Радиоуглеродный метод датировки. Идея Либби.
«Вскоре после окончания второй мировой войны американец Уилард Фрэнк Либби опубликовал открытие, стяжавшее ему мировую славу и ныне увенчанное Гуггенгеймовской и Нобелевской премиями. Изучая взаимодействие искусственно получаемых нейтронов с атомами азота, Либби пришел к выводу (1946г.), что и в природе должны происходить такие же ядерные реакции, как в его опытах; нейтроны, выделяющиеся под воздействием космических лучей в атмосфере Земли, должны поглощаться атомами азота, образуя радиоактивный изотоп углерода - С14. Этот радиоактивный углерод примешивается в небольшом количестве к стабильным изотопам углерода С12 и С13 и вместе с ними образует молекулы углекислого газа, которые усваиваются организмами растений, а через них и животных, в том числе человека. Они должны быть как в тканях, так и в выделениях живых организмов.
Когда удалось (1947г.) уловить слабую радиоактивность зловонных испарений метана у сточных вод Балтимора, это явилось первым подтверждением догадки Либби. Затем была установлена радиоактивность растущих деревьев, морских раковин и пр. (1948-1949гг.). Как и всякий радиоактивный элемент, радиоактивный изотоп углерода распадается с постоянной, характерной для него скоростью. Поэтому его концентрация в атмосфере и биосфере непрерывно убывала бы (по Либби, вдвое за каждые 5568 лет), если бы убыль не пополнялась столь же непрерывно новообразованием С14 в атмосфере. Сколько убывает, столько и прибывает.
Но в эту удивительную взаимоуравновешенность и соразмерность природы врезается аккорд дисгармонии. Его вносит смерть. После смерти организма новый углерод в него уже не поступает (из воздуха в тело растения, с питанием в тело животного) и уменьшение концентрации С14 не восполняется радиоактивность мертвого органического тела (трупа, древесины, угля и т.п.) неудержимо падает - и что самое важное - со строго определенной скоростью!
Значит, достаточно измерить, насколько уменьшилась удельная радиоактивность умершего организма по сравнению с живыми, чтобы определить, как давно этот организм перестал обновлять свои клетки - как давно срублено дерево, подстрелена птица, умер человек. Конечно, это нелегко: радиоактивность природного углерода очень слаба (даже до смерти организма - один атом С14 на 10 млрд. атомов нормального углерода). Однако Либби разработал средства и приемы измерения и пересчета - так появился радиоуглеродный метод определения возраста древних объектов».
Атмосферу Земли пронизывают нейтроны, плотность потока которых меняется с высотой и геомагнитной широтой. Так, например, максимальное количество нейтронов находится на высоте примерно 12 км, а вблизи поверхности Земли плотность потока нейтронов уменьшается до нуля.
Отсюда можно сделать три вывода:
1) нейтроны возникают в стратосфере под действием космических лучей, т.е. представляют собой вторичные частицы космического излучения;
2) первичные космические лучи, порождающие нейтроны, являются потоком заряженных частиц;
3) возникшие нейтроны почти немедленно поглощаются газами воздуха, так что до поверхности Земли доходит их ничтожное количество.
Число нейтронов в минуту, возникающих в земной атмосфере, равно приблизительно 6x1020 нейтронов/мин с ошибкой +/-25%.
Таким образом, каждую минуту на Земле возникает от 4,5х1020 до 7,5х1020 нейтронов. Эти нейтроны сталкиваются с атомами атмосферного азота и кислорода, вступая с ними в ядерную реакцию. «Сравнительно небольшое число нейтронов достигает поверхности Земли, и резонно предположить, что каждый нейтрон, рождаемый космическими лучами, создает атом радиоуглерода, следовательно, скорость образования нейтронов равна скорости образования радиоуглерода. Это составляет примерно 7,5 кг радиоуглерода в год».
Период полураспада радиоуглерода С14 равен примерно 5600 лет, так что 1% радиоуглерода распадается примерно за 80 лет.
Отсюда легко определить, что равновесное количество С14 на Земле составляет примерно 60 тонн (с ошибкой +/-25%, т.е. от 45 до 75 тонн). Это означает, что в современном образце один атом радиоуглерода приходится на 0,8х1012 атомов обыкновенного углерода, откуда следует, что в одном грамме природного углерода происходит в среднем 15 распадов в минуту.
Образовавшийся радиоуглерод перемешивается в атмосфере, поглощается океанами и усваивается организмами. Сфера распространения углерода называется обменным углеродным резервуаром. Он состоит из атмосферы, биосферы, поверхностных и глубинных океанических вод. Если принять содержание углерода в биосфере за 1, то атмосфера будет содержать 2 единицы, почва и поверхностные воды океана - по 3 единицы, а глубинные воды океана - 120 единиц. Таким образом, подавляющая масса углерода похоронена в глубине океана.
«Под радиоуглеродным возрастом подразумевается время, прошедшее с момента выхода объекта из обменного фонда до момента измерения C14 в образце» ([63], стр. 32).
Гипотезы, лежащие в основе радиоуглеродного метода
Идея измерения радиоуглеродного возраста очень проста. Для этого достаточно знать:
1) содержание радиоуглерода в объекте в момент выхода объекта из обменного фонда;
2) точный период полураспада радиоуглерода C14.
После этого, взяв достаточный объем образца, следует измерить количество радиоуглерода в настоящий момент и простым вычитанием и делением вычислить время, которое прошло с момента выхода объекта из обменного резервуара до момента измерения.
Не знаю, тема в тему?
