Що таке радіовуглецевий аналіз?

Радіовуглецевий аналіз змінив наше уявлення про останні 50.000 років. Професор Віллард Ліббі вперше продемонстрував його в 1949 році, за що пізніше був удостоєний Нобелівської премії.

метод датування

Суть радіовуглецевого аналізу полягає в порівнянні трьох різних ізотопів вуглецю. Ізотопи конкретного елемента мають однакове число протонів в ядрі, але різне число нейтронів. Це означає, що при великій хімічній схожості вони володіють різними масами.

Загальна маса ізотопу позначається числовим індексом. У той час як більш легкі ізотопи ¹²З і ¹³З стабільні, найважчий ізотоп ¹⁴C (радіовуглець) радіоактивний. Його ядро настільки велике, що воно є нестабільним.

З плином часу ¹⁴C - основа радіовуглецевого аналізу - розпадається на азот ¹⁴N. Велика частина вуглецю-14 створюється в верхніх шарах атмосфери, де нейтрони, які утворюються під дією космічних променів, вступають в реакцію з атомами ¹⁴N.

Потім він окислюється в ¹⁴СО₂, проникає в атмосферу і змішується з ¹²CO₂ і ¹³CO₂. Вуглекислий газ використовується рослинами в процесі фотосинтезу, а звідти проходить через харчовий ланцюг. Тому будь-яке рослина і тварина в цьому ланцюзі (включаючи людей) буде мати рівну кількість ¹⁴З порівняно з ¹²З в атмосфері (відношення ¹⁴З:¹²С).

обмеження методу

Коли живі істоти вмирають, тканину більше не замінюється, а радіоактивний розпад ¹⁴C стає явним. Через 55 тисяч років ¹⁴C розпадається настільки, що його залишки вже неможливо виміряти.

Що таке радіовуглецевий аналіз? радіоактивний розпад може бути використаний в якості «годин», так як він не залежить від фізичних (наприклад, температури) і хімічних (наприклад, вмісту води) умов. За 5730 років розпадається половина ¹⁴C, що міститься в зразку.

Тому, якщо відомо співвідношення ¹⁴C:¹²C в момент смерті і сьогоднішнє співвідношення, то можна обчислити, скільки часу пройшло. На жаль, визначити їх не так просто.

Радіовуглецевий аналіз: похибка

кількість ¹⁴З в атмосфері, отже, в рослинах і тваринах, не завжди було постійним. Наприклад, воно варіюється в залежності від того, скільки космічних променів досягає Землі. Це залежить від сонячної активності і магнітного поля нашої планети.

На щастя, можна виміряти ці коливання в зразках, датованих іншими методами. Можна підрахувати річні кільця дерев і зміна в них змісту радіовуглецю. З цих даних можна побудувати «калібровану криву».

В даний час ведуться роботи по її розширенню і вдосконаленню. У 2008 році можна було відкалібрувати тільки радіовуглецеві дати до 26000 років. Сьогодні крива розширена до 50000 років.

Відео: Як працює Радіовуглецевий аналіз

Що можна виміряти?

Не всі матеріали можуть бути датовані цим методом. Більшість, якщо не всі, органічних сполук дозволяють проводити радіовуглецевий аналіз. Деякі неорганічні речовини, такі як арагонитовой складова раковин, також можуть бути датовані, так як при утворенні мінералу використовувався вуглець-14.

Відео: Радіовуглецевий аналіз визначення возраств гірських порід

Матеріали, які були датовані з моменту створення методу, включають деревне вугілля, дерево, гілки, насіння, кістки, раковини, шкіру, торф, мул, ґрунт, волосся, кераміку, пилок, настінні малюнки, корали, залишки крові, тканини, папір, пергамент, смоли і воду.

Радіовуглецевий аналіз металу неможливий, якщо в ньому не міститься вуглець-14. Виняток становлять вироби із заліза, при виготовленні яких використовується вугілля.

подвійний рахунок

Через це ускладнення радіовуглецеві дати представлені двояко. Некалібровані виміри подаються числом років до 1950 року (BP). Калібровані дати також представлені як до н. е., так і після, а також за допомогою одиниці calBP (калібрована до теперішнього часу, до 1950 року). Це «найкраща оцінка» фактичного віку зразка, але необхідно мати можливість повернутися до старих даними і відкалібрувати їх, оскільки нові дослідження постійно оновлюють калібровану криву.

Кількість і якість

Друга складність полягає в вкрай низькою поширеністю ¹⁴С. Тільки 0,0000000001% вуглецю в сучасній атмосфері є ¹⁴C, що заподіює неймовірні складнощі для вимірювань і робить його надзвичайно чутливим до забруднень.

У перші роки радіовуглецевий аналіз продуктів розпаду вимагав величезних зразків (наприклад, половини стегнової кістки людини). Багато лабораторій тепер використовують мас-спектрометр з прискорювачем (AMS), який може виявляти і вимірювати присутність різних ізотопів, а також підрахувати кількість окремих атомів вуглецю-14.

