Што такое радыёвуглеродным аналіз?

Радыёвуглеродным аналіз змяніў наша ўяўленне аб апошніх 50.000 гадоў. Прафесар Ўілард Лібі ўпершыню прадэманстраваў яго ў 1949 годзе, за што пазней быў ганараваны Нобелеўскай прэміі.

метад датыроўкі

Сутнасць радыёвуглеродным аналізу складаецца ў параўнанні трох розных ізатопаў вугляроду. Ізатопы канкрэтнага элемента маюць аднолькавы лік пратонаў у ядры, але розны лік нейтронаў. Гэта азначае, што пры вялікай хімічнай падабенстве яны валодаюць рознымі масамі.

Агульная маса ізатопа пазначаецца лічбавым індэксам. У той час як больш лёгкія ізатопы ¹² С і ¹³ З стабільныя, самы цяжкі ізатоп ¹⁴ C (радиоуглерод) радыёактыўны. Яго ядро настолькі вялікае, што яно з'яўляецца нестабільным.

З цягам часу ¹⁴ C - аснова радыёвуглеродным аналізу - распадаецца на азот ¹⁴ N. Большая частка вугляроду-14 ствараецца ў верхніх пластах атмасферы, дзе нейтроны, якія ўтвараюцца пад дзеяннем касмічных прамянёў, ўступаюць у рэакцыю з атамамі ¹⁴ N.

Затым ён акісляецца ў ¹⁴ СА _2, пранікае ў атмасферу і змешваецца з ¹² CO ₂ і ¹³ CO _2. Вуглякіслы газ выкарыстоўваецца раслінамі ў працэсе фотасінтэзу, а адтуль праходзіць праз харчовы ланцуг. Таму ўсякае расліна і жывёла ў гэтым ланцугу (у тым ліку людзей) будзе мець роўнае колькасць ¹⁴ С у параўнанні з ¹² С у атмасферы (стаўленне ¹⁴ С: ¹² С).

абмежаванні метаду

Калі жывыя істоты паміраюць, тканіна больш не замяняецца, а радыеактыўны распад ¹⁴ C становіцца відавочным. Праз 55 тысяч гадоў ¹⁴ C распадаецца настолькі, што яго рэшткі ўжо немагчыма вымераць.

Што такое радыёвуглеродным аналіз? Радыеактыўны распад можа быць выкарыстаны ў якасці «часоў», бо ён не залежыць ад фізічных (напрыклад, тэмпературы) і хімічных (напрыклад, ўтрымання вады) умоў. За 5730 гадоў распадаецца палова ¹⁴ C, якая змяшчаецца ва ўзоры.

Таму, калі вядома суадносіны ¹⁴ C: ¹² C у момант смерці і сённяшнія суадносіны, то можна вылічыць, колькі часу прайшло. На жаль, вызначыць іх не так проста.

Радыёвуглеродным аналіз: хібнасць

Колькасць ¹⁴ С у атмасферы, такім чынам, у расліны і жывёл, не заўсёды была пастаяннай. Напрыклад, яно вар'іруецца ў залежнасці ад таго, колькі касмічных прамянёў дасягае Зямлі. Гэта залежыць ад сонечнай актыўнасці і магнітнага поля нашай планеты.

На шчасце, можна вымераць гэтыя ваганні ў узорах, датаваных іншымі метадамі. Можна падлічыць гадавыя кольцы дрэў і змяненне ў іх зместу радиоуглерода. З гэтых дадзеных можна пабудаваць «калібровачнае крывую».

У цяперашні час вядуцца работы па яе пашырэнню і ўдасканаленні. У 2008 годзе можна было адкалібраваць толькі радыёвуглеродным даты да 26000 гадоў. Сёння крывая пашырана да 50000 гадоў.

Што можна вымераць?

Не ўсе матэрыялы могуць быць датаваныя гэтым метадам. Большасць, калі не ўсё, арганічных злучэнняў дазваляюць праводзіць радыёвуглеродным аналіз. Некаторыя неарганічныя рэчывы, такія як арагонитовая складнік ракавін, таксама могуць быць датаваныя, так як пры ўтварэнні мінерала выкарыстоўваўся вуглярод-14.

