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.
Изменение атмосферной концентрации изотопа 14 C, вызванное ядерными испытаниями. Синяя линия обозначает естественную концентрацию
Радиоуглеродный метод абсолютной геохронологии применяется для датирования новейших отложений (до 60-80 тыс. лет) с высоким содержанием органического материала, биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения соотношения содержания в материале радиоактивного изотопа углерода 14 С. Предложен Уиллардом Либби в 1946 году, получившим позднее за этот метод Нобелевскую премию по химии в 1960 году.
Радиоактивный 14 C испытывает бета-распад с периодом полураспада 5730±40 лет. Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме и измерив их текущее соотношение в образце, можно определить, сколько углерода-14 распалось и, таким образом, установить время, прошедшее с момента гибели организма.
Концентрация радиоуглерода (Δ 14 С - отклонение от уровня международного стандарта радиоуглерода) в образцах долгоживущих деревьев известного возраста, измеренная с высокой точностью в блоках древесины по 10-летиям за 4500 лет.
Изначально предполагалось, что соотношение изотопов углерода в атмосфере во времени и пространстве не меняется, а содержание изотопов в живых организмах в точности соответствует текущему состоянию атмосферы. На самом деле, содержание изотопа 14 C зависит от радиационной обстановки, которая меняется во времени из-за колебания уровня солнечной радиации, и в пространстве, вследствие неодинакового распространения радиоактивных веществ на поверхности Земли и событий, связанных с радиоактивными отходами и испытаниями ядерного оружия (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 XX века). Соотношение 14 C/ 12 C зависит и от общей концентрации СO 2 в атмосфере, которая также не является постоянной. Все эти естественные колебания, однако, не очень велики по амплитуде и с определенной степенью точности могут быть учтены. Таким образом, полученный в результате радиоуглеродный возраст до процедуры калибровки не является абсолютным. Детальными исследованиями получена калибровочная кривая , позволяющая переводить радиоуглеродные годы в абсолютные .
На сегодняшний день на историческом интервале (от десятков лет до 60-70 тысяч лет) радиоуглеродный метод можно считать достаточно надёжным и качественно откалиброванным независимым методом датирования предметов органического происхождения. Единственной его проблемой является загрязнение образцов посторонним углеродом.
Технология датирования
Радиоуглеродным методом датируются почвы, торфы, угли, раковины моллюсков, кости и другие объекты органического происхождения.
Количество изотопа 14 C может быть получено непосредственно из образца при помощи масс-спектроскопии, выявляющий все атомы массой 14, при этом могут использоваться крайне малые навески (до 1 мг). Специальный фильтр позволяет отличить 14 C и 14 N. Этот метод также называется AMC-датировкой. Он требует сложных высокочувствительных приборов, которыми обладает мало лабораторий и институтов.
Традиционный радиоуглеродный метод требует длительной подготовки образцов. В первую очередь, образец должен быть очищен от более молодых (например, корни деревьев) или более древних (обломки карбонатных пород и др.) источников углерода. Также образец промывается кислотным или щелочным раствором для удаления посторонних источников углерода, попавших в образец. Из костей путем разложения в HCl выделяется коллагеновая фракция, датировка по которой считается наиболее точной, т.к. карбонаты кости могут замещаться на более молодые при захоронении.
Наиболее точными являются датировки метода жидкостной сцинтилляции измерения активности 14 С. Для этого метода из образца получают бензол (C 6 H 6). В бензол добавляют специальное вещество – сцинтиллятор, – которое заряжается энергией электронов, высвобождающихся при распаде 14 С. Сцинтиллятор почти сразу испускает накопленную энергию в виде фотонов света. Свет можно улавливать с помощью фотоумножительной трубки. В сцинтилляционном счетчике имеются две такие трубки. Ложный сигнал можно выявить и исключить, как посланный лишь одной трубкой. Для изоляции счетчиков от фонового излучения, их помещают в свинцовый кожух, толщиной несколько сантиметров.
Радиоуглеродный анализ изменил наше представление о последних 50.000 лет. Профессор Уиллард Либби впервые продемонстрировал его в 1949 году, за что позже был удостоен Нобелевской премии.
Метод датировки
Суть радиоуглеродного анализа состоит в сравнении трех различных изотопов углерода. Изотопы конкретного элемента имеют одинаковое число протонов в ядре, но разное число нейтронов. Это означает, что при большой химической схожести они обладают разными массами.
Общая масса изотопа обозначается числовым индексом. В то время как более легкие изотопы 12 С и 13 С стабильны, самый тяжелый изотоп 14 C (радиоуглерод) радиоактивен. Его ядро настолько велико, что оно является нестабильным.
С течением времени 14 C - основа радиоуглеродного анализа - распадается на азот 14 N. Большая часть углерода-14 создается в верхних слоях атмосферы, где нейтроны, которые образуются под действием космических лучей, вступают в реакцию с атомами 14 N.
Затем он окисляется в 14 СО 2 , проникает в атмосферу и смешивается с 12 CO 2 и 13 CO 2 . Углекислый газ используется растениями в процессе фотосинтеза, а оттуда проходит через пищевую цепь. Поэтому всякое растение и животное в этой цепи (включая людей) будет иметь равное количество 14 С по сравнению с 12 С в атмосфере (отношение 14 С: 12 С).
