает в случае
отсутствия каких-либо исторических данных. В Европе, Африке и Азии ранние следы
первобытного человека выходят за пределы времени, поддающегося радиоуглеродному
датированию, т.е. оказываются старше 50 000 лет. Однако в рамки
радиоуглеродного датирования попадают начальные этапы организации общества и
первые постоянные поселения, а также возникновение древнейших городов и
государств.
Радиоуглеродное датирование оказалось особенно успешным при разработке
хронологической шкалы многих древних культур. Благодаря этому теперь возможно
сравнивать ход развития культур и общества и устанавливать, какие группы людей
первыми освоили те или иные орудия труда, создали новый тип поселений либо
проложили новый торговый путь.
Определение возраста по радиоуглероду приобрело универсальный характер.
После образования в верхних слоях атмосферы радионуклиды 14С
проникают в разные среды. Воздушные потоки и турбулентность в нижних слоях
атмосферы обеспечивают глобальное распространение радиоуглерода. Проходя в
воздушных потоках над океаном, 14С попадает сначала в поверхностный
слой воды, а затем проникает и в глубинные слои. Над материками дождь и снег
приносят 14С на земную поверхность, где он постепенно накапливается
в реках и озерах, а также в ледниках, где может сохраняться на протяжении
тысячелетий. Изучение концентрации радиоуглерода в этих средах пополняет наши
знания о кругообороте воды в Мировом океане и о климате прошлых эпох, включая
последний ледниковый период. Радиоуглеродный анализ остатков деревьев,
поваленных наступавшим ледником, показал, что самый последний холодный период
на Земле завершился примерно 11 000 лет назад.
Растения ежегодно усваивают диоксид углерода из атмосферы в период
вегетации, и изотопы 12С, 13С и 14С
присутствуют в клетках растений примерно в той же пропорции, в какой они
представлены в атмосфере. Атомы 12С и 13С содержатся в
атмосфере в почти постоянной пропорции, но количество изотопа 14С
колеблется в зависимости от интенсивности его образования. Слои годового
прироста, называемые древесными кольцами, отражают эти различия. Непрерывная
последовательность годовых колец одного дерева может охватывать 500 лет у дуба
и более 2000 лет у секвойи и остистой сосны. В аридных горных районах на
северо-западе США и в торфяных болотах Ирландии и Германии были обнаружены
горизонты со стволами мертвых деревьев разных возрастов. Эти находки позволяют
объединить сведения о колебаниях концентрации 14С в атмосфере на
протяжении почти 10 000 лет. Правильность определения возраста образцов в ходе
лабораторных исследований зависит от знания концентрации 14С во
время жизни организма. Для последних 10 000 лет такие данные собраны и обычно
представляются в виде калибровочной кривой, показывающей разницу между уровнем
атмосферного 14С в 1950 и в прошлом. Расхождение между
радиоуглеродной и калиброванной датами не превышает ±150 лет для интервала
между 1950 н.э. и 500 до н.э. Для более древних времен это расхождение
увеличивается и при радиоуглеродном возрасте в 6000 лет достигает 800 лет.
Заключение
Таким
образом, можно сделать вывод, что для датирования используются данные множества
наук, причем существующие методы датировки постоянно усложняются и наряду с
ними возникают новые и более совершенные.
Совершенствование
представленных в работе методов считается необходимым, так как часто возникают
условия мешающие проведению того или иного анализа. В противном случае (если
эти условия не брать в расчет) полученные в результате анализа данные могут
оказаться недействительными. Так, например радиоуглеродным методом тяжело
датировать образцы возрастом последние 200 лет, этому препятствует так
называемый эффект Зюсса (увеличение в 19-20 вв. концентрации СО2 в
атмосфере за счет сжигания ископаемого топлива).
Список используемой литературы:
1.
Историческая экология и историческая демография: Сб. научных статей. Поляков
Ю.А. – М., 2003;
2.
Методы археологического исследования. Мартынов А.И., Шер Я.А.
— М., 1989;
3.
Статистико-комбинаторные методы в археологии. Шер Я.А., Колчин Б.А. —
М., 1970;
4.
Интернет сайты:
—
http://www.chudesa.com/
—
http://supernovum. ru/forum/read.
— http://hbar.phys.msu.su/
- Подробности
- Категория: Великая физика: законы и теории
«Если бы вы заинтересовались возрастом какого-то предмета, то правильным местом для вас был бы Чикагский университет в 1940-х гг., — говорит писатель Билл Брайсон. — Уиллард Либби как раз тогда разрабатывал радиоуглеродный метод датировки, который позволил ученым получать точные сведения о возрасте костей и других органических остатков. Раньше им это никогда не удвалась…»
Радиоуглеродная датировка основана на измерении количества радиоактивного изотопа углерод-14 (! ,С) в образце, содержащем углерод. Радиоактивный 14С образуется в атмосфере при бомбардировке атомов азота космическими лучами. Далее 14С поглощается растениями, которыми питаются животные. Пока животные живут, содержание 14С в их телах примерно равно его содержанию в атмосфере. Изотоп 14С распадается по известному экспоненциальному закону, превращаясь в азот-14. Когда животное умирает и не пополняет более запас 14С из окружающей среды, его тело постепенно теряет атомы 14С. Измеряя соотношение 14С и обычного углерода в образце, ученые могут оценить его возраст, если он не превышает 60 000 лет. Более древние образцы содержат слишком мало 14С для точных измерений. Период полураспада 14С равен примерно 5730 лет. Это значит, что каждые 5730 лет количество 14С уменьшается наполовину. Из-за того что количество атмосферного 14С претерпевает во времени небольшие колебания, производится калибровка, учитывающая этот и другие факторы и повышающая точность датировки. Количество 14С в атмосфере возросло также в течение 1950-х гг. из-за испытаний атомного оружия. Применение ускорительной масс-спектрометрии позволяет определять количество 14С в образцах массой в один миллиграмм.
До изобретения радиоуглеродного метода было очень трудно получить надежные результаты о возрасте артефактов старше Первого Царства в Египте (ок. 3000 г. до н. э.). Это весьма расстраивало археологов, жаждавших узнать, например, когда кроманьонцы раскрасили пещеру Ласко во Франции или когда закончился последний ледниковый период.
Углерод — один из наиболее распространенных в природе элементов, а потому для радиоуглеродного исследования годятся самые разные объекты — древние скелеты, найденные археологами, древесный уголь, кожа, шерсть, пыльца, рога и многое другое.
-
Просмотров: 1990
Радиоуглеродный метод и его применение в современной науке
д. г. н., ведущий научный сотрудник Института геологии и минералогии СО РАН.
Радиоуглеродный метод, разработанный более 60 лет назад и отмеченный Нобелевской премией, первоначально использовался для определения возраста археологических и геологических объектов, но вскоре сфера его применения существенно расширилась. Метод доказал свою универсальность и с большим успехом продолжает применяться в науке, технике, медицине и других областях человеческой деятельности.
Радиоуглеродный метод оказывает существенное влияние на развитие разных областей науки — от ядерной физики до криминалистики, но в первую очередь геологии и археологии. В марте 1949 г. была опубликована статья, в которой обосновывался принцип работы данного метода [1]. Его авторы — учёные из Университета Чикаго (США) Уиллард Ф. Либби, Эрнст С. Андерсон и Джеймс Р. Арнольд — показали, что могут определить возраст геологических или исторических событий, которые имели место не только сотни и первые тысячи лет назад, но и вплоть до 40-50 тыс. лет назад. При этом предложенный метод обладал достаточно высокой точностью и был совершенно независим от других технологий, применявшихся в то время в науках о Земле и в археологии. Можно без преувеличения сказать, что радиоуглеродный метод произвёл подлинную революцию в представлениях о времени в научном знании. Признанием важности этого открытия явилось присуждение У.Ф. Либби в 1960 г. Нобелевской премии по химии.
В данной статье даётся краткая информация об открытии и становлении метода, его физических основах; затем следует обзор применения радиоуглеродного метода в различных областях науки и технологий, его влияния на систему научных знаний XX в. в целом. Существует обширная литература, посвящённая радиоуглеродному методу (см., например: [2, с. 157–198; 3]), поэтому в статье автор ссылается лишь на самые общие и исчерпывающие источники.
Сразу после первых работ У.Ф. Либби и его коллег Американская антропологическая ассоциация и Геологическое общество США создали специальную комиссию для оценки первых результатов радиоуглеродного датирования, которая в 1951 г. пришла к выводу о надёжности полученных данных и их соответствии существующей научной парадигме. Научное сообщество с энтузиазмом восприняло новый исследовательский подход и стало активно использовать его при изучении прошлого Земли и человечества; на многие годы метод стал ведущим в определении возраста тех или иных объектов. С середины 1950-х годов радиоуглеродный метод распространился по всему миру.