Матэрыялы, якія былі датаваныя з моманту стварэння метаду, ўключаюць драўняны вугаль, дрэва, галінкі, насенне, косці, ракавіны, скуру, торф, глей, глебу, валасы, кераміку, пылок, насценныя малюнкі, каралы, рэшткі крыві, тканіны, паперу, пергамент, смалы і ваду.

Радыёвуглеродным аналіз металу немагчымы, калі ў ім не змяшчаецца вуглярод-14. Выключэнне складаюць вырабы з жалеза, пры вырабе якіх выкарыстоўваецца вугаль.

двайны рахунак

З-за гэтага ўскладненні радыёвуглеродным даты прадстаўлены дваяк. Некалібраванае замеры падаюцца лікам гадоў да 1950 года (BP). Калібраваныя даты таксама прадстаўлены як да н. э., так і пасля, а таксама з дапамогай адзінкі calBP (калібраваная да цяперашняга часу, да 1950 года). Гэта «найлепшая ацэнка» фактычнага ўзросту ўзору, але неабходна мець магчымасць вярнуцца да старых дадзеных і адкалібраваць іх, паколькі новыя даследаванні пастаянна абнаўляюць калібровачнае крывую.

Колькасць і якасць

Другая цяжкасць складаецца ў вельмі нізкай распаўсюджанасці ¹⁴ С. Толькі ,0000000001% вугляроду ў сучаснай атмасферы ўяўляе сабой ¹⁴ C, што прычыняе неверагодныя складанасці для вымярэнняў і робіць яго надзвычай адчувальным да забруджванняў.

У першыя гады радыёвуглеродным аналіз прадуктаў распаду патрабаваў велізарных узораў (напрыклад, за палову сцегнавой косткі чалавека). Шматлікія лабараторыі цяпер выкарыстоўваюць мас-спектрометр з паскаральнікам (AMS), які можа выяўляць і вымяраць прысутнасць розных ізатопаў, а таксама падлічыць колькасць асобных атамаў вугляроду-14.

Гэты метад патрабуе менш за 1 г касцяной тканіны, але толькі нешматлікія краіны могуць дазволіць сабе больш, чым адзін або два AMS, кошт якіх перавышае 500 тыс. $. Напрыклад, Аўстралія мае толькі 2 такіх прыбора, якія здольныя вырабляць радыёвуглеродным аналіз, і яны недасяжныя для большай часткі свету, які развіваецца.

Чысціня - залог дакладнасці

Акрамя таго, ўзоры павінны быць старанна ачышчаны ад забруджванняў вугляроду з клею і глебы. Гэта асабліва важна для вельмі старых матэрыялаў. Калі 1% элемента ў спробе узростам 50 тыс. Гадоў будзе адбывацца з сучаснага забруджвальніка, яна будзе датавана як сорокатысячелетняя.

Па гэтай прычыне даследчыкі пастаянна распрацоўваюць новыя метады эфектыўнай ачысткі матэрыялаў. Яны могуць аказаць істотны ўплыў на вынік, які дае радыёвуглеродным аналіз. Дакладнасць метаду істотна ўзрасла з развіццём новага спосабу ачысткі актываваным вуглём ABOx-SC. Гэта дазволіла, напрыклад, аддаліць дату прыбыцця першых людзей у Аўстралію больш чым на 10 тыс. Гадоў.

Радыёвуглеродным аналіз: крытыка

Метад, які даказвае, што з моманту ўзнікнення Зямлі прайшло значна больш за 10 тыс. Гадоў, згаданых у Бібліі, неаднаразова падвяргаўся крытыцы крэацыяністаў. Напрыклад, яны сцвярджаюць, што за 50 тыс. Гадоў у узорах не павінна застацца вугляроду-14, але ў вугле, нафты і прыродным газе, узрост якіх, як мяркуецца складае мільёны гадоў, утрымліваюцца вымерна колькасці гэтага ізатопа, што пацвярджае радыёвуглеродным аналіз. Хібнасць вымярэнняў пры гэтым больш фонавай радыяцыі, ад якой немагчыма пазбавіцца ў лабараторыі. Т. е. Ўзор, у якім не змяшчаецца ні аднаго атама радыеактыўнага вугляроду, пакажа дату ў 50 тыс. Гадоў. Аднак гэты факт не ставіць пад сумнеў датыроўкі аб'ектаў і тым больш ня сьведчыць пра тое, што нафта, вугаль і прыродны газ маладзей гэтага ўзросту.

