С обственные технологии радиоуглеродного анализа в Украине стали развиваться в условиях отсутствия необходимых дорогостоящих материалов, химикатов и приборов.
В результате, была создана одновременно дешевая и надежная комплексная технология, которая занимает почти в 10 раз меньше времени, чем традиционная, принятая на Западе. Более того, мы можем определять возраст даже тех образцов, которые во всем мире датируют либо с огромным трудом и большими затратами, либо вообще отказываются их датировать.
После чернобыльской катастрофы содержание радиоуглерода в некоторых находках стало просто огромным; нам приходилось защищать древние низкофоновые образцы от воздействия высокоактивного техногенного радиоуглерода.
Новая ядерно-физическая установка, привезенная нам из Исландии профессором Полем Теодорсеном, отличается простотой, надежностью и высокой точностью. А еще - уточнять нужные даты нам помогает так называемый калибрационный график. Он был выстроен следующим образом. Деревья на Земле, умирая, накапливались слоями.
То есть, деревья росли, падали одно на другое, и так - на протяжении тысяч лет. А сколько лет складывался весь «многослойный пирог»? Это определили, сосчитав количество годичных колец в составе каждого дерева. Скажем, если перед нами 10 слоев, образованных 100-летними деревьями, то весь этот пласт накапливался тысячу лет...
Хронология была подтверждена радиоуглеродным анализом древесных слоев, осуществленным тремя ведущими лабораториями мира; Аризонской (США), лабораторией в Гренингене (Голландия) и Бернской в Швейцарии.
Теперь, определяя возраст образца, мы накладываем полученные данные о концентрации С-14 на калибрационную кривую - и в результате предельно уточняем истинный исторический «паспорт».
Кстати, калибрационная кривая показала, что концентрация радиоуглерода в атмосфере все же иногда колебалась.
Недавно мы заметно «удревнили» несколько икон, считавшихся поздними. Эта работа проводилась одновременно в трех лабораториях - в Швеции, в Голландии и у нас, чтобы не было сомнений в получаемых результатах. И результаты совпали в пределах допустимой ошибки измерения...
Оказалось, что на Украине существовали доселе неизвестные, очень древние школы иконописи; произведения высокой ценности, которая растет с возрастом иконы... И это лишь один из примеров того, сколь важен и необходим для археологов, историков, культурологов радиоуглеродный анализ. Анализ древесины
Когда первичные космические лучи, неустанно бомбардирующие Землю, попадают в ядра атомов в атмосфере Земли, они создают большое число вторичных частиц — пионов, протонов, нейтронов, мюонов, электронов, позитронов и фотонов. При столкновении нейтрона с ядром азота-14 (7 протонов и 7 нейтронов) образуется ядро углерода-14 (6 протонов и 8 нейтронов) и высвобождается протон (ядро атома водорода, один протон и ноль нейтронов). Углерод-14 — радиоактивный элемент. Период его полураспада составляет пять тысяч семьсот лет.
Углерод-14, который создают космические лучи, вступает в реакцию с кислородом и образует углекислый газ, усваиваемый растениями в процессе фотосинтеза. Люди и животные едят растения и тоже получают углерод-14. Относительное содержание углерода-14 по отношению к «обычному» (углероду-12) в атмосфере остается примерно постоянным (приблизительно 1:109), и в живых организмах соотношение примерно такое же. Атомы углерода-14 постоянно распадаются на азот-14 (и электрон), но в организм регулярно поступают новые. Так что пропорция всегда сохраняется.