Были у нового метода и противники. Так, археологи В. Милойчич и С. Яманоучи считали, что радиоуглеродные даты доисторических памятников Европы и Японии слишком удревнены, однако развитие археологических знаний в этих регионах подтвердило правильность радиоуглеродного метода [4]. Одновременно с накоплением фактического материала, то есть радиоуглеродных дат, шло постоянное совершенствование методических основ, заложенных основоположниками метода, и к концу 1970-х годов были сформулированы базовые положения радиоуглеродного метода с учётом новых данных [5].
Основы радиоуглеродного метода
![Рис. 1. Цикл радиоуглерода (14С) в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли (по [3], с дополнениями и зменениями)](https://antropogenez.ru/typo3temp/pics/8af190f9b9.jpg "Рис. 1. Цикл радиоуглерода (14С) в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли (по [3], с дополнениями и зменениями)")
Рис. 1. Цикл радиоуглерода (14С) в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли (по [3], с дополнениями и зменениями)
В природной среде Земли химический элемент углерод состоит из трёх изотопов: двух стабильных – 12С и 13С и одного радиоактивного – 14С, или радиоуглерода. Изотоп 14С постоянно образуется в стратосфере Земли в результате бомбардировки атомов азота нейтронами, входящими в состав космических лучей (рис. 1, уровень «образование»). В течение нескольких лет «новорождённый» 14С наряду со стабильными изотопами 12С и 13С попадает в кругооборот углерода Земли в атмосфере, биосфере и гидросфере (см. рис. 1, уровень «распределение»). Пока организм находится в состоянии обмена веществ с окружающей его средой (например, дерево получает углерод в виде углекислого газа из атмосферы в результате фотосинтеза), содержание 14С в нём остаётся постоянным и находится в равновесии с концентрацией данного изотопа в атмосфере. Когда организм отмирает, обмен углеродом с внешней средой прекращается; содержание радиоактивного изотопа начинает уменьшаться, так как уже нет притока «свежего» 14С извне (см. рис. 1, уровень «распад»). Радиоактивный распад любого элемента происходит с постоянной скоростью, которая весьма точно определена. Так, для изотопа 14С период полураспада составляет около 5730 лет. Следовательно, зная изначальное количество 14С в организме по отношению к стабильным изотопам 12С и 13С в состоянии равновесия (когда организм жив) и содержание 14С в ископаемых остатках, можно установить, сколько времени прошло с момента смерти углеродсодержащей субстанции. Такова суть модели, созданной У.Ф. Либби с соавторами. Несмотря на то, что в своём развитии радиоуглеродный метод прошёл через ряд значительных обновлений, по выражению К. Ренфрю – «революций» [4, p. 149–150], его основы, заложенные в 1949 г., остаются неизменными по сей день [6, 7].
Иными словами, находя в природе и на поселениях древнего человека остатки растений и животных, а также некоторые другие вещества, содержащие углерод, можно с помощью радиоуглеродного метода определить, сколько времени прошло с момента прекращения жизни организма, то есть установить возраст данных объектов. А это, в свою очередь, значит, что можно ответить на извечный вопрос геологов и археологов: как давно существовал данный организм или древнее поселение? Радиоуглеродный метод позволяет установить возраст углеродсодержащих веществ вплоть до 47 000 14С лет, что соответствует астрономическому возрасту около 50 000 лет [8].
Известно, что химический элемент углерод входит в состав практически всей живой материи, а также во многие вещества из разряда неживых (то есть созданных без участия живых организмов). Таким образом, радиоуглеродный метод поистине универсален. С его помощью определяется возраст целого ряда объектов, которые можно условно разделить на следующие группы: «геологические» – карбонатные осадки океанов и пресноводных водоёмов, ледяные керны, метеориты; «биологические» – древесина и древесный уголь, семена, плоды и веточки растений, торф, почвенный гумус, пыльцевые зёрна, остатки насекомых и рыб, кости, рога, бивни, зубы, волосы, кожа и шкура позвоночных животных и человека, копролиты; «антропогенные» – жжёные кости, керамика, кричный металл, пригоревшие остатки пищи, следы крови на древних орудиях, ткани, папирус, пергамент и бумага. В некоторых случаях, например, для изучения колебаний содержания 14С в зависимости от солнечной активности, измеряется его активность в таких «экзотических» объектах, как вина, виски и коньяки.