Таксама крэацыяністаў адзначаюць некаторыя дзівацтвы радыёвуглеродным аналізу. Напрыклад, датыроўка прэснаводных малюскаў вызначыла іх узрост, як які перавышае 2000 год, што, на іх думку, дыскрэдытуе дадзены метад. На самай справе ўстаноўлена, што малюскі атрымліваюць большую частку вугляроду з вапняка і перагною, утрыманне ¹⁴ C у якіх вельмі нізкая, так як гэтыя мінералы вельмі старыя і не маюць доступу да вуглярода паветра. Радыёвуглеродным аналіз, дакладнасць якога ў гэтым выпадку можна падвергнуць сумневу, у астатнім адпавядае рэчаіснасці. Драўніна, напрыклад, такой праблемы не мае, т. К. Расліны атрымліваюць вуглярод прама з паветра, які змяшчае поўную дозу ¹⁴ C.

Іншым аргументам, накіраваным супраць метаду, з'яўляецца той факт, што дрэвы здольныя ўтвараць за адзін год больш аднаго кальца. Гэта сапраўды так, але часцей здараецца так, што яны ўвогуле не фарміруюць гадавых кольцаў. Асцюкаватымі хвоя, на аснове якой праведзена большасць вымярэнняў, мае на 5% кольцаў менш, чым яе фактычны ўзрост.

ўсталяванне даты

Радыёвуглеродным аналіз - гэта не толькі метад, але і захапляльныя адкрыцця ў нашым мінулым і сучаснасці. Метад дазволіў археолагам размясціць знаходкі ў храналагічным парадку без неабходнасці наяўнасці пісьмовых запісаў або манет.

У 19 і пачатку 20 стагоддзя неверагодна цярплівыя і асцярожныя археолагі звязвалі кераміку і каменныя прылады розных геаграфічных раёнаў шляхам пошуку падабенства ў форме і узорах. Затым, выкарыстоўваючы ідэю аб тым, што стылі аб'ектаў эвалюцыянавалі і станавіліся ўсё больш складанымі з цягам часу, яны маглі іх размясціць па парадку.

Такім чынам, вялікія купальныя грабніцы (вядомы як Талоса) у Грэцыі лічыліся папярэднікамі падобных структуры на шатландскім востраве Мейсхау. Гэта падтрымлівала ідэю аб тым, што класічныя цывілізацыі Грэцыі і Рыма былі ў цэнтры ўсіх інавацый.

Аднак у выніку правядзення радыёвуглеродным аналізаў высветлілася, што шатландскія грабніцы былі на тысячы гадоў старэйшы, чым грэчаскія. Паўночныя варвары былі здольныя праектаваць складаныя структуры, аналагічныя класічным.

Іншымі вядомымі праектамі было аднясенне Турынскай плашчаніцы да сярэднявечнай перыяду, датыроўка скруткаў Мёртвага мора часам Хрыста, і некалькі спрэчная перыядызацыя малюнкаў у пячоры Шове ўзросце 38 000 calBP (каля 32 000 ВР), на тысячы гадоў раней, чым чакалася.

Радыёвуглеродным аналіз таксама ўжываўся пры вызначэнні часу вымірання мамантаў і ўнёс свой уклад у спрэчкі з нагоды таго, ці сустракаліся сучасныя людзі і неандэртальцы ці не.

Ізатоп ¹⁴ З выкарыстоўваецца не толькі для вызначэння ўзросту. Метад радыёвуглеродным аналізу дазваляе даследаваць цыркуляцыю акіяна і прасачыць рух лекаў па ўсім целе, але гэта тэма іншага артыкула.