Ограничения метода
Когда живые существа умирают, ткань больше не заменяется, а радиоактивный распад 14 C становится явным. Через 55 тысяч лет 14 C распадается настолько, что его остатки уже невозможно измерить.
Что такое радиоуглеродный анализ? может быть использован в качестве «часов», так как он не зависит от физических (например, температуры) и химических (например, содержания воды) условий. За 5730 лет распадается половина 14 C, содержащаяся в образце.
Поэтому, если известно соотношение 14 C: 12 C в момент смерти и сегодняшнее соотношение, то можно вычислить, сколько времени прошло. К сожалению, определить их не так просто.
Радиоуглеродный анализ: погрешность
Количество 14 С в атмосфере, следовательно, в растениях и животных, не всегда было постоянным. Например, оно варьируется в зависимости от того, сколько космических лучей достигает Земли. Это зависит от солнечной активности и магнитного поля нашей планеты.
К счастью, можно измерить эти колебания в образцах, датированных другими методами. Можно подсчитать годичные кольца деревьев и изменение в них содержания радиоуглерода. Из этих данных можно построить «калибровочную кривую».
В настоящее время ведутся работы по ее расширению и совершенствованию. В 2008 году можно было откалибровать только радиоуглеродные даты до 26000 лет. Сегодня кривая расширена до 50000 лет.
Что можно измерить?
Не все материалы могут быть датированы этим методом. Большинство, если не все, органических соединений позволяют проводить радиоуглеродный анализ. Некоторые неорганические вещества, такие как арагонитовая составляющая раковин, также могут быть датированы, так как при образовании минерала использовался углерод-14.
Материалы, которые были датированы с момента создания метода, включают дерево, ветки, семена, кости, раковины, кожу, торф, ил, почву, волосы, керамику, пыльцу, настенные рисунки, кораллы, остатки крови, ткани, бумагу, пергамент, смолы и воду.
Радиоуглеродный невозможен, если в нем не содержится углерод-14. Исключение составляют изделия из железа, при изготовлении которых используется уголь.
Двойной счет
Из-за этого осложнения радиоуглеродные даты представлены двояко. Некалиброванные замеры подаются числом лет до 1950 года (BP). Калиброванные даты также представлены как до н. э., так и после, а также с помощью единицы calBP (калиброванная до настоящего времени, до 1950 года). Это «наилучшая оценка» фактического возраста образца, но необходимо иметь возможность вернуться к старым данным и откалибровать их, поскольку новые исследования постоянно обновляют калибровочную кривую.
Количество и качество
Вторая трудность состоит в крайне низкой распространенности 14 С. Только 0,0000000001% углерода в современной атмосфере представляет собой 14 C, что причиняет невероятные сложности для измерений и делает его чрезвычайно чувствительным к загрязнениям.
В первые годы радиоуглеродный анализ продуктов распада требовал огромных образцов (например, половины бедренной кости человека). Многие лаборатории теперь используют масс-спектрометр с ускорителем (AMS), который может обнаруживать и измерять присутствие различных изотопов, а также подсчитать количество отдельных атомов углерода-14.
Этот метод требует менее 1 г костной ткани, но лишь немногие страны могут позволить себе больше, чем один или два AMS, стоимость которых превышает 500 тыс. $. Например, Австралия имеет лишь 2 таких прибора, которые способны производить радиоуглеродный анализ, и они недостижимы для большей части развивающегося мира.
Чистота - залог точности
Кроме того, образцы должны быть тщательно очищены от загрязнений углерода из клея и почвы. Это особенно важно для очень старых материалов. Если 1 % элемента в пробе возрастом 50 тыс. лет будет происходить из современного загрязнителя, она будет датирована как сорокатысячелетняя.
По этой причине исследователи постоянно разрабатывают новые методы эффективной очистки материалов. Они могут оказать существенное влияние на результат, который дает радиоуглеродный анализ. Точность метода существенно возросла с развитием нового способа очистки активированным углем ABOx-SC. Это позволило, например, отдалить дату прибытия первых людей в Австралию более чем на 10 тыс. лет.
Радиоуглеродный анализ: критика
Метод, доказывающий, что с момента возникновения Земли прошло гораздо больше 10 тыс. лет, упомянутых в Библии, неоднократно подвергался критике креационистов. Например, они утверждают, что за 50 тыс. лет в образцах не должно остаться углерода-14, но в угле, нефти и природном газе, возраст которых, предположительно составляет миллионы лет, содержатся измеримые количества этого изотопа, что подтверждает радиоуглеродный анализ. при этом больше фоновой радиации, от которой невозможно избавиться в лаборатории. Т. е. образец, в котором не содержится ни одного атома радиоактивного углерода, покажет дату в 50 тыс. лет. Однако этот факт не ставит под сомнение датировку объектов и тем более не свидетельствует о том, что нефть, уголь и природный газ моложе этого возраста.