Радиоуглеродные лаборатории и их аппаратура
Рис. 2. Динамика количественного роста радиоуглеродных (1) и УМС-лабораторий (2) мира
Первым коллективом, начавшим разрабатывать радиоуглеродный метод, была группа У.Ф. Либби в Чикаго. С начала 1950-х годов количество лабораторий в США, Канаде, Европе и Японии намного выросло, и в конце 1970-х их было уже более 100 (рис. 2: по [9, c. 17], с дополнениями); в настоящее время их насчитывается около 140 на всех континентах. Всего в мире во второй половине XX в. работало 250 установок измерения содержания 14С. В конце 1970-х годов появились первые лаборатории, использующие ускорительную масс-спектрометрию (УМС), сейчас их уже 40. Список радиоуглеродных лабораторий регулярно обновляется и публикуется в главном издании по данной тематике – международном журнале «Radiocarbon» (в открытом доступе: www.radiocarbon.org).
Первая радиоуглеродная лаборатория в нашей стране была организована в 1956 г. при Радиевом институте АН СССР и Ленинградском отделении Института археологии АН СССР (ныне Институт истории материальной культуры РАН); вдохновителями её создания были И.Е. Старик и С.И. Руденко.
В настоящее время в России реально работают 7 лабораторий: в Москве – в Геологическом институте РАН, Институте географии РАН, Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН; в Санкт-Петербурге – в Институте истории материальной культуры РАН, Санкт-Петербургском государственном университете и ВСЕГЕИ; в Новосибирске – в Институте геологии и минералогии СО РАН.
Для проведения радиоуглеродных исследований потребовались сложные приборы, создание которых было важнейшей частью становления метода. К ним относятся: сеточно-стенной счётчик Гейгера-Мюллера с твёрдым углеродом как носителем 14С (У.Ф. Либби, конец 1940-х годов); пропорциональный газовый счётчик (используется с 1950-х годов); жидкостно-сцинтилляционный счётчик – наиболее распространённый сегодня тип прибора (используется с 1960-х годов); ускорительный масс-спектрометр.
Рис. 3. Ускорительный масс-спектрометр Университета Аризоны (г. Тусон, штат Аризона, США) производства компании National Electrostatics Corporation: а – схема, б – пульт управления и источник ионов С?, в – ускорительный танк, г – детектор изотопов углерода. Фото Дж.С. Бурра
УМС-аппаратура – самая высокотехнологичная, сложная и дорогостоящая. Несмотря на это, число УМС-лабораторий в мире непрерывно растёт. На рисунке 3 – УМС-установка Университета Аризоны с рабочим напряжением 3 млн. эВ [10]. Вкратце принцип её работы (рис. 3, а) можно описать следующим образом: отрицательные ионы углерода С? (включающие и изотоп 14С), получаемые в ионном источнике (рис. 3, б), разгоняются в ускорительном танке (рис. 3, в) и поступают на измерение их количества в детекторе (рис. 3, г). После этого можно установить число атомов 14С в образце и, зная их изначальное количество (измеренное для «современных» образцов различных материалов), определить возраст очень небольших образцов (вплоть до 0.1 мг углерода и менее). Данный метод обладает одним несомненным преимуществом: для получения радиоуглеродной даты необходимо примерно в 1000 раз меньше углерода, чем при использовании «традиционных» жидкостно-сцинтилляционного и пропорционального газового методов; в остальном (нижняя граница чувствительности, требования к отбору образцов, их подготовка и др.) метод УМС мало чем от них отличается.
Применение радиоуглеродного метода
Археология и четвертичная геология были и остаются главными областями использования радиоуглеродного метода. В археологии применение независимого способа определения возраста стало поистине революционным и в значительной степени изменило существовавшие археологические концепции [4]. Проводить серьёзные археологические работы без применения радиоуглеродного датирования в настоящее время невозможно. Теперь наряду с анализом «рутинных» объектов, к которым можно отнести древесину, древесный уголь и кости, всё чаще проводится определение возраста (в основном методом УМС) таких непригодных в недалёком прошлом материалов, как отдельные семена и плоды растений, текстиль, жирные кислоты (липиды) в древней керамике и сама керамика, остатки крови на каменных орудиях, наскальная живопись. Общее количество полученных радиоуглеродным методом дат для археологических памятников в мире составляет сегодня, видимо, несколько сотен тысяч; к началу 1960-х было не более 2400 [3, с. 151].
Результаты использования радиоуглеродного метода в археологии Старого и Нового Света обобщены в сводных работах [4, 11, 12]. Из наиболее интересных и важных примеров можно назвать датирование Туринской плащаницы [13], рукописей Мёртвого моря [14], наскальных рисунков в пещерах Франции и Испании [15], древнейших в мире стоянок с керамикой и земледелием [16, 17]. Широкие возможности открыл радиоуглеродный метод археологам и дендрохронологам, которые теперь могут «привязать» свои данные к абсолютной шкале времени с помощью так называемого «сопоставления флуктуаций». В данном случае флуктуации есть резкие изменения содержания изотопа 14С в течение последних 10–12 тыс. лет, которые могут быть идентифицированы и сопоставлены с зафиксированными на международно признанной кривой пиками [2, с. 173, 174].
В датировании древних памятников не обошлось без разоблачения подделок. Ещё на заре радиоуглеродного метода один из первых образцов, предположительно из Древнего Египта, оказался современной копией [4]. Хрестоматийным примером является датирование пилтдаунского «человека» из Англии (ожидаемый возраст – не менее 75 000 лет, реальный – 500–600 лет) и остатков «Ноева ковчега» на горе Арарат (их возраст составил всего 1200–1400 лет, а не как минимум 5000 лет согласно библейской хронологии) [4].
В четвертичной геологии и палеогеографии радиоуглеродный метод применяется так же широко, как и в археологии. С его помощью установлены хронологические параметры основных тёплых и холодных эпох за последние 40–50 тыс. лет [6], особенно для последних 10 тыс. лет (эпоха голоцена) (см., например: [12, 18]). Литература по применению радиоуглеродного метода в геологии чрезвычайно обширна (см., например: [19, p. 2899–2965]), поэтому остановимся лишь на некоторых примерах: геохронология второй половины позднего плейстоцена Сибири [20, 21], датирование извержений вулканов Камчатки [22]; хронология ледникового века северо-запада Европейской России [6, с. 243–271] и севера Евразии в целом [23].
Радиоуглеродный метод стал важнейшим инструментом в изучении процесса вымирания крупных млекопитающих (так называемой мегафауны) в конце новейшего геологического периода – плейстоцена (от 2.6 млн. до 10 тыс. лет назад). На основе массового радиоуглеродного датирования ископаемых остатков мамонтов, шерстистых носорогов и ряда других видов животных удалось установить время и место их окончательного вымирания [24]. Одним из важнейших достижений стало определение возраста костей и бивней мамонтов о. Врангеля (Северо-Восточная Сибирь): останки оказались удивительно «молодыми» – от 9000 до 3700 лет назад [25]; на сегодня это самые поздние мамонты на Земле. Не менее интересны результаты радиоуглеродного датирования костей ископаемого гигантского оленя с рогами размахом до 4 м: его последние представители обитали на Южном Урале и в Зауралье вплоть до 6900 лет назад [26]. В последнее время c помощью прямого УМС-датирования скорлупы яиц азиатского страуса получены данные о его существовании в Восточной и Центральной Азии до 8000 лет назад [27].
Широко используется радиоуглеродный метод в геофизике, океанологии, биологии, медицине и многих других науках. Измерения содержания 14С в морской воде прочно вошли в практику океанологических исследований (это позволяет выявить закономерности циркуляции вод Мирового океана) и в изучение грунтовых вод суши [12] и минеральных источников. Динамично развивающимся направлением можно назвать исследование содержания 14С в таких объектах, как метеориты и ледники [2, 12]. Радиоуглеродный метод помогает в изучении астрофизических явлений – колебаний солнечной активности, взрывов сверхновых звёзд и др. [7, 12].
![Рис. 4. Содержание изотопа 14С в атмосфере Земли с начала ядерных испытаний (1945–1952) до настоящего времени (по [29], с изменениями)](https://antropogenez.ru/typo3temp/pics/aedc32e625.gif "Рис. 4. Содержание изотопа 14С в атмосфере Земли с начала ядерных испытаний (1945–1952) до настоящего времени (по [29], с изменениями)")
Рис. 4. Содержание изотопа 14С в атмосфере Земли с начала ядерных испытаний (1945–1952) до настоящего времени (по [29], с изменениями)
Большую роль играет измерение активности изотопа 14С в исследованиях, связанных с «техногенным» радиоуглеродом. Как известно, во второй половине 1950-х годов в связи с началом испытаний водородных бомб в атмосфере произошло образование «искусственного» 14С в результате испускания большого количества свободных нейтронов в момент ядерного взрыва (см. рис. 1, уровень «образование»), и природный фон был сильно нарушен. К 1965 г. содержание изотопа 14С превысило его «добомбовое», то есть фоновое, количество почти в 2 раза – 190% по отношению к уровню 1950 г. (рис. 4) и даже сегодня всё ещё не вернулось к исходному состоянию. Сейчас активность 14С составляет около 105–110% от таковой в 1950 г. [28], появился даже термин «послебомбовый 14С». Однако нет худа без добра: данное явление широко используется для определения времени гибели молодых (не старше 40–50 лет) организмов [29]; иногда с помощью такого подхода удаётся разоблачить подделки древних человеческих мумий [30]. На феномене искусственного обогащения атмосферы 14С в 1950–1960-е годы построены многие биомедицинские исследования, где изотоп 14С является своеобразной «меткой» (см., например: [12, p. 570–589]). С помощью измерения активности 14С проводятся исследования загрязнения природной среды радионуклидами, выделяемыми при производстве топлива для атомной промышленности. И уж совсем «экзотическим» можно назвать использование радиоуглеродного метода в криминалистике – для выявления торговли слоновой костью (животные, убитые после 1955–1960 гг., имеют высокое «послебомбовое» содержание 14С в бивнях) и контрабанды наркотиков (также на основе «послебомбового» эффекта) [31]. Поистине, сферы применения этого метода почти безграничны!
Одним из направлений радиоуглеродных исследований, важным для всех наук, в 1960–2000-х годах стала калибровка 14С-дат [2]. Необходимость калибровки вызвана тем обстоятельством, что количество изотопа 14С в атмосфере, гидросфере и биосфере не оставалось постоянным (как полагали поначалу У.Ф. Либби и его коллеги), а изменялось под воздействием ряда внешних условий, главное из которых – колебания в недавнем геологическом прошлом активности космических лучей, продуцирующих радиоуглерод (см. рис. 1). Следовательно, зависимость между 14С и календарным возрастом не является линейной. Влияние этого фактора, осложняющего перевод радиоуглеродного возраста в астрономические (календарные) даты, в настоящее время преодолено для отрезка времени от наших дней до 20 000 лет назад; успешно ведутся работы по составлению графиков пересчёта 14С-дат в календарные вплоть до предела чувствительности радиоуглеродного метода (около 45 000–50 000 14С лет) [8].
Перспективы радиоуглеродного метода
Имеется много примеров влияния 14С-метода на развитие научного знания и пересмотр ряда положений. Так, именно на основании результатов 14С-датирования разрезов позднеплейстоценовых и голоценовых отложений удалось построить надёжную хронологическую основу для истории климата и природной среды Земли в целом, что крайне важно при прогнозировании климатических изменений в будущем.
Яркой иллюстрацией влияния радиоуглеродного метода на современные науку и культуру является определение возраста одной из самых известных христианских реликвий – Туринской плащаницы (которая, по преданию, служила погребальным покровом Иисуса Христа). Он оказался равен около 690 14С лет, что соответствует 1260–1390 гг. н.э. [13]. Очевидно, что в этом случае Туринская плащаница не имеет ничего общего с эпохой жизни Христа, которая, по библейской хронологии, датируется около 1–35 гг. н.э. Критика вывода о «молодом возрасте» плащаницы (с попыткой его опровергнуть) была предпринята группой Д.А. Кузнецова [32], однако детальное изучение описанных ими процессов не нашло подтверждения [33]. Таким образом, результаты датирования Туринской плащаницы можно рассматривать как научно достоверные, а необходимость подтверждения или уточнения с помощью радиоуглеродного метода возраста важных объектов искусства, истории и религии (картины, гравюры, рукописи, плащаницы, кости и мощи святых и т.п.) стала после этого очевидной.
Другой весьма показательный пример – прямое определение возраста древних людей путём 14С-датирования их костей. Предпринятые за последние 15–20 лет в этом направлении работы с остатками неандертальцев (Homo neanderthalensis) и людей современного типа (Homo sapiens sapiens) в Европе, Северной Америке и Азии показали, что в ряде случаев возраст костей гораздо «моложе» того, который был получен по археологическим или антропологическим данным [4, p. 152–153]. Тем не менее для большинства объектов полученные 14С-даты вполне совпадают с ожидаемыми результатами.
Открытость и свободный доступ к информации – один из основных принципов работы сообщества специалистов, использующих 14С-метод. Так, постоянно проводятся межлабораторные сверки радиоуглеродного возраста специально отобранных образцов. Идёт работа по совершенствованию процедуры калибровки 14С-дат, которая зависит прежде всего от степени достоверности исходных данных. В последние годы получены результаты, которые позволяют надеяться, что вскоре будет возможна надёжная калибровка 14С-дат вплоть до 50 000 лет назад.