Цей метод вимагає менше 1 г кісткової тканини, але лише деякі країни можуть дозволити собі більше, ніж один або два AMS, вартість яких перевищує 500 тис. $. Наприклад, Австралія має лише 2 таких прилади, які здатні виробляти радіовуглецевий аналіз, і вони недосяжні для більшої частини світу, що розвивається.

Чистота - запорука точності

Крім того, зразки повинні бути ретельно очищені від забруднень вуглецю з клею і грунту. Це особливо важливо для дуже старих матеріалів. Якщо 1% елемента в пробі віком 50 тис. Років відбуватиметься з сучасного забруднювача, вона буде датована як сорокатисячелетняя.

З цієї причини дослідники постійно розробляють нові методи ефективного очищення матеріалів. Вони можуть зробити істотний вплив на результат, який дає радіовуглецевий аналіз. Точність методу істотно зросла з розвитком нового способу очищення активованим вугіллям ABOx-SC. Це дозволило, наприклад, віддалити дату прибуття перших людей в Австралії більш ніж на 10 тис. Років.

Відео: метод датування. Міфи про еволюцію людини.

Радіовуглецевий аналіз: критика

Метод, який доводить, що з моменту виникнення Землі минуло набагато більше 10 тис. Років, згаданих в Біблії, неодноразово піддавався критиці креационистов. Наприклад, вони стверджують, що за 50 тис. Років в зразках не повинно залишитися вуглецю-14, але в вугіллі, нафті та природному газі, вік яких, імовірно складає мільйони років, містяться вимірні кількості цього ізотопу, що підтверджує радіовуглецевий аналіз. похибка вимірювань при цьому більше фонової радіації, від якої неможливо позбутися в лабораторії. Т. е. Зразок, в якому не міститься жодного атома радіоактивного вуглецю, покаже дату в 50 тис. Років. Однак цей факт не ставить під сумнів датування об`єктів і тим більше не свідчить про те, що нафта, вугілля та природний газ молодше цього віку.

Також креаціоністи відзначають деякі дивні речі радіовуглецевого аналізу. Наприклад, датування прісноводних молюсків визначила їх вік, як перевищує 2000 років, що, на їхню думку, дискредитує даний метод. Насправді встановлено, що молюски отримують більшу частину вуглецю з вапняку і гумусу, вміст ¹⁴C в яких дуже низька, так як ці мінерали дуже старі і не мають доступу до вуглецю повітря. Радіовуглецевий аналіз, точність якого в цьому випадку можна поставити під сумнів, в іншому відповідає дійсності. Деревина, наприклад, такої проблеми не має, т. К. Рослини отримують вуглець прямо з повітря, який містить повну дозу ¹⁴C.

Іншим аргументом, спрямованим проти методу, є той факт, що дерева здатні утворювати за один рік більше одного кільця. Це дійсно так, але частіше трапляється так, що вони взагалі не формують річних кілець. Остиста сосна, на основі якої проведено більшість вимірів, має на 5% кілець менше, ніж її фактичний вік.

встановлення дати

Радіовуглецевий аналіз - це не тільки метод, але і захоплюючі відкриття в нашому минулому і сьогоденні. Метод дозволив археологам розташувати знахідки в хронологічному порядку без необхідності наявності письмових записів або монет.

У 19 і початку 20 століття неймовірно терплячі і обережні археологи пов`язували кераміку і кам`яні знаряддя різних географічних районів шляхом пошуку подібності в формі і візерунках. Потім, використовуючи ідею про те, що стилі об`єктів еволюціонували і ставали все більш складними з плином часу, вони могли їх розмістити по порядку.

Таким чином, великі купольні гробниці (відомий як толоси) в Греції вважалися попередниками подібних структури на шотландському острові Мейсхау. Це підтримувало ідею про те, що класичні цивілізації Греції і Риму були в центрі всіх інновацій.

Відео: Радіовуглецевий аналіз артефактів

Однак в результаті проведення радіовуглецевих аналізів з`ясувалося, що шотландські гробниці були на тисячі років старше, ніж грецькі. Північні варвари були здатні проектувати складні структури, аналогічні класичним.

Іншими відомими проектами було віднесення Туринської плащаниці до середньовічного періоду, датування сувоїв Мертвого моря часом Христа, і кілька спірна періодизація малюнків в печері Шові віком 38 000 calBP (близько 32 000 ВР), на тисячі років раніше, ніж очікувалося.

Радіовуглецевий аналіз також застосовувався при визначенні часу вимирання мамонтів і вніс свій внесок в суперечки з приводу того, чи зустрічалися сучасні люди і неандертальці чи ні.

ізотоп ¹⁴З використовується не тільки для визначення віку. Метод радіовуглецевого аналізу дозволяє досліджувати циркуляцію океану і простежити рух ліків по всьому тілу, але це тема іншої статті.