Еще раз про радиоуглеродный метод определения возраста

У вас на антресолях лежит коробка, в ней 16 000 руб. Через месяц вы вдруг обнаруживаете, что половина рублей куда-то пропала, осталось 8 000. Еще через месяц – исчезла половина остатка, и теперь в коробке 4 000. Когда ещё через месяц в коробке остались 2000, вы начинаете подозревать, что действует некий механизм «полураспада» (возможно, вы даже знаете его имя и фамилию), из-за которого каждый месяц остаток денег уменьшается на половину, «полураспадается». Или, по-научному - период полураспада, равный, по результатам наблюдений, 1 месяцу.

Несложно рассчитать, что через год останется 4 руб., а еще через 3 месяца последний рубль превратится в копейки.

У вашего приятеля под кроватью - точно такая же коробка. Если допустить, что в природе действует некий общий механизм, то, подсчитав остаток денег в коробке приятеля, например, 500 руб., можно определить по таблице «возраст коробки» - 5 месяцев.

Именно по такому принципу работает и радиоуглеродный метод определения возраста, в качестве счетчика вместо рублей из коробки – изотоп углерода, С14, он же радиоуглерод.

Радиоуглеродный метод

Изотопы С14 в атмосфере присутствуют постоянно. Очень-очень мало, но есть. Как и положено нормальным изотопам, они постоянно полураспадаются. И также постоянно в высоких слоях атмосферы возникают новые, и так десятки-сотни тысяч лет – сколько распалось, столько новых и появилось, процент содержания С14 ничтожно-ничтожно мал, но в целом стабилен.

Растения, мамонты, человеки и прочие живые и полуживые организмы встроены в общий на планете обмен веществ, внутри организмов с изотопами проходят те же самые процессы, что и в целом в атмосфере – «старые» изотопы распадаются, новые в процессе функционирования организма поглощаются.

В итоге процентное содержание обычного углерода С12 и его изотопа С14 (миллиардные доли процента) внутри живого организма и в атмосфере - одинаково.

Но. Стоит организму ненадолго отвлечься и помереть, приток новых С14 прекращается, а старые С14 продолжают распадаться. Только период полураспада не месяц, как в той коробке, а побольше, 5730 лет. И если определить текущий остаток С14 в найденном скелете, то, по аналогии с рублями в коробке, можно определить, когда этот организм прекратил функционировать.

Если анализ покажет, что в найденных останках, костях осталось 50% С14 от современного «живого» нормативного количества – значит, прошло 5730 лет. Если анализ покажет 25% - прошло ещё 5730 лет, возраст образца 11460 лет. И так далее.

Как видно, через 50 тыс. лет расчётное содержание изотопа - меньше 0,2%, и очередные 5 тыс. лет возраста разделяют всего 0,1%. Чем старше возраст – тем больше возможная ошибка. Если же обнаруженное в образце количество меньше 0,1% - лаборатории отказываются определять возраст. 55 000 – общепринятый максимальный возраст для этого метода.

В мире сейчас сто с лишним лабораторий, в России – 7 действующих, вполне достаточно.

В принципе, всё. За всё это изобретатель радиоуглеродного метода (в 1946) Уиллард Либби не сразу, но получил Нобелевскую премию (в 1960).

Напомню, что этим методом определяют возраст только погибшей органики - кости, шкурки, чешуя, пыльца, кора, засохший салат оливье, раковины, деревянные колесницы, натуральная ткань, мумии… Определить данным способом возраст железного меча – невозможно, разве только проанализировать засохшую кровь на нём и верить, что это боевой след, а не след от царапины порезавшегося через пару тысяч лет расхитителя могил.

Наивные вопросы, а ниже – примерные ответы на них.

1. «Единица измерения» - это период полураспада, 5,7 тыс. лет. В примере с коробкой период полураспада определить легко, понаблюдать за коробкой. А как можно рассчитать период полураспада свыше 5 тыс. лет и затем использовать в расчётах?

2. Вот сейчас процент изотопов в природе можно измерить, а что было этак 40 000 лет назад? А с какого атмосфера вообще была точно такой и не поменялась ли в ту или другую стороны за эти тыщи лет? Нет же запечатанной капсулы с пометкой «Проба воздуха в 38 123 г. до ихней эры».

3. Анализ образца посоха показал, что деревяшке 30 тыс. лет. А может, на этой палке через 10 тыс. лет посидела птичка, облегчилась и испортила всю датировку?

Период полураспада изотопов (или базу для последующей экстраполяции) можно определить только на основе наблюдений. Вот примеры.

Радий-219 = 0,001 сек

Магний-27 = 10 мин.

Золото-198 = 64 часа, 2,7 суток

Кобальт-60 = 5,26 лет

Радий-226 = 1620 лет

Углерод-14 = 5730 лет

Уран-238 = 4,47 млрд. лет

За исчезновением изотопа золота-198 можно понаблюдать и заметить опытным путём, что за 64 часа, меньше 3 суток, половина исчезла. Для остальных «долгих» изотопов используем экстраполяцию – предполагаем, что и в дальнейшем, включая десятки тысяч лет (или миллиарды – для урана-238), будет действовать тот же механизм распада, с той же линейной скоростью.

Конечно, идеально точный расчёт полураспада изотопов углерода или урана невозможен, более того, маленькая ошибка в наблюдениях может дать большую неправду в масштабе тысяч или миллионов лет.

К этому нужно добавить, что и сам полураспад происходит не по строгой математической формуле, а по «вероятностной». Есть ненулевая вероятность, что в наблюдаемом образце за период полураспада вообще ничего не распадётся или распадутся вообще все изотопы.

Но в целом, по результатам множества наблюдений – половина золота-198 куда-то девается за 64 часа.

По первым расчётам автора метода, Уилларда Либби, период полураспада С14 – 5568 лет, сейчас общепринятая величина 5730 плюс-минус 40 лет.

А так в атмосфере всегда было?

 Постоянен ли в атмосфере процент изотопов углерода?

«Старые» изотопы распадаются, откуда новые?

Нашу планету постоянно бомбят космические частицы, генерируют нейтроны, которые нападают в верхних слоях атмосферы на обычный атмосферный азот, в результате азот распадается на нестабильный углерод С14 и протон. Ничтожно-ничтожно мало в процентах, но постоянно.

Сразу вопрос – а всегда ли этот уровень изотопа С14 одинаков, из века в век?

Нет. Например, резкое увеличение изотопов углерода в атмосфере планеты произошло во второй половине прошлого века, из-за испытаний атомных бомб США, СССР и других «ядерных» стран, так называемый «бомбовый пик». Сейчас – практически всё вернулось к «норме».

Археологам XXV века будет интересно.

 Учёная из Японии, Мияке, измеряла содержание изотопа в разных годовых кольцах японских кедров и неожиданно обнаружила резкий всплеск С14 в 774-775 годах (Событие Мияке). А затем это же обнаружили в годовых кольцах по всему миру – Канада, Россия, Новая Зеландия.  А потом – в 993 году, потом ещё, всего – 9 экстремальных событий Мияке.

И наконец, совсем недавно, в октябре 2023, группа учёных, исследуя останки деревьев на берегу реки Друзе во французских Альпах, обнаружила невиданный всплеск, «радиоуглеродный шторм», случившийся 14 300 лет назад, который превысил все ранее известные экстремальные случаи.

Причин этих всплесков, теоретически, три.

1. Колоссальный взрыв на Солнце. Если сейчас, то, возможно, вышло бы из строя всё электрическое, кроме Нокии-3310 и холодильника «ЗиЛ».

2. Взрыв сверхновой звезды или обычной «Звезды смерти» в далёкой-далёкой галактике - природный или техногенный гамма-всплеск, случившийся в глубоком космосе и долетевший и до нашей планеты.

3. Реальная причина, скрываемая официальной наукой – у инопланетян-рептилоидов сломался послегарантийный ядерный реактор.

Итог: Один из важнейших столпов радиоуглеродного метода, что атмосфера и процентное соотношение в ней С12 и С14 постоянны много-много тысяч лет – это Вера в это. Иначе метод разваливается. Не надо, пригодится в хозяйстве.

Чистота образцов и достоверность метода

 Перед анализом образец тщательно очищают от явных примесей, с максимально возможным соблюдением стерильности.

Методика анализа различается в зависимости от конкретного материала, например, некоторые образцы в процессе анализа сжигаются в закрытой ёмкости, после чего шаман наблюдает за дымом применяется спектрометр и другая необходимая аппаратура.

 Самый лучший способ убедиться в достоверности метода – сравнить полученный возраст артефакта с его же датировкой из других источников.

При представлении образца для анализа радиоуглеродным методом в лабораторию заполняется анкета – кто сдаёт, место обнаружения и так далее. Самый замечательный вопрос в анкете ряда зарубежных лабораторий: «Укажите предполагаемый вами возраст образца».

 Сторонники метода приводят данные о большом количестве проведенных исследований и достоверных результатов, подтвержденных историческими сведениями из летописей, дендрологическими кольцами.

Противники напоминают о существовании многочисленных фактов грубых ошибок, порой в тысячи раз. Например, анализ показал, что возраст свежей придорожной травы – тысячи лет. Сторонники метода стараются разобраться в причинах. Например, по поводу травы – трава усваивала углекислый газ из выхлопных газов автомобилей, а эти газы образовались при сгорании бензина, сделанного из древней нефти с нулевым содержанием С14, что в результате привело к искажению.

Широко известна фраза учёного Ренфрю: «Уроните щепотку пепла на ваши образцы, подготовленные к анализу, и вы получите радиоуглеродный возраст табака, из которого была сделана ваша сигарета».

Как минимум, нужно верить, что образец не содержит случайно попавших в него углеродных примесей из других тысячелетий.

Некоторые учёные, противники метода, допускают истинность самого метода, но считают, что в принципе нет хронологически чистых образцов - всё давным-давно перемешалось – как из-за естественного взаимопроникновения углерода из разных слоев-периодов, так и из-за геологических и природных катаклизмов.

Нередко упоминается, помимо землетрясений, и Всемирный Потоп, когда смешались не только люди, кони, но и элементы-изотопы в самых немыслимых комбинациях.

Учёные – сторонники метода время от времени корректируют расчётные таблицы определения возраста, делают калибровку метода для учета различных «радиоуглеродных штормов» и локальных особенностей конкретной местности, типа жаркого климата.

И тем не менее, радиоуглеродный метод определения возраста, при всех его погрешностях и допущениях, считается работающим методом теми специалистами, которые ему доверяют.

Предполагаю, что причина в том, что возможные ошибки датирования не принципиальны при построении различных архео-исторических конструкций. Ну, жил этот древний бегемот 18 000 или 24 000 лет назад, короче, по времени где-то между динозаврами и пирамидами, в общем, давным-давно это было.