В ближайшее время наиболее перспективным станет использование небольших УМС-установок, требования к эксплуатации которых не такие жёсткие, как для машин с рабочим напряжением 3–6 млн. эВ, а возможности компактного по размерам оборудования весьма велики. Немаловажным фактором оказывается и цена таких небольших (рабочее напряжение 200–500 тыс. эВ) приборов, она в несколько раз ниже стоимости крупных установок. Таким образом, расширяются возможности датировать напрямую очень малые или ценные объекты – произведения искусства, кости палеолитических людей и т.п., список объектов постоянно пополняется. Так, в последние годы УМС-методом устанавливают возраст кальцинированных костей из погребений по обряду кремации [34]; такие «поля погребений» распространены в Европе и Сибири. К приоритетным направлениям относится и исследование вариаций содержаний изотопа 14С в атмосфере вплоть до 50 000 лет назад на основе изучения озёрных ленточных отложений (с годичной слоистостью). Это, в частности, позволит проводить корреляцию природных и культурных событий не только для недавнего прошлого человечества, но и для всего позднего палеолита (до 35 000– 40 000 лет назад). Один из наиболее важных аспектов охраны окружающей среды – мониторинг радиоактивного загрязнения – в настоящее время немыслим без измерения активности изотопа 14С в различных природных и техногенных объектах.
* * *
Большой научный и практический потенциал применения радиоуглеродного метода, вероятно, не будет исчерпан и в XXI в. Являясь одним из наиболее универсальных и точных способов определения геологического и археологического возраста, а также будучи чувствительным индикатором загрязнения природной среды радиоактивными материалами и другими углеродсодержащими веществами, радиоуглеродный метод сегодня востребован в самых различных сферах фундаментальной науки и прикладных исследований. Это лишний раз подтверждает прозорливость У.Ф. Либби и его учеников – основоположников нового научного направления.
Первая публикация: Вестник Российской Академии Наук, 2011, том 81, № 2, с. 127–133
Литература:
1. Libby W.F., Anderson E.C., Arnold J.R. Age determination by radiocarbon content: world-wide assay of natural radiocarbon // Science. 1949. V. 109. № 2827. P. 227–228.
2. Вагнер Г.А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. М.: Техносфера, 2006.
3. Taylor R.E. Radiocarbon dating // Handbook of Archaeological Science. Chichester: John Wiley & Sons, 2001. P. 23–34.
4. Kuzmin Y.V. Radiocarbon and Old World archaeology: shaping a chronological framework // Radiocarbon. 2009. V. 51. № 1. P. 149–172.
5. Stuiver M., Polach H. Discussion: reporting of 14C data // Radiocarbon. 1977. V. 19. № 3. P. 355–363.
6. Арсланов Х.А. Радиоуглерод: геохимия и геохронология. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987.
7. Дергачёв В.А., Векслер В.С. Применение радиоуглеродного метода для изучения природной среды прошлого. Л.: Изд-во ФТИ АН СССР, 1991.
8. IntCal09: Calibration Issue / Ed. Reimer P.J. // Radiocarbon. 2009. V. 51. № 4. P. 1111–1186.
9. Waterbolk H.T. Archaeology and radiocarbon dating 1948–1998: a golden alliance // M?moires de la Societ? Pr?historique Fran?aise. 1999. T. 26. P. 11–17.
10. Jull A.J.T. AMS method // Encyclopedia of Quaternary Science. V. 4. Amsterdam: Elsevier B.V., 2007. P. 2911–2918.
11. Taylor R.E. Six decades of radiocarbon dating in New World archaeology // Radiocarbon. 2009. V. 51. № 1. P. 173–211.
12. Radiocarbon after Four Decades: An Interdisciplinary Perspective / Eds. Taylor R.E., Long A., Kra R.S. New York?Berlin?Heidelberg: Springer-Verlag, 1992.
13. Damon P.E., Donahue D.J., Gore B.H. et al. Radiocarbon dating of the Shroud of Turin // Nature. 1989. V. 337. № 6208. P. 611–615.
14. Jull A.J.T., Donahue D.J., Broshi M., Tov E. Radiocarbon dating of scrolls and linen fragments from the Judean Desert // Radiocarbon. 1995. V. 37. № 1. P. 11–19.
15. Valladas H., Tisn?rat-Laborde N., Cachier H. еt al. Radiocarbon AMS dates for Paleolithic cave paintings // Radiocarbon. 2001. V. 43. № 2B. P. 977–986.
16. Кузьмин Я.В. Возникновение древнейшей керамики в Восточной Азии (геоархеологический аспект) // Российская археология. 2004. № 2.
17. Hillman G., Hedges R., Moore A., Colledge S., Pettitt P. New evidence of Lateglacial cereal cultivation at Abu Hureyra on the Euphrates // The Holocene. 2001. V. 11. № 4. P. 383–393.
18. Хотинский Н.А. Голоцен Северной Евразии. Опыт трансконтинентальной корреляции этапов развития растительности и климата. М.: Наука, 1977.
19. Encyclopedia of Quaternary Science / Ed. Elias S.A. V. 1–4. Amsterdam: Elsevier B.V., 2007.
20. Кинд Н.В. Геохронология позднего антропогена по изотопным данным. М.: Наука, 1974.
21. Ложкин А.В. Радиоуглеродное датирование в геохронологических и палеогеографических исследованиях на Северо-Востоке СССР // Региональная геохронология Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск: Наука, 1987.
22. Базанова Л.И., Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Сулержицкий Л.Д. Катастрофические извержения Авачинского вулкана (Камчатка) в голоцене: хронология, динамика, геолого-геоморфологический и экологический эффекты, долгосрочный прогноз // Вулканология и сейсмология. 2004. № 6.
23. Svendsen J.I., Alexanderson H., Astakhov V.I. et al. Late Quaternary ice sheet history of northern Eurasia // Quaternary Science Reviews. 2004. V. 23. № 11–13. P. 1229–1271.
24. Kuzmin Y.V. The extinction of woolly mammoth (Mammuthus primigenius) and woolly rhinoceros (Coelodonta antiquitatis) in Eurasia: review of chronological and environmental issues // Boreas. 2010. V. 39. № 2. P. 247?261.
25. Вартанян С.Л. Остров Врангеля в конце четвертичного периода: геология и палеогеография. СПб.: Изд-во Ивана Лимбаха, 2007.
26. Stuart A.J., Kosintsev P.A., Higham T.F.G., Lister A.M. Pleistocene to Holocene extinction dynamics in giant deer and woolly mammoth // Nature. 2004. V. 431. № 7009. P. 684–689.
27. Janz L., Elston R.G., Burr G.S. Dating North Asian surface assemblages with ostrich eggshell: implications for palaeoecology and extirpation // Journ. of Archaeological Science. 2009. V. 36. № 9. P. 1982– 1989.
28. Wild E., Golser R., Hille P. et al. First 14C results from archaeological and forensic studies at the Vienna Environmental Research Accelerator // Radiocarbon. 1998. V. 40. № 1. P. 273–281.
29. Geyh M.A. Bomb radiocarbon dating of animal tissues and hair // Radiocarbon. 2001. V. 43. № 2B. P. 723– 730.
30. Kretschmer W., von Grundherr K., Kritzler K. et al. The mystery of the Persian mummy: original or fake? // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section B. 2004. V. 223–224. P. 672–675.
31. Zoppi U., Skopec Z., Skopec J. et al. Forensic applications of 14C bomb-pulse dating // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section B. 2004. V. 223– 224. P. 770–775.
32. Kouznetsov D.A., Ivanov A.A., Veletsky P.R. Effects of fi res and biofractionation of carbon isotopes on results of radiocarbon dating of old textiles: the Shroud of Turin // Journ. of Archaeological Science. 1996. V. 23. № 1. P. 109–121.
33. Jull A.J.T., Donahue D.J., Damon P.E. Factors affecting the apparent radiocarbon age of textiles: a comment on «Effects of fi res and biofractionation of carbon isotopes on results of radiocarbon dating of old textiles: the Shroud of Turin», by D.A. Kouznetsov et al. // Journ. of Archeological Science. 1996. V. 23. № 1. P. 157–160.
34. Van Strydonck M., Boudin M., De Mulder G. 14C dating of cremated bones: the issue of sample contamination // Radiocarbon. 2009. V. 51. № 2. P. 553–568.
См. также:
- Методы датирования
- Джим Аронсон рассказывает о принципах калий-аргонового метода датирования
- Боб Уолтер рассказывает о принципах метода датирования по «следам распада»
- О радиоуглеродном методе датирования. Часть 1
- Прямое радиоуглеродное датирование палеолитических людей Евразии: достижения и проблемы