Радиоуглеродное датирование (также называемое углеродным датированием или датирование углеродом-14 ) - метод определения возраста объекта, содержащего органический материал, с использованием свойств радиоуглерода, радиоактивный изотоп углерода.
. Метод был разработан в конце 1940-х годов в Чикагском университете Уиллардом Либби, получившим Нобелевскую премию. в области химии за его работу в 1960 году. Он основан на том факте, что радиоуглерод (. C) постоянно создается в атмосфере в результате взаимодействия космических лучей с атмосферным азотом.. Полученный. C соединяется с атмосферным кислородом с образованием радиоактивного диоксида углерода, который включается в растения посредством фотосинтеза ; животные затем приобретают. C, поедая растения. Когда животное или растение умирает, оно перестает обмениваться углеродом с окружающей средой, и после этого количество. C, которое оно содержит, начинает уменьшаться, поскольку. C подвергается радиоактивному распаду. Измерение количества. C в образце из мертвого растения или животного, такого как кусок дерева или фрагмент кости, дает информацию, которую можно использовать для расчета времени гибели животного или растения. Чем старше образец, тем меньше. C должно быть обнаружено, и поскольку период полураспада . C (период времени, по истечении которого половина данного образца распадется) составляет около 5730 лет, самые старые даты, которые можно надежно измерить с помощью этого процесса, составляют примерно 50 000 лет назад, хотя специальные методы подготовки иногда делают возможным точный анализ более старых образцов.
Исследования продолжаются с 1960-х годов, чтобы определить, какая доля. C в атмосфере была за последние пятьдесят тысяч лет. Полученные данные в виде калибровочной кривой теперь используются для преобразования данного измерения радиоуглерода в образце в оценку календарного возраста образца. Необходимо внести другие поправки, чтобы учесть долю. C в различных типах организмов (фракционирование) и различные уровни. C во всей биосфере (эффекты резервуара). Дополнительные сложности возникают из-за сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть, а также из-за наземных ядерных испытаний, проведенных в 1950-х и 1960-х годах. Поскольку время, необходимое для превращения биологических материалов в ископаемое топливо, значительно больше времени, которое требуется для его. C разложения ниже обнаруживаемых уровней, ископаемое топливо почти не содержит. C, и поскольку в результате, начиная с конца 19 века, произошло заметное снижение содержания. C в атмосфере. Напротив, ядерные испытания увеличили количество. C в атмосфере, которое достигло максимума примерно в 1965 году, что почти вдвое превышает количество, присутствовавшее в атмосфере до ядерных испытаний.
Изначально измерение радиоуглерода производилось с помощью бета-счетных устройств, которые подсчитывали количество бета-излучения, испускаемого при распаде. атомов углерода в образце. В последнее время предпочтительным методом стала масс-спектрометрия на ускорителе ; он считает все атомы. C в образце, а не только те несколько атомов, которые распадаются во время измерений; поэтому его можно использовать с гораздо меньшими образцами (размером с отдельные семена растений) и получить результаты намного быстрее. Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию. В дополнение к более точному датированию археологических памятников, чем предыдущие методы, он позволяет сравнивать даты событий на больших расстояниях. Историки археологии часто называют ее влияние «радиоуглеродной революцией». Радиоуглеродное датирование позволило датировать ключевые переходы в предыстории, такие как конец последнего ледникового периода и начало неолита и бронзового века в разные регионы.
В 1939 году Мартин Камен и Сэмюэл Рубен из Радиационной лаборатории в Беркли начали эксперименты, чтобы определить, имеет ли какой-либо из элементов, обычных в органическом веществе, изотопы с достаточно долгим периодом полураспада, чтобы быть ценным в биомедицинских исследованиях. Они синтезировали. C, используя лабораторный циклотронный ускоритель, и вскоре обнаружили, что период полураспада атома намного больше, чем считалось ранее. За этим последовало предсказание, которое затем использовалось в Институте Франклина в Филадельфии, что взаимодействие тепловых нейтронов с. N в верхних слоях атмосферы создаст. C. Ранее считалось, что. C с большей вероятностью будет создан дейтронами, взаимодействующими с. C. В какой-то момент во время Второй мировой войны Уиллард Либби, который тогда был в Беркли, узнал об исследованиях Корфа и задумал, что можно использовать радиоуглерод для датирования.
В 1945 году Либби перешел в Чикагский университет, где начал свою работу по радиоуглеродному датированию. В 1946 году он опубликовал статью, в которой предположил, что углерод в живом веществе может включать. C, а также нерадиоактивный углерод. Либби и несколько сотрудников приступили к экспериментам с метаном, собранным на очистных сооружениях в Балтиморе, и после изотопного обогащения своих образцов они смогли продемонстрировать, что они содержат. C. Напротив, метан, созданный из нефти, не проявлял радиоуглеродной активности из-за своего возраста. Результаты были обобщены в статье в Science в 1947 году, в которой авторы отметили, что их результаты предполагают возможность датировать материалы, содержащие углерод органического происхождения.
Libby и Джеймс Арнольд приступил к проверке теории радиоуглеродного датирования, проанализировав образцы с известным возрастом. Например, два образца, взятые из гробниц двух египетских царей, Зосера и Снеферу, независимо датированные 2625 г. до н.э. плюс-минус 75 лет, были датированы радиоуглеродным измерением до среднего значения 2800 г. до н.э. плюс-минус 250 лет. Эти результаты были опубликованы в Science в декабре 1949 года. В течение 11 лет после их объявления во всем мире было создано более 20 лабораторий радиоуглеродного датирования. В 1960 году за эту работу Либби была присуждена Нобелевская премия по химии.
В природе углерод существует как два стабильные, нерадиоактивные изотопы : углерод-12 (. C) и углерод-13 (. C), и радиоактивный изотоп, углерод-14 (. C), также известный как «радиоуглерод». Период полураспада. C (время, необходимое для половины заданного количества. C до распада ) составляет около 5730 лет, поэтому можно ожидать, что его концентрация в атмосфере снизится. в течение тысяч лет, но. C постоянно производится в нижней стратосфере и верхней тропосфере, в основном из-за галактических космических лучей, и в меньшей градус солнечными космическими лучами. Эти космические лучи генерируют нейтроны, когда они проходят через атмосферу, которые могут столкнуться с атомами азота-14 (. N) и превратить их в. C. Следующая ядерная реакция является основным путем образования. C:
, где n представляет нейтрон, а p представляет a протон.
После образования. C быстро соединяется с кислородом в атмосфере с образованием сначала монооксида углерода (CO) и, в конечном итоге, диоксида углерода (CO. 2).
Образующийся таким образом углекислый газ диффундирует в атмосферу, растворяется в океане и поглощается растениями посредством фотосинтеза. Животные едят растения, и в конечном итоге радиоуглерод распределяется по всей биосфере. Отношение. C к. C составляет приблизительно 1,25 части. C к 10 частям. C. кроме того, около 1% атомов углерода составляют стабильный изотоп. C.
Уравнение радиоактивного распада. C:
излучением бета-частицы (электрон, e) и электронный антинейтрино (. ν. e), один из нейтронов в ядре. C s превращается в протон, и ядро . C возвращается к стабильному (нерадиоактивному) изотопу. N.
В течение своей жизни растение или животное находится в равновесии с окружающей средой за счет обмена углерода либо атмосферой или диетой. Следовательно, он будет иметь ту же долю. C, что и атмосфера, или, в случае морских животных или растений, с океаном. Как только он умирает, он перестает приобретать. C, но. C в его биологическом материале в это время будет продолжать распадаться, и поэтому соотношение. C к. C в его останках будет постепенно уменьшение. Поскольку. C распадается с известной скоростью, долю радиоуглерода можно использовать для определения того, сколько времени прошло с тех пор, как данный образец прекратил обмен углерода - чем старше образец, тем меньше. C останется.
Уравнение, определяющее распад радиоактивного изотопа:
где N 0 - количество атомов изотопа в исходном образце (в момент времени t = 0, когда организм, из которого был взят образец, умер), а N - количество атомов, оставшихся после время t. λ - постоянная, которая зависит от конкретного изотопа; для данного изотопа он равен величине, обратной средней продолжительности жизни, т.е. среднему или ожидаемому времени, в течение которого данный атом выживет до того, как подвергнется радиоактивному распаду. Средняя продолжительность жизни. C, обозначенная τ, составляет 8 267 лет, поэтому приведенное выше уравнение можно переписать как:
Предполагается, что образец изначально имел такое же отношение C. C/., что и соотношение в атмосфере, и поскольку размер Если образец известен, то общее количество атомов в образце может быть вычислено, что дает N 0, количество. атомов C в исходном образце. Измерение N, количества. атомов C, находящихся в настоящее время в образце, позволяет рассчитать t, возраст образца, с использованием приведенного выше уравнения.
Период полураспада радиоактивного изотопа (обычно обозначается t 1/2) является более привычным понятием, чем средний срок службы, поэтому, хотя приведенные выше уравнения выражены в терминах среднего срока службы, более обычно указывается значение. Период полураспада C, чем его средний срок службы. В настоящее время принятое значение периода полураспада <1130 ° C составляет 5730 ± 40 лет. Это означает, что через 5730 лет останется только половина от первоначального. C; четверть останется через 11 460 лет; восьмой после 17 190 лет; и так далее.
Приведенные выше расчеты основаны на нескольких предположениях, например о том, что уровень. C в атмосфере остается постоянным с течением времени. Фактически, уровень. C в атмосфере значительно варьировался, и в результате значения, полученные с помощью приведенного выше уравнения, должны быть скорректированы с использованием данных из других источников. Это делается с помощью калибровочных кривых (обсуждаемых ниже), которые преобразуют измерение. C в образце в расчетный календарный возраст. Расчеты включают несколько этапов и включают промежуточное значение, называемое «радиоуглеродным возрастом», которое представляет собой возраст образца в «радиоуглеродных годах»: возраст, указанный в радиоуглеродных годах, означает, что калибровочная кривая не использовалась - расчеты для радиоуглеродных лет Предположим, что атмосферное отношение. C/. C не изменилось с течением времени.
Для расчета возраста радиоуглерода также требуется значение периода полураспада для. C. В статье Либби 1949 года он использовал значение 5720 ± 47 лет, основанное на исследовании Engelkemeir et al. Это было удивительно близко к современному значению, но вскоре после этого принятое значение было пересмотрено до 5568 ± 30 лет, и это значение использовалось более десяти лет. Он был снова пересмотрен в начале 1960-х годов до 5730 ± 40 лет, что означало, что многие рассчитанные даты в опубликованных до этого статьях были неверными (ошибка в периоде полураспада составляет около 3%). Для согласования с этими ранними работами на радиоуглеродной конференции 1962 года в Кембридже (Великобритания) было решено использовать «период полураспада Либби», равный 5568 годам. Возраст радиоуглерода по-прежнему рассчитывается с использованием этого периода полураспада и известен как «условный возраст радиоуглерода». Поскольку калибровочная кривая (IntCal) также сообщает о прошлой концентрации в атмосфере. C с использованием этого условного возраста, любой условный возраст, калиброванный по кривой IntCal, даст правильный калиброванный возраст. Когда указывается дата, читатель должен знать, что если это некалиброванная дата (термин, используемый для дат, указанных в радиоуглеродных годах), она может существенно отличаться от наилучшей оценки фактической календарной даты, поскольку в ней используется неверное значение. для периода полураспада. C, и потому что не применялась поправка (калибровка) для исторического изменения. C в атмосфере с течением времени.
Углерод распределен в атмосфере, биосфере и океанах; все вместе они упоминаются как резервуар обмена углерода, и каждый компонент также упоминается отдельно как резервуар обмена углерода. Различные элементы резервуара обмена углерода различаются по тому, сколько углерода они хранят, и по тому, сколько времени требуется, чтобы. C, генерируемый космическими лучами, полностью смешался с ними. Это влияет на отношение. C к. C в различных резервуарах и, следовательно, на радиоуглеродный возраст образцов, которые возникли в каждом резервуаре. Атмосфера, в которой образуется. C, содержит около 1,9% всего углерода в коллекторах, а. C она содержит смеси менее чем за семь лет. Отношение. C к. C в атмосфере принимается в качестве базовой линии для других резервуаров: если другой резервуар имеет более низкое отношение. C к. C, это указывает на то, что углерод более старый. и, следовательно, либо часть. C распалась, либо резервуар получает углерод, который не находится на базовой линии атмосферы. Поверхность океана является примером: она содержит 2,4% углерода в обменном резервуаре, но там только около 95%. C, как можно было бы ожидать, если бы соотношение было таким же, как в атмосфере. Время, необходимое для того, чтобы углерод из атмосферы смешался с поверхностью океана, составляет всего несколько лет, но поверхностные воды также получают воду из глубин океана, в резервуаре которого содержится более 90% углерода. Вода в глубоком океане циркулирует обратно через поверхностные воды примерно через 1000 лет, поэтому поверхностные воды содержат комбинацию более старой воды с истощенным. C и воды недавно на поверхности, с. C в равновесии с
Существа, живущие на поверхности океана, имеют такое же отношение. C, что и вода, в которой они живут, и в результате пониженного отношения. C/. C радиоуглеродный возраст морской жизни составляет обычно около 400 лет. Организмы на суше находятся в более близком равновесии с атмосферой и имеют такое же соотношение. C/. C, что и атмосфера. Эти организмы содержат около 1,3% углерода в резервуаре; морские организмы имеют массу менее 1% от наземных и не показаны на диаграмме. Накопленное мертвое органическое вещество, как растений, так и животных, почти в 3 раза превышает массу биосферы, и, поскольку это вещество больше не обменивается углеродом с окружающей средой, его коэффициент. C/. C ниже, чем у биосферы.
Различия в соотношении. C/. C в разных частях резервуара обмена углерода означает, что простой расчет возраста образца на основе количества. C часто дает неверный результат. Есть несколько других возможных источников ошибок, которые необходимо учитывать. Ошибки бывают четырех основных типов:
В первые годы использования этого метода было понятно, что он зависит от содержания углерода. C/. в атмосфере, которое остается неизменным в течение всего периода. предшествующие несколько тысяч лет. Чтобы проверить точность метода, были протестированы несколько артефактов, которые можно датировать другими методами; результаты испытаний разумно согласуются с истинным возрастом объектов. Однако со временем начали появляться расхождения между известной хронологией древнейших египетских династий и радиоуглеродными датами египетских артефактов. Ни ранее существовавшая египетская хронология, ни новый метод радиоуглеродного датирования нельзя было считать точным, но третья возможность заключалась в том, что соотношение. C/. C изменилось с течением времени. Вопрос был решен с помощью изучения годичных колец : сравнение перекрывающихся рядов годичных колец позволило построить непрерывную последовательность данных годичных колец, охватывающую 8000 лет. (С тех пор ряд данных годичных колец был увеличен до 13 900 лет.) В 1960-х годах Ханс Зюсс смог использовать последовательность годичных колец, чтобы показать, что даты, полученные на основе радиоуглерода, согласуются с даты, назначенные египтологами. Это стало возможным, потому что, хотя однолетние растения, такие как кукуруза, имеют коэффициент C. C/., который отражает атмосферное соотношение во время роста, деревья добавляют материал только к своему внешнему кольцу деревьев в любой данный год, в то время как внутренние годовые кольца не пополняйте их. C, а вместо этого начинайте терять. C из-за распада. Следовательно, каждое кольцо сохраняет запись об уровне атмосферного. C/. C в год, в котором оно росло. Углеродное датирование древесины по самим годичным кольцам обеспечивает необходимую проверку атмосферного отношения. C/. C: с образцом известной даты и измерение значения N (количество атомов. C, оставшихся в образце), уравнение углеродного датирования позволяет вычислить N 0 - количество атомов. C в образце во время формирования годичного кольца - и, следовательно, отношение C в атмосфере в то время было. C/.. Используя результаты углеродного датирования годичных колец, стало возможным построить калибровочные кривые, предназначенные для исправления ошибок, вызванных изменением во времени отношения. C/. C. Эти кривые описаны более подробно ниже.
Уголь и нефть начали сжигать в больших количествах в 19 веке. Оба являются достаточно старыми, поэтому они содержат мало или совсем не содержат обнаруживаемого. C, и, как результат, CO. 2, высвобожденный, существенно разбавил отношение атмосферного. C/. C. Таким образом, датировка объекта началом 20 века дает кажущуюся дату старше истинной. По той же причине концентрации. C в окрестностях крупных городов ниже, чем в среднем в атмосфере. Этот эффект ископаемого топлива (также известный как эффект Зюсса по имени Ханса Зюсса, который впервые сообщил о нем в 1955 году) составил бы лишь 0,2% снижения активности. C, если бы дополнительный углерод от ископаемого топлива был бы распределен по всему углероду. обменный резервуар, но из-за большой задержки смешивания с глубинами океана реальный эффект составляет 3% сокращения.
Гораздо больший эффект дают наземные ядерные испытания, которые высвободили большое количество нейтронов в атмосферу, в результате чего было создано. C. Примерно с 1950 по 1963 год, когда были запрещены ядерные испытания в атмосфере, было создано несколько тонн. C. Если бы весь этот дополнительный. C был немедленно распределен по всему углероднообменному резервуару, это привело бы к увеличению отношения. C/. C всего на несколько процентов, но немедленным эффектом было бы почти удвоение количества. C в атмосфере, причем пик пришелся на 1964 год для северного полушария и в 1966 году для южного полушария. Уровень с тех пор упал, так как этот импульс бомбы или «бомбовый углерод» (как его иногда называют) просачивается в остальную часть резервуара.
Фотосинтез - это основной процесс перемещения углерода из атмосферы в живые существа. В путях фотосинтеза. C всасывается немного легче, чем. C, который, в свою очередь, всасывается легче, чем. C. Дифференциальное поглощение трех изотопов углерода приводит к отношениям. C/. C и. C/. C у растений, которые отличаются от соотношений в атмосфере. Этот эффект известен как изотопное фракционирование.
Для определения степени фракционирования, которое имеет место на данном предприятии, измеряются количества как изотопов. C, так и. C, и в результате получается. C/. Соотношение C затем сравнивается со стандартным соотношением, известным как PDB. Коэффициент. C/. C используется вместо. C/. C, потому что первое намного легче измерить, а второе может быть легко выведено: истощение. C по сравнению с. C пропорционально разнице в атомные массы двух изотопов, поэтому истощение для. C вдвое превышает истощение для. C. Фракционирование. C, известное как δC, рассчитывается следующим образом:
, где знак ‰ означает частей на тысячу. Поскольку стандарт PDB содержит необычно высокую долю. C, большинство измеренных значений δC отрицательны.
Овцы Северного Роналдсей на пляже в Северном Роналдсее. Зимой эти овцы едят морские водоросли, которые имеют более высокое содержание δC, чем трава; образцы от этих овец имеют значение δC около -13 ‰, что намного выше, чем у овец, питающихся травами.Материал | Типичный δC диапазон |
---|---|
PDB | 0 ‰ |
Морской планктон | от −22 ‰ до −17 ‰ |
Растения C3 | от −30 ‰ до −22 ‰ |
C4-растения | от −15 ‰ до −9 ‰ |
CO в атмосфере. 2 | −8 ‰ |
CO в морской среде. 2 | от −32 ‰ до −13 ‰ |
Для морских организмов, детали реакций фотосинтеза менее изучены, а значения δC для морских фотосинтезирующих организмов зависят от температуры. При более высоких температурах CO. 2плохо растворяется в воде, что означает, что меньше CO. 2доступно для фотосинтетических реакций. В этих условиях фракционирование уменьшается, и при температурах выше 14 ° C значения δC соответственно выше, в то время как при более низких температурах CO. 2становится более растворимым и, следовательно, более доступным для морских организмов. Значение δC для животных зависит от их рациона. У животного, которое ест пищу с высокими значениями δC, будет более высокий δC, чем у животного, которое ест пищу с более низкими значениями δC. Собственные биохимические процессы животного также могут влиять на результаты: например, костные минералы и костный коллаген обычно имеют более высокую концентрацию. C, чем содержится в рационе животного, хотя и по другим биохимическим причинам. Обогащение кости. C также означает, что экскретируемый материал обеднен. C по сравнению с рационом.
Поскольку. C составляет около 1% углерода в образце, <Отношение 973>C можно точно измерить с помощью масс-спектрометрии. Типичные значения δC были найдены экспериментально для многих растений, а также для различных частей животных, таких как костный коллаген, но при датировании данного образца лучше определить Значение δC для этого образца напрямую, чем полагаться на опубликованные значения.
Обмен углерода между атмосферным CO. 2и карбонатом на поверхности океана также подлежит фракционированию с. C в атмосфере с большей вероятностью, чем. C, растворяется в океане. Результатом является общее увеличение отношения. C/. C в океане на 1,5% по сравнению с отношением. C/. C в атмосфере. Это увеличение концентрации. C почти полностью нивелирует уменьшение, вызванное подъемом воды (содержащей старый и, следовательно,. обедненный углерод) из глубин океана, так что прямые измерения излучения. C аналогично измерениям для остальной биосферы. Поправка на изотопное фракционирование, как это делается для всех радиоуглеродных дат для сравнения результатов, полученных в разных частях биосферы, дает кажущийся возраст около 400 лет для поверхностных вод океана.
Первоначальная гипотеза Либби предполагала, что отношение. C/. C в обменном резервуаре является постоянным во всем мире, но с тех пор было обнаружено, что существует несколько причин изменения отношения в пласте.
морской эффект : CO. 2из атмосферы переходит в океан, растворяясь в поверхностных водах в виде ионов карбоната и бикарбоната; в то же время ионы карбоната в воде возвращаются в воздух в виде CO. 2. Этот процесс обмена приносит. C из атмосферы в поверхностные воды океана, но введенному таким образом. C требуется много времени, чтобы просочиться через весь объем океана. Самые глубокие части океана очень медленно смешиваются с поверхностными водами, причем перемешивание происходит неравномерно. Основным механизмом, выводящим глубокую воду на поверхность, является апвеллинг, который чаще встречается в регионах, расположенных ближе к экватору. На апвеллинг также влияют такие факторы, как топография дна местного океана и береговой линии, климат и характер ветра. В целом смешивание глубинных и поверхностных вод занимает гораздо больше времени, чем смешивание атмосферного CO. 2с поверхностными водами, и в результате вода из некоторых глубоководных районов океана имеет очевидный радиоуглеродный возраст в несколько тысяч лет. Апвеллинг смешивает эту "старую" воду с поверхностными водами, давая поверхностным водам кажущийся возраст около нескольких сотен лет (после поправки на фракционирование). Этот эффект неоднороден - средний эффект составляет около 400 лет, но есть локальные отклонения в несколько сотен лет для территорий, географически близких друг к другу. Эти отклонения можно учесть при калибровке, и пользователи программного обеспечения, такого как CALIB, могут предоставить в качестве входных данных соответствующую поправку для местоположения своих образцов. Этот эффект также применяется к морским организмам, таким как ракушки, и морским млекопитающим, таким как киты и тюлени, радиоуглеродный возраст которых составляет сотни лет.
Северный и Южные полушария имеют системы атмосферной циркуляции, которые достаточно независимы друг от друга, так что между ними существует заметная задержка во времени. Отношение углерода. C/. в атмосфере ниже в южном полушарии с очевидным дополнительным возрастом около 40 лет для радиоуглеродных результатов с юга по сравнению с севером. Это связано с тем, что большая площадь поверхности океана в южном полушарии означает, что между океаном и атмосферой происходит больший обмен углерода, чем на севере. Поскольку поверхностный океан обеднен. C из-за морского эффекта,. C удаляется из южной атмосферы быстрее, чем на севере. Эффект усиливается за счет сильного апвеллинга вокруг Антарктиды.
Если углерод в пресной воде частично поступает из состаренного углерода, такого как горные породы, то результатом будет сокращение. C/. C соотношение в воде. Например, реки, протекающие по известняку, который в основном состоит из карбоната кальция, будут поглощать ионы карбоната. Точно так же грунтовые воды могут содержать углерод, полученный из горных пород, через которые они прошли. Эти породы обычно настолько стары, что больше не содержат каких-либо измеримых. C, поэтому этот углерод снижает коэффициент. C/. C воды, в которую он входит, что может привести к кажущемуся возрасту в тысячи лет как для загрязненной воды, так и для растения и пресноводные организмы, которые в нем живут. Это известно как эффект жесткой воды, потому что он часто связан с ионами кальция, которые характерны для жесткой воды; другие источники углерода, такие как гумус, могут дать аналогичные результаты, а также могут снизить кажущийся возраст, если они имеют более позднее происхождение, чем образец. Эффект сильно варьируется, и нет общего смещения, которое можно применить; для определения размера смещения обычно требуются дополнительные исследования, например, путем сравнения радиоуглеродного возраста отложившихся пресноводных раковин с соответствующим органическим материалом.
Вулканические извержения выбрасывают в воздух большое количество углерода. Углерод имеет геