Радіокарбонове датировки в археологии: принцип действия.

Радіокарбонове датировки или радиоуглеродное датирование, радіовуглецевий метод — метод датування органічних речовин, заснований на визначенні відносного вмісту ізотопу ¹⁴С в природних об’єктах (найчастіше — вугіллі, деревині, остаткам костей и т. п). Самый распространенный метод датирования органических артефактов в современной археологии.

Первые даты

Метод был разработан Віллардом Либби и его коллегами в Чикагском университете в 1949 году. В 1960 году он получил Нобелевскую премию по химии за эту работу. Сначала он продемонстрировал точность даты радиоактивного изотопа, продатувавши древесину с древнеегипетской фараонської баржи, история которой была известна благодаря историческим документам.

Либби и Джеймс Арнольд приступили к тестированию теории радиоактивного датирования углерода, анализируя образцы с известными датами. Например, два образца, взятые с могил двух египетских фараонов, Джосера и Снеферу, приблизительная дата которых 2625 к н.е. плюс или минус 75 лет, датированные радиоактивными измерениями в среднем до 2800 к н.е. плюс-минус 250 лет. Эти результаты были опубликованы в 1949 году.

Следует подчеркнуть, что это стало возможным благодаря многолетним усилиям достаточно большого коллектива, который работал под руководством В. Либби в различных областях науки. Так, возможность превращения атмосферного азота при его бомбардировке нейтронами в изотоп углерода ¹⁴С была предсказана теоретически еще в середине 30-ых годов XX века. В лабораторных условиях такая реакция была проведена в 1940 году, примерно в это же время в верхних слоях атмосферы были зарегистрированы нейтроны, что рождаются под воздействием космического излучения. Таким образом, один из основных принципов радиоуглеродного датирования – ¹⁴С образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей – был сформулирован уже к началу сороковых годов XX века. Дальнейшие работы в этом направлении были прерваны Второй мировой войной, во время которой В. Либби принимал участие в Манхэттенском проекте. После войны был измерен период полураспада радіовуглецю и разработаны методы определения его активности в тканях растений и животных. Дело в том, что соотношение ¹⁴С с другими изотопами углерода в атмосфере составляет всего лишь один из 10¹² атомов. Соответственно и активность, обусловлена радиоуглерод, тоже очень низкая. Так что Нобелевская премия по химии, присужденную Віллардом Либби в 1960 году, стала знаком признания его заслуг в решении очень широкого круга теоретических и технических задач, пов’связанных с методом радиоуглеродного датирования.

Принцип действия

Встановлення відносного віку різних матеріалів з використанням ¹⁴С. При цьому вимірюється співвідношення ¹⁴С та ¹²С, которое сравнивается с соотношением, что устанавливается в высших слоях атмосферы при действии космических лучей. Когда организм живет, співвідношення ¹⁴C /¹²C в биомассе является постоянным (через обмен с тем, что образуется в атмосфере), когда же он умирает, то соотношение меняется в предполагаемый законами радиоактивного распада способ, что и позволяет определить время, который прошел от даты смерти.

Рослини поглинають вуглекислий газ (двуокись углерода) з повітря й зберігають його у своїх тканинах, деякі містять радіоактивний ізотоп вуглецю ¹⁴С. Впродовж життя організму вміст ¹⁴С в нем все время возобновляется, і співвідношення ¹⁴С до ¹²С остается постоянным. После гибели обмен со средой прекращается, поэтому относительная доля нестабильного изотопа уменьшается со временем. Стала концентрація ізотопу ¹⁴С в воздухе поддерживается за счет ядерной реакции, яка відбувається при бомбардуванні Землі космічними променями:

Оскільки період напіврозпаду ¹⁴С известный (~5730 лет), соответственно, час з моменту загибелі рослини можна встановити в лабораторії. Тварини накопичують ¹⁴С в організмі, поедая растения, таким образом и остатки животных можно датировать тем же методом.

Радиоуглеродное датирование реализуется посредством измерения радиоактивности радіовуглецю (радиометрическое) или соотношение масс изотопов углерода (масспектрометричне). Первое реализовано газовыми пропорциональными или жидкостно-сцинтиляційними счетчиками, второе масспектрометрами. Для всех существующих методов их чувствительность и невозможность отделить примеси ограничивают реальное применение радиоуглеродного датирования до 50-60 тысяч лет. После прохождения 120 тыс. років залишається так мало ¹⁴С, что измерения становятся невозможными.

При применении радиоуглеродного метода возможны ошибки. Поэтому одна изолированная дата, полученная с его помощью, не может служить основанием для серьезных историко-археологических выводов («одна дата — не дата»). Только проверка одних дат другими, полученными в разных лабораториях и на разных материалах, только наличие серий соответствующих друг другу радиоуглеродных дат, підкріплених стратиграфією палеолітичних пам’яток, позволяет считать их с большой вероятностью правильными и строить на этом выводы.

Наиболее известные датировки

Наверное, наибольшей известностью пользуется Туринская плащаница. Широко известно, что датировки проводились на ускорительных масс-спектрометрах в трех самых известных лабораториях (в Оксфорде, Цюрихе и Туссон), которые получили подобные результаты: с вероятностью 95% материал плащаницы был сделан в интервале от 1260 к 1390 года. Значительно меньше известно, что наряду с образцами плащаницы, в лабораториях анализировались три других образца тканей (плащ Людовика IX, сделан между 1240 и 1270 гг, саван из египетского погребения, сотканный около 1100 годы, и ткань, укутывают египетскую мумию, что датируется примерно 200 годом ). Во всех трех случаях полученные в лабораториях датировки совпали с исходными данными.

Среди наиболее известных артефактов, возраст которых был определен радиоуглеродным методом, следует упомянуть Кумранские свитки и несколько ранних рукописей Корана. Во всех этих случаях датировки подтвердили подлинность документов.

Большую популярность приобрел Тирольский ледяной человек Эци (Ötzi), мумия, обнаружена в леднике на севере Италии в 1991 году. Идеальное сохранность мумии позволила провести множество исследований, касающихся антропологических и исторических вопросов. Радиоуглеродное датирование показало, что Эци жил 3300 – 3000 лет до н. е. Отметим, что в вечной мерзлоте Сибири и Аляски было найдено несколько почти целых мумий мамонтов, бизонов, лошадей и даже один суслик. Все эти находки сразу же становились о’объектами комплексного изучения зоологов, ботаников, генетиков и, конечно же, специалистов в области радиоуглеродного датирования.

Важно привести и пример другого рода, когда предметом датирования становится не отдельный артефакт или уникальная находка, а крупномасштабное событие. Таким было извержение вулкана на острове Терра или Санторини. Возможно, что отголоски этого извержения попали в Библию под видом казней египетских. Традиционно, все эти события относится к 1500 года до н. е. Однако анализ многочисленных (более 150) радиоуглеродных датировок различных материалов из восточного Средиземноморья’я, ассоциированных со следами извержения и вызванного им цунами, включая и ветвь оливы, похоронен непосредственно пеплом, отодвигает дату более чем на сто лет назад, в конец XVII века до н. е.