Также креационисты отмечают некоторые странности радиоуглеродного анализа. Например, датировка пресноводных моллюсков определила их возраст, как превышающий 2000 лет, что, по их мнению, дискредитирует данный метод. На самом деле установлено, что моллюски получают большую часть углерода из известняка и гумуса, содержание 14 C в которых очень низкое, так как эти минералы очень старые и не имеют доступа к углероду воздуха. Радиоуглеродный анализ, точность которого в этом случае можно подвергнуть сомнению, в остальном соответствует действительности. Древесина, например, такой проблемы не имеет, т. к. растения получают углерод прямо из воздуха, который содержит полную дозу 14 C.
Другим аргументом, направленным против метода, является тот факт, что деревья способны образовывать за один год более одного кольца. Это действительно так, но чаще случается так, что они вообще не формируют годичных колец. Остистая сосна, на основе которой проведено большинство измерений, имеет на 5 % колец меньше, чем ее фактический возраст.
Установление даты
Радиоуглеродный анализ - это не только метод, но и захватывающие открытия в нашем прошлом и настоящем. Метод позволил археологам расположить находки в хронологическом порядке без необходимости наличия письменных записей или монет.
В 19 и начале 20 века невероятно терпеливые и осторожные археологи связывали керамику и каменные орудия различных географических районов путем поиска сходства в форме и узорах. Затем, используя идею о том, что стили объектов эволюционировали и становились все более сложными с течением времени, они могли их разместить по порядку.
Таким образом, большие купольные гробницы (известный как толосы) в Греции считались предшественниками подобных структуры на шотландском острове Мейсхау. Это поддерживало идею о том, что классические цивилизации Греции и Рима были в центре всех инноваций.
Однако в результате проведения радиоуглеродных анализов выяснилось, что шотландские гробницы были на тысячи лет старше, чем греческие. Северные варвары были способны проектировать сложные структуры, аналогичные классическим.
Другими известными проектами было отнесение Туринской плащаницы к средневековому периоду, датировка свитков Мертвого моря временем Христа, и несколько спорная периодизация рисунков в возрастом 38 000 calBP (около 32 000 ВР), на тысячи лет раньше, чем ожидалось.
Радиоуглеродный анализ также применялся при определении времени вымирания мамонтов и внес свой вклад в споры по поводу того, встречались ли современные люди и неандертальцы или нет.
Изотоп 14 С используется не только для определения возраста. Метод радиоуглеродного анализа позволяет исследовать циркуляцию океана и проследить движение лекарств по всему телу, но это тема другой статьи.
May 12th, 2013
Все, что дошло до нас от язычества, окутано густым туманом; оно принадлежит к тому промежутку бремени, который мы не в силах измерить. Мы знаем, что оно древнее христианства, но на два года, на двести лет или на целое тысячелетие – здесь мы можем только гадать. Расмус Ниерап, 1806.
Многие из нас запуганы наукой. Радиоуглеродная датировка как один из результатов развития ядерной физики является примером такого феномена. Этот метод имеет важное значение для разных и независимых научных дисциплип, таких, как гидрология, геология, наука об атмосфере и археология. Однако мы оставляем понимание принципов радиоуглеродной датировки научным специалистам и слепо соглашаемся с их выводами из уважения к точности их оборудования и восхищения их интеллектом.
На самом деле принципы радиоуглеродной датировки поразительно просты и легкодоступны. Более того, представление о радиоуглеродной датировке как о «точной науке» является ошибочным, и, по правде говоря, лишь немногие ученые придерживаются такого мнения. Проблема в том, что представители многих дисциплин, пользующиеся радиоуглеродной датировкой в хронологических целях, не понимают ее природы и назначения. Давайте разберемся в этом.
Принципы радиоуглеродной датировки
Уильям Фрэнк Либби и члены его команды разработали принципы радиоуглеродной датировки в 1950-е годы. К 1960 году их работа была завершена, и в декабре этого года Либби был номинирован на Нобелевскую премию по химии. Один из ученых, участвовавших в его выдвижении, отметил:
«Редко случалось так, что одно открытие в области химии оказывало такое влияние на разные области человеческих знаний. Очень редко отдельное открытие привлекало столь широкий интерес».
Либби обнаружил, что нестабильный радиоактивный изотоп углерода (С 14) с предсказуемой скоростью распадается на стабильные изотопы углерода (С12 и С13). Все три изотопа встречаются в атмофере в естественном виде в следующих пропорциях; С12 – 98,89%, С13 – 1,11% и С14 – 0,00000000010%.
Стабильные изотопы углерода С12 и С13 образовались вместе со всеми остальными атомами, из которых состоит наша планета, то есть очень и очень давно. Изотоп С14 образуется в микроскопических количествах в результате еже- , дневной бобмардировки солнечной атмосферы космическими лучами. При соударении с определенными атомами космические лучи разрушают их, в результате чего нейтроны этих атомов переходят в свободное состояние в земной атмосфере.
Изотоп С14 образуется, когда один из таких свободных нейтронов сливается с ядром атома азота. Таким образом, радиоуглерод представляет собой «изотоп Франкенштейна», сплав разных химических элементов. Затем атомы С14, которые образуются с постоянной скоростью, подвергаются окислению и проникают в биосферу в процессе фотосинтеза и естественной цепочки питания.