Но как только организм умирает, углерод в него поступать перестает. И если на момент смерти соотношение содержания углерода-14 и обычного углерода известно, то со временем оно меняется, так как углерод-14 распадается (период полураспада составляет около 5700 лет), а «обычный» углерод — нет. Таким образом, определив отношение содержания углерода-14 и углерода-12, при помощи следующей формулы можно довольно точно определить возраст останков найденного организма.
t = x t½
ln — это натуральный логарифм, No/Nf — соотношение содержания углерода-14 в живой ткани и его содержания в образце, а t½ — период полураспада углерода-14 (5700 лет). Таким образом, если в образце всего 5% от нормального содержания углерода-14, получаем:
ln (1/0,05) = 2,996
2,996/0,693 = 4,32
4,32х5700 = 24624 (года)
Так как период полураспада углерода-14 составляет всего 5700 лет, подобная датировка будет точной только для ископаемых организмов, возраст которых не превышает 40−60 тысяч лет. Но тот же принцип датировки применяется и на базе других элементов — таких как калий-40 (период полураспада составляет 1,3 млрд. лет), уран-235 (704 млн. лет), уран-238 (4,5 млрд. лет) и т. д. C помощью датирования по урану-238 геологи, например, довольно точно определяют возраст гранитов.
Радиоуглеродное датирование исходит из предположения, что количество углерода-14 в атмосфере на протяжении последних 40−60 тысяч лет остается примерно постоянным. На самом деле оно колеблется, и поэтому можно рассчитать лишь примерный возраст. Чтобы определить возраст образцов с большей точностью, требуется знать содержание углерода-14 в атмосфере для различных эпох. Эти данные получают, анализируя находки, возраст которых можно точно определить — например, деревья с годичными кольцами и т. п.
Единственная проблема заключается в том, что для объектов, умерших после 1940 года, когда человечество открыло для себя ядерную энергию, из-за выбросов радиоактивных веществ в атмосферу подобная датировка будет неточной.
Метод радиоуглеродного датирования был предложен в 1950 году Уиллардом Либби. В 1960-м за изобретение этого метода Либби получил Нобелевскую премию по химии.
Что такое полураспад
Все атомы радиоактивных изотопов подвержены радиоактивному распаду, в результате которого они превращаются в атомы других элементов. Глядя на данный конкретный атом, мы не смогли бы определить, когда он распадется. Но если взять большое количество таких атомов, можно с уверенностью сказать, что половина из них наверняка распадется в течение вполне определенного промежутка времени. Это время и называется временем полураспада радиоактивного изотопа.
кэВУглерод-14 является одним из природных радиоактивных изотопов. 27 февраля 1940 года его впервые обнаружили во время своих экспериментов американские физики Мартин Дэвид Кеймен и Самуэл Рубен . Период его полураспада , составляющий 5730±30 лет, был установлен позже (Мартин Кеймен в своих первых экспериментах получил 2700 и 4000 лет , Либби в 1951 году принял срок полураспада в 5568±30 лет). Это позволило использовать данный изотоп для установления возраста радиоактивным путём в геологии при датировании биоматериалов возраста до 50 000 лет . Наиболее часто используется в ледниковой и постледниковой геологии, в археологии, а также в физике атмосферы, геоморфологии, гляциологии, гидрологии и почвоведении, в физике космических лучей, физике Солнца и в биологии, не только для датировок, но и как трассер различных природных процессов.
Углерод-14 образуется в атмосфере из азота-14 под воздействием космических лучей. Относительное содержание углерода-14 по отношению к «обычному» (углероду-12) в атмосфере остается примерно постоянным (приблизительно 1:10 12). Как и обычный углерод , 14 C вступает в реакцию с кислородом , образуя углекислый газ , который нужен растениям в процессе фотосинтеза . Люди и различные животные затем потребляют растения и изготовленные из них продукты в пищу, усваивая таким образом и углерод-14.
Образование и распад
Углерод-14 образуется в верхних слоях тропосферы и стратосферы в результате поглощения атомами азота-14 тепловых нейтронов , которые в свою очередь являются результатом взаимодействия космических лучей и вещества атмосферы:
См. также
Напишите отзыв о статье "Углерод-14"
Примечания
Отрывок, характеризующий Углерод-14
В десятом часу за Наташей и Петей приехали линейка, дрожки и трое верховых, посланных отыскивать их. Граф и графиня не знали где они и крепко беспокоились, как сказал посланный.Петю снесли и положили как мертвое тело в линейку; Наташа с Николаем сели в дрожки. Дядюшка укутывал Наташу и прощался с ней с совершенно новой нежностью. Он пешком проводил их до моста, который надо было объехать в брод, и велел с фонарями ехать вперед охотникам.
– Прощай, племянница дорогая, – крикнул из темноты его голос, не тот, который знала прежде Наташа, а тот, который пел: «Как со вечера пороша».
В деревне, которую проезжали, были красные огоньки и весело пахло дымом.
– Что за прелесть этот дядюшка! – сказала Наташа, когда они выехали на большую дорогу.
– Да, – сказал Николай. – Тебе не холодно?
– Нет, мне отлично, отлично. Мне так хорошо, – с недоумением даже cказала Наташа. Они долго молчали.
Ночь была темная и сырая. Лошади не видны были; только слышно было, как они шлепали по невидной грязи.
Что делалось в этой детской, восприимчивой душе, так жадно ловившей и усвоивавшей все разнообразнейшие впечатления жизни? Как это всё укладывалось в ней? Но она была очень счастлива. Уже подъезжая к дому, она вдруг запела мотив песни: «Как со вечера пороша», мотив, который она ловила всю дорогу и наконец поймала.
– Поймала? – сказал Николай.
– Ты об чем думал теперь, Николенька? – спросила Наташа. – Они любили это спрашивать друг у друга.
– Я? – сказал Николай вспоминая; – вот видишь ли, сначала я думал, что Ругай, красный кобель, похож на дядюшку и что ежели бы он был человек, то он дядюшку всё бы еще держал у себя, ежели не за скачку, так за лады, всё бы держал. Как он ладен, дядюшка! Не правда ли? – Ну а ты?
– Я? Постой, постой. Да, я думала сначала, что вот мы едем и думаем, что мы едем домой, а мы Бог знает куда едем в этой темноте и вдруг приедем и увидим, что мы не в Отрадном, а в волшебном царстве. А потом еще я думала… Нет, ничего больше.
– Знаю, верно про него думала, – сказал Николай улыбаясь, как узнала Наташа по звуку его голоса.
– Нет, – отвечала Наташа, хотя действительно она вместе с тем думала и про князя Андрея, и про то, как бы ему понравился дядюшка. – А еще я всё повторяю, всю дорогу повторяю: как Анисьюшка хорошо выступала, хорошо… – сказала Наташа. И Николай услыхал ее звонкий, беспричинный, счастливый смех.
– А знаешь, – вдруг сказала она, – я знаю, что никогда уже я не буду так счастлива, спокойна, как теперь.
– Вот вздор, глупости, вранье – сказал Николай и подумал: «Что за прелесть эта моя Наташа! Такого другого друга у меня нет и не будет. Зачем ей выходить замуж, всё бы с ней ездили!»
«Экая прелесть этот Николай!» думала Наташа. – А! еще огонь в гостиной, – сказала она, указывая на окна дома, красиво блестевшие в мокрой, бархатной темноте ночи.
Граф Илья Андреич вышел из предводителей, потому что эта должность была сопряжена с слишком большими расходами. Но дела его всё не поправлялись. Часто Наташа и Николай видели тайные, беспокойные переговоры родителей и слышали толки о продаже богатого, родового Ростовского дома и подмосковной. Без предводительства не нужно было иметь такого большого приема, и отрадненская жизнь велась тише, чем в прежние годы; но огромный дом и флигеля всё таки были полны народом, за стол всё так же садилось больше человек. Всё это были свои, обжившиеся в доме люди, почти члены семейства или такие, которые, казалось, необходимо должны были жить в доме графа. Таковы были Диммлер – музыкант с женой, Иогель – танцовальный учитель с семейством, старушка барышня Белова, жившая в доме, и еще многие другие: учителя Пети, бывшая гувернантка барышень и просто люди, которым лучше или выгоднее было жить у графа, чем дома. Не было такого большого приезда как прежде, но ход жизни велся тот же, без которого не могли граф с графиней представить себе жизни. Та же была, еще увеличенная Николаем, охота, те же 50 лошадей и 15 кучеров на конюшне, те же дорогие подарки в именины, и торжественные на весь уезд обеды; те же графские висты и бостоны, за которыми он, распуская всем на вид карты, давал себя каждый день на сотни обыгрывать соседям, смотревшим на право составлять партию графа Ильи Андреича, как на самую выгодную аренду.
Граф, как в огромных тенетах, ходил в своих делах, стараясь не верить тому, что он запутался и с каждым шагом всё более и более запутываясь и чувствуя себя не в силах ни разорвать сети, опутавшие его, ни осторожно, терпеливо приняться распутывать их. Графиня любящим сердцем чувствовала, что дети ее разоряются, что граф не виноват, что он не может быть не таким, каким он есть, что он сам страдает (хотя и скрывает это) от сознания своего и детского разорения, и искала средств помочь делу. С ее женской точки зрения представлялось только одно средство – женитьба Николая на богатой невесте. Она чувствовала, что это была последняя надежда, и что если Николай откажется от партии, которую она нашла ему, надо будет навсегда проститься с возможностью поправить дела. Партия эта была Жюли Карагина, дочь прекрасных, добродетельных матери и отца, с детства известная Ростовым, и теперь богатая невеста по случаю смерти последнего из ее братьев.
Радиоактивный изотоп углерода 14 С образуется в основном в верхних слоях земной атмосферы под действием быстрых нейтронов на природный азот по реакции 14 N(n,p) 14 C. Ядра,4 С распадаются с испусканием (3-частиц с максимальной энергией 156 кэВ. Период полураспада углерода-14 равен 5730 ± 30 лет.
В атмосфере образуется 3,4 10 26 атомов 14 С в год. Между его образованием и распадом всегда существовало равновесие, благодаря которому постоянно поддерживалась удельная активность углерода, свойственная живой материи. В смеси природных изотопов углерода на долю 14 С приходится 1,8 10 -10 %, что соответствует 0,23 Бк/г . В живых организмах происходят процессы обмена веществ, благодаря которым поддерживаетКосмогенные радионуклиды, образующиеся в атмосфере
Таблица 3.5
|
Радионуклид |
Период полураспада |
Характер распада, энергия частиц, МэВ |
Удельная активность в воздухе, Бк/10 3 м 3 |
Концентрация в атмосферных выпадениях, Бк/10 3 л |
|
2,6 10 6 лет |
Р (0.553) у (0.48) |
(4 - 40) 10~ 5 |
||
|
р + (95%)(0,54) Э.з*. (5%); у (1,28) |
||||
|
Р (1,37; 4,17) У (1,37; 2,75) |
||||
|
37 Аг |
Э.з., у (0,815) |
|||
|
41 Аг |
Р (1,245; 2,55) |
|||
|
Э.з., р (0,716) |
||||
|
р (1,11; 2,77; 4,81) у (1,60; 2,12) |
||||
|
р (1,65; 2,90) у (0,36; 1,31) |
||||
|
Р (0,15; 0,7) у (0,15; 0.54) |
* Э.з - электронный захват.
ся равновесная концентрация 14 С. После гибели организма обмен с окружающей средой прекращается, и запасы 14 С больше не пополняются. Археологи, находя останки древних растений, животных или человека, могут по соотношению 14 С и общего содержания углерода в найденных пробах установить возраст этих останков. Очевидно, при отборе проб для углеродного датирования важно в любом случае обеспечить изоляцию отбираемых проб от контакта с современным углеродом (в частности, со всегда присутствующим в воздухе газообразным диоксидом углерода), так как незначительная примесь современного углерода в исследуемой пробе может существенно исказить результаты датирования.
До 1850 г. радиоактивность сохранялась на уровне 13,5 распадов в минуту на 1 г углерода с некоторыми отклонениями от этой величины. Однако по крайней мере дважды после 1850 г. существовавшее равновесие подвергалось нарушениям .
Первый раз это произошло в связи с интенсификацией использования ископаемых горючих материалов в качестве источников энергии (каменный уголь, нефть, природный газ), что привело к выбросу в атмосферу больших количеств диоксида углерода, не содержавшего радиоактивный углерод в силу древнего происхождения этих горючих материалов (соединения с «мертвым углеродом»). Эти выбросы снизили содержание углеро- да-14 в диоксиде углерода атмосферы (эффект Зюсса) }