В организмах всех живых существ отношение изотопов С12 и С14 равно атмосферному отношению этих изотопов в их географическом регионе и поддерживается скоростью их метаболизма. Однако после смерти организмы перестают накапливать углерод, и поведение изотопа С14 с этого момента становится интересным. Либби установил, что период полураспада С14 составляет 5568 лет; еще через 5568 лет распадается половина оставшихся атомов изотопа.
Таким образом, поскольку первоначальное отношение изотопов С12 и С14 является геологической постоянной, возраст образца можно определить, измерив количество остаточного изотопа С14. К примеру, если в образце присутствует некоторое первоначальное количество С14, значит, дата смерти организма определяется двумя периодами полураспада (5568 + 5568), что соответствует возрасту 10 146 лет.
В этом заключается основной принцип радиоуглеродной датировки как инструмента археологии. Радиоуглерод абсорбируется в биосфере; он прекращает накапливаться со смертью организма и распадается с определенной скоростью, которую можно измерить.
Иными словами, соотношение С 14 /С 12 постепенно падает. Таким образом мы получаем «часы», которые начинают идти с момента смерти живого существа. Очевидно, что эти часы действуют только для мертвых тел, которые когда-то были живыми существами. Например, их нельзя использовать для определения возраста вулканических пород.
Скорость распада С 14 такова, что половина этого вещества превращается обратно в N 14 в течение 5730±40 лет. Это и есть так называемый «период полураспада». За два периода полураспада, то есть за 11460 лет, останется только четверть изначального количества. Таким образом, если соотношение С 14 /С 12 в образце составляет четверть от соотношения в современных живых организмах, теоретически этот образец имеет возраст 11460 лет. Возраст же предметов старше 50 000 лет с помощью радиоуглеродного метода определить теоретически невозможно. Поэтому радиоуглеродное датирование не может показать возраст в миллионы лет. Если проба содержит С 14 , это уже свидетельствует о том, что ее возраст меньше миллионов лет.
Однако все не так просто. Во-первых, растения хуже усваивают углекислый газ, содержащий С 14 . Следовательно, они накапливают его меньше ожидаемого и поэтому при тестировании кажутся старше, чем есть на самом деле. Более того, различные растения по-разному усваивают С 14 , и на это тоже следует делать поправку. 2
Во-вторых, соотношение С 14 /С 12 в атмосфере не всегда было постоянным – например, оно снизилось с наступлением индустриальной эпохи, когда вследствие сжигания огромных количеств органического топлива высвободилась масса углекислого газа, обедненного С 14 . Соответственно, организмы, умершие в этот период, в рамках радиоуглеродного датирования кажутся старше. Затем произошло увеличение содержания С 14 О 2 , связанное с наземными ядерными испытаниями 1950-х годов, 3 вследствие чего организмы, умершие в этот период, стали казаться моложе, чем были на самом деле.
Измерения содержания С 14 в объектах, чей возраст точно установлен историками (например, зерно в гробницах с указанием даты захоронения) позволяют оценить уровень С 14 в атмосфере того времени и, таким образом, частично «подправить ход» радиоуглеродных «часов». Соответственно, радиоуглеродное датирование, проведенное с учетом исторических данных, может дать весьма плодотворные результаты. Однако даже с такой «исторической настройкой» археологи не считают даты, полученные радиоуглеродным методом, абсолютным – из-за частых аномалий. Они больше полагаются на методы датирования, связанные с историческими летописями.
За пределами исторических данных «настройка» «часов» С 14 не представляется возможной
В лаборатории
С учетом всех этих неопровержимых фактов крайне странно видеть в журнале «Радиоуглерод» (где публикуются результаты радиоуглеродных исследований по всему миру) следующее утверждение:
«Шесть уважаемых лабораторий выполнили 18 анализов возраста древесины из Шелфорда в графстве Чешир. Оценки варьируют от 26 200 до 60 000 лет (до настоящего времени), разброс составляет 34 600 лет».
Вот еще один факт: хотя теория радиоуглеродной датировки звучит убедительно, когда ее принципы применяются к лабораторным образцам, в игру вступает человеческий фактор. Это приводит к ошибкам, порой очень значительным. Кроме того, лабораторные образцы загрязняются фоновым излучением, изменяющим остаточный уровень С14, который подвергается измерению.
Как указал Ренфрю в 1973-м и Тейлор в 1986 году, метод радиоуглеродной датировки опирается на ряд необоснованных предположений, сделанных Либби во время разработки его теории. К примеру, в последние годы было много дискуссий о периоде полураспада С14, якобы составляющем 5568 лет. В наши дни большинство ученых сходится на том, что Либби ошибался и что период полураспада С14 на самом деле составляет примерно 5730 лет, Расхождение в 162 года приобретает большое значение при датировке образцов тысячелетней давности.
Но вместе с Нобелевской премией по химии к Либби пришла полная уверенность в его новой системе. Его радиоуглеродные датировки археологических образцов из Древнего Египта уже были датированы, поскольку древние египтяне тщательно следили за своей хронологией. К сожалению, радиоуглеродный анализ давал слишком заниженный возраст, в некоторых случаях на 800 лет меньше, чем по данным исторической летописи. Но Либби пришел к поразительному выводу:
«Распределение данных показывает, что древнеегипетские исторические датировки до начала второго тысячелетия до нашей эры слишком завышены и, возможно, превышают истинные на 500 лет в начале третьего тысячелетия до нашей эры».
Это классический случай научного самомнения и слепой, почти религиозной веры в превосходство научных методов над археологическими. Либби ошибался, радиоуглеродный метод подвел его. Теперь эта проблема решена, но самопровозглашенная репутация метода радиоуглеродной датировки по-прежнему превышает уровень его надежности.
Мои исследования показывают, что с радиоуглеродной датировкой связаны две серьезные проблемы, которые и в наши дни могут привести к большим недоразумениям. Это (1) загрязнение образцов и (2) изменение уровня С14 в атмосфере в течение геологических эпох.
Эталоны радиоуглеродного датирования. Значение эталона, принятого при расчёте радиоуглеродного возраста образца, прямо влияет на полученную величину. По результатам детального анализа опубликованной литературы установлено, что при радиоуглеродном датировании применялось несколько эталонов. Наиболее известные из них: эталон Андерсона (12,5 dpm/g), эталон Либби (15,3 dpm/g) и современный эталон (13,56 dpm/g).
Датирование ладьи фараона. Древесина ладьи фараона Sesostris III датировалась радиоуглеродным методом на основе трёх эталонов. При датировании древесины в 1949 году на основе эталона (12,5 dpm/g) получен радиоуглеродный возраст 3700 +/- 50 ВР лет. Позднее Либби датировал древесину на основе эталона (15,3 dpm/g) . Радиоуглеродный возраст не изменился. В 1955 году Либби повторно датировал древесину ладьи на основе эталона (15,3 dpm/g) и получил радиоуглеродный возраст 3621 +/-180 ВР лет. При датировании древесины ладьи в 1970 году применён эталон (13,56 dpm/g) . Радиоуглеродный возраст почти не изменился и составил 3640 ВР лет. Приведённые нами фактические данные по датированию ладьи фараона можно проверить по соответствующим ссылкам на научные публикации.
Цена вопроса. Получение практически одного и того же радиоуглеродного возраста древесины ладьи фараона: 3621-3700 ВР лет на основе применения трёх эталонов, значения которых отличаются существенно, физически невозможно. Применение эталона (15,3 dpm/g) автоматически даёт увеличение возраста датируемого образца на 998 лет, по сравнению с эталоном (13,56 dpm/g), и на 1668 лет, по сравнению с эталоном (12,5 dpm/g). Из этой ситуации имеется всего два выхода. Признание того, что:
При датировании древесины ладьи фараона Sesostris III были осуществлены манипуляции с эталонами (древесина вопреки декларациям, датировалась на основе одного и того же эталона);
Ладья фараона Sesostris III волшебная.
Заключение. Суть рассмотренных явлений, названных манипуляциями, выражается одним словом – фальсификация.
После смерти содержание C 12 остается постоянным, а содержание C 14 уменьшается
Загрязнение образцов
Мэри Левайн объясняет:
«Загрязнением называется наличие в образце органического материала чуждого происхождения, который не был сформирован вместе с материалом образца».
На многих фотографиях раннего периода радиоуглеродного анализа изображены научные специалисты, которые курят сигареты во время сбора или обработки образцов. Не слишком умно с их стороны! Как указывает Ренфрю, «уроните щепотку пепла на ваши образцы, подготовленные к анализу, и вы получите радиоуглеродный возраст табака, из которого была сделана ваша сигарета».
Хотя в наши дни такая методологическая некомпетентность считается недопустимой, археологические образцы все равно страдают от загрязнения. Известные виды загрязнений и способы борьбы с ними обсуждаются в статье Тейлора (1987). Он делит загрязнения на четыре главные категории: 1) физически устранимые, 2) растворимые в кислотах, 3) растворимые в щелочах, 4) растворимые в растворителях. Все эти загрязнения, если не устранить их, сильно влияют на лабораторное определение возраста образца.
X. Э. Гоув, один из изобретателей метода акселераторной масс-спектрометрии (AMS), сделал радиоуглеродную датировку Туринской плащаницы. Он пришел к выводу, что волокна ткани, использованные для изготовления плащаницы, датируются 1325 годом.
Хотя Гоув и его коллеги совершенно уверены в аутентичности своего определения, многие, по очевидным причинам, считают возраст Туринской плащаницы гораздо более почтенным. Гоув со своими единомышленниками дал достойный ответ всем критикам, и если бы мне пришлось делать выбор, то я бы рискнул сказать, что научная датировка Туринской плащаницы, скорее всего, является точной. Но в любом случае, ураган критики, обрушившийся на этот конкретный проект, показывает, как дорого может стоить ошибка при радиоуглеродной датировке и с каким подозрением некоторые ученые относятся к этому методу.
Утверждалось, что образцы могли подвергнуться загрязнению более молодым органическим углеродом; методы очистки могли пропустить следы современных загрязнений. Роберт Хеджес из Оксфордского университета отмечает, что
«нельзя совершенно исключить небольшую систематическую погрешность».
Интересно, назвал бы он расхождение датировок, полученных разными лабораториями по образцу древесины из Шелфорда, «небольшой систематической погрешностью»? Разве не похоже, что нас снова дурачат ученой риторикой и заставляют поверить в совершенство существующих методов?
Леонсио Гарза-Вальдес, безусловно, придерживается такого мнения по отношению к датировке Туринской плащаницы. Все древние ткани покрыты биопластической пленкой в результате жизнедеятельности бактерий, которая, по мнению Гарза-Вальдеса, сбивает с толку радиоуглеродный анализатор. Фактически возраст Туринской плащаницы вполне может составлять 2000 лет, так как ее радиоуглеродную датировку нельзя считать окончательной. Необходимы дальнейшие исследования. Интересно отметить, что Гоув (хотя он расходится во мнениях с Гарза-Вальдесом) согласен, что такая критика служит основанием для новых исследований.
Цикл радиоуглерода (14С) в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли
Уровень С14 в земной атмосфере
Согласно «принципу одновременности» Либби, уровень С14 в любом конкретном географическом регионе является постоянным на всем протяжении геологической истории. Эта предпосылка была жизненно необходима для достоверности радиоуглеродного анализа на раннем этапе его развития. Действительно, для надежного измерения остаточного уровня С14 вам нужно знать, какое количество этого изотопа присутствовало в организме на момент его смерти. Но эта предпосылка, по мнению Ренфрю, является ошибочной:
«Однако теперь известно, что пропорциональное отношение радиоуглерода к обычному С12 не оставалось постоянным во времени и что до 1000 года до нашей эры отклонения так велики, что радиоуглеродные датировки могут заметно расходиться с действительностью».
Дендрологические исследования (изучение древесных колец) убедительно показывают, что уровень С14 в земной атмосфере за последние 8000 лет был подвержен значительным флуктуациям. Значит, Либби выбрал ложную константу и его исследования были основаны на ошибочных предположениях.
Возраст колорадской сосны, растущей в юго-западных регионах США, может достигать нескольких тысяч лет. Некоторые деревья, еще живые в наши дни, появились на свет 4000 лет назад. Кроме того, по бревнам, собранным в тех местах, где росли эти деревья, можно протянуть летопись древесных колец еще на 4000 лет в прошлое. Другими деревьями-долгожителями, полезными для дендрологических исследований, являются дуб и калифорнийская секвойя.
Как известно, ежегодно на срезе живого древесного ствола нарастает новое годичное кольцо. Подсчитав годичные кольца, можно узнать возраст дерева. Логично предположить, что уровень С14 в годичном кольце 6000-летнего возраста будет аналогичен уровню С14 в современной атмосфере. Но это не так.
К примеру, анализ годичных колец показал, что уровень С14 в земной атмосфере 6000 лет назад был существенно выше, чем сейчас. Соответственно, радиоуглеродные образцы, датируемые этим возрастом, оказались заметно моложе, чем на самом деле, на основании дендрологического анализа. Благодаря работе Ханса Суисса были составлены диаграммы коррекции уровня С14 для компенсации его флуктуации в атмосфере в разные периоды времени. Однако это значительно снизило достоверность радиоуглеродных датировок образцов, возраст которых превышает 8000 лет. У нас просто нет данных о содержании радиоуглерода в атмосфере до этой даты.
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
Про установки.
«Плохие» результаты?
Когда установленный «возраст» отличается от ожидаемого, исследователи поспешно находят повод объявить результат датирования недействительным. Широкая распространенность этого апостериорного доказательства показывает, что у радиометрического датирования имеются серьезные проблемы. Вудморапп приводит сотни примеров уловок, к которым прибегают исследователи, пытаясь объяснить «неподходящие» значения возраста.
Так, ученые пересмотрели возраст ископаемых останков Australopithecus ramidus. 9 Большинство образцов базальта, наиболее близко подходящего к слоям, в которых были найдены эти окаменелости, показало возраст около 23 миллионов лет по методу «аргон-аргон». Авторы решили, что эта цифра «слишком велика», если исходить из их представлений о месте этих окаменелостей в глобальной эволюционной схеме. Они рассмотрели базальт, располагавшийся подальше от окаменелостей, и, отобрав 17 из 26 образцов, получили приемлемый максимальный возраст в 4,4 миллиона лет. Остальные девять образцов показали опять-таки гораздо больший возраст, но экспериментаторы решили, что дело в загрязнении породы, и отвергли эти данные. Таким образом, на методы радиометрического датирования существенно влияет доминирующее в научных кругах мировоззрение «долгих эпох».
Аналогичная история связана с установлением возраста черепа примата (этот череп известен как образец KNM-ER 1470). 10, 11 Поначалу был получен результат 212–230 млн. лет, который, исходя из окаменелостей, был признан неверным («людей в то время еще не было»), после чего были предприняты попытки установления возраста вулканических пород в этом регионе. Через несколько лет, после опубликования нескольких различных результатов исследований, «сошлись» на цифре 2,9 млн. лет (хотя эти исследования включали в себя и отделение «хороших» результатов от «плохих» – как и в случае с Australopithecus ramidus).
Исходя из предвзятых представлений об эволюции человека, исследователи никак не могли примириться с мыслью, что череп 1470 «настолько стар». После изучения ископаемых останков свиньи в Африке антропологи с готовностью поверили в то, что череп 1470 на самом деле гораздо моложе. После того, как научная общественность утвердилась в этом мнении, дальнейшие исследования пород еще больше снизили радиометрический возраст этого черепа – до 1,9 млн. лет – и вновь отыскались данные, «подтверждающие» очередную цифру. Вот такая «игра в радиометрическое датирование»…
Мы не утверждаем, что эволюционисты сговорились подгонять все данные под наиболее удобный для себя результат. Конечно же, в норме дело обстоит совсем не так. Беда в другом: все данные наблюдения должны соответствовать доминирующей в науке парадигме. Эта парадигма – или, скорей, вера в миллионы лет эволюции от молекулы до человека – настолько прочно укрепилась в сознании, что никто не позволяет себе подвергнуть ее сомнению; напротив, говорят о «факте» эволюции. Вот под эту парадигму и должны подходить абсолютно все наблюдения. В результате исследователи, которые в глазах общественности выглядят «объективными и беспристрастными учеными», бессознательно отбирают именно те результаты наблюдений, которые согласуются с верой в эволюцию.
Нельзя забывать, что прошлое недоступно для нормального экспериментального исследования (серии опытов, проводимые в настоящем). Ученые не могут экспериментировать с событиями, происходившими когда-то. Измеряется не возраст пород – измеряются концентрации изотопов, причем их-то как раз можно измерить с высокой точностью. А вот «возраст» определяется уже с учетом предположений о прошлом, доказать которые невозможно.
Мы должны всегда помнить слова Бога, обращенные к Иову: «Где был ты, когда Я полагал основания земли?» (Иов 38:4).
Те, кто имеет дело с неписаной историей, собирают информацию в настоящем и таким образом пытаются воссоздать прошлое. При этом уровень требований к доказательствам гораздо ниже, чем в эмпирических науках, таких, как физика, химия, молекулярная биология, физиология и т.д.
Уильяме (Williams ), специалист по превращениям радиоактивных элементов в окружающей среде, установил 17 изъянов в методах изотопного датирования (по результатам этого датирования были изданы три весьма солидные труда, позволившие определить возраст Земли приблизительно в 4,6 миллиарда лет). 12 Джон Вудморапп остро критикует эти методы датирования 8 и разоблачает сотни связанных с ними мифов. Он убедительно доказывает, что немногие «хорошие» результаты, оставшиеся после того, как «плохие» данные были отфильтрованы, можно легко объяснить удачным совпадением.
«Какой возраст предпочитаете?»
В анкетах, предлагаемых радиоизотопными лабораториями, обычно спрашивается: «Каким, по-вашему, должен быть возраст данного образца?». Но что это за вопрос? В нем не возникало бы нужды, если бы техники датирования были абсолютно надежны и объективны. Вероятно, дело в том, что лаборатории знают о распространенности аномальных результатов и потому пытаются выяснить, насколько «хороши» получаемые ими данные.
Проверка методов радиометрического датирования
Если бы методы радиометрического датирования могли действительно объективно определять возраст пород, они срабатывали бы и в ситуациях, когда возраст нам точно известен; кроме того, различные методы давали бы согласованные результаты.
Методы датирования должны показывать достоверные результаты для предметов известного возраста
Есть целый ряд примеров, когда методы радиометрического датирования неверно устанавливали возраст пород (этот возраст был точно известен заранее). Один из таких примеров – калий-аргоновое «датирование» пяти потоков андезитовой лавы с горы Нгаурухо в Новой Зеландии. Хотя было известно, что лава один раз текла в 1949 году, три раза – в 1954 и еще один раз – в 1975, «установленные возрасты» варьировали от 0,27 до 3,5 млн. лет.
Все тот же ретроспективный метод породил следующее объяснение: когда порода отвердела, в ней остался «лишний» аргон из-за магмы (расплавленной породы). В светской научной литературе приводится масса примеров тому, как избыток аргона приводит к «лишним миллионам лет» при датировании пород известного исторического возраста. 14 Источником избыточного аргона, по всей видимости, служит верхняя часть мантии Земли, расположенная непосредственно под земной корой. Это вполне соответствует теории «молодой Земли» – у аргона было слишком мало времени, он просто не успел высвободиться. Но если избыток аргона привел к столь вопиющим ошибкам в датировании пород известного возраста, почему мы должны доверять этому же методу при датировании пород, возраст которых неизвестен ?!
Другие методы – в частности, использование изохрон, – включают в себя различные гипотезы о начальных условиях; но ученые все больше убеждаются в том, что даже такие «надежные» методы тоже приводят к «плохим» результатам. И тут снова выбор данных основан на предположении исследователя о возрасте той или иной породы.
Доктор Стив Остин (Steve Austin) , геолог, взял пробы базальта из нижних слоев Большого Каньона и из потоков лавы на краю каньона. 17 По эволюционной логике, базальт у края каньона должен быть на миллиард лет моложе базальта из глубин. Стандартный лабораторный анализ изотопов с применением изохронного датирования «рубидий-стронций» показал, что сравнительно недавний поток лавы на 270 млн. лет старше базальта из недр Большого Каньона – что, конечно же, абсолютно невозможно!
Проблемы методики
Изначально идея Либби опиралась на следующие гипотезы:
- 14C образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей, затем перемешивается в атмосфере, входя в состав углекислого газа. При этом процентное содержание 14C в атмосфере является постоянным и не зависит ни от времени, ни от места, несмотря на неоднородность самой атмосферы и распад изотопов.
- Скорость радиоактивного распада является постоянной величиной, измеряемой периодом полураспада в 5568 лет (предполагается, что за это время половина изотопов 14C превращается в 14N).
- Животные и растительные организмы строят свои тела из углекислоты, добываемой из атмосферы, и при этом живые клетки содержат тот же процент изотопа 14C, что находится в атмосфере.
- По смерти организма его клетки выходят из цикла углеродного обмена, но атомы изотопа 14C продолжают превращаться в атомы стабильного изотопа 12C по экспоненциальному закону радиоактивного распада, что и позволяет рассчитать время, прошедшее со времени смерти организма. Это время называется «радиоуглеродным возрастом» (или, для краткости, «РУ-возрастом»).
У этой теории, по мере накопления материала, стали появляться контрпримеры: анализ недавно умерших организмов иногда даёт очень древний возраст, или, наоборот, проба содержит столь огромное количество изотопа, что вычисления дают 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 тех случаях, когда истинный возраст можно проверить. Такие факты приводят к обоснованным сомнениям в случаях, когда РУ-метод применяется для датирования органических предметов неизвестного возраста, и РУ-датировка не может быть проверена. Случаи ошибочного определения возраста объясняются следующими известными 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):
- Непостоянство процентного содержания 14C в атмосфере. Содержание 14C зависит от космического фактора (интенсивность солнечного излучения) и земного (поступление в атмосферу «старого» углерода из-за горения и 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.
- Не доказано однородное распределение 14C в атмосфере. Скорость перемешивания атмосферы не исключает возможности существенных различий содержания 14C в разных географических регионах.
- Скорость радиоактивного распада изотопов может быть определена не вполне точно. Так, со времён Либби период полураспада 14C по официальным справочникам «изменился» на сотню лет, то есть, - на пару процентов (этому соответствует изменение РУ-возраста на полторы сотни лет). Высказывается предположение, что значение периода полураспада значительно (в пределах нескольких процентов) зависит от экспериментов, в которых он определяется.
- Изотопы углерода не являются вполне эквивалентными , клеточные мембраны могут использовать их избирательно: некоторые абсорбировать 14C, некоторые, наоборот, избегать его. Поскольку процентное содержание 14C ничтожно (один атом 14C к 10 миллиардам атомов 12C), даже незначительная избирательность клетки в изотопном отношении влечёт большое изменение РУ-возраста (колебание на 10 % приводит к ошибке примерно 600 лет).
- По смерти организма его ткани не обязательно выходят из углеродного обмена , участвуя в процессах гниения и диффузии.
- Содержание 14C в предмете может быть неоднородным. 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, 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 к столетним изменениям РУ-возраста.
Резюме
Радиоуглеродная датировка – это развивающийся научный метод. Однако на каждом этапе его развития ученые безоговорочно поддерживали его общую достоверность и замолкали лишь после выявления серьезных ошибок в оценках или в самом методе анализа. Не стоит удивляться ошибкам, если учитывать количество переменных, которые должен принять во внимание ученый: атмосферные флуктуации, фоновое излучение, рост бактерий, загрязнение и человеческая ошибка.
Как часть представительного археологического исследования, радиоуглеродная датировка по-прежнему имеет крайне важное значение; просто ее нужно поместить в культурную и историческую перспективу. Разве ученый имеет право сбрасывать со счетов противоречащие археологические свидетельства только потому, что его радиоуглеродная датировка указывает на другой возраст? Это опасно. Фактически многие египтологи поддержали предположение Либби о том, что хронология Древнего Царства составлена неправильно, так как это было «научно доказано». На самом деле Либби ошибался.
Радиоуглеродная датировка полезна в качестве дополнения к другим данным, и в этом заключается ее сильная сторона. Но пока не наступит день, когда все переменные окажутся под контролем, а все ошибки будут устранены, радиоуглеродные датировки не получат окончательного слова на археологических раскопках.
источники
Глава из книги К. Хэма, Д. Сарфати, К. Виланда под ред. Д. Баттена «КНИГА ОТВЕТОВ: РАСШИРЕННАЯ И ОБНОВЛЕННАЯ»
Грэм Хэнкок: Следы богов . М., 2006. Стр. 692-707.
В том числе и по этим причинам, описанным выше «всплывают» и возникают загадки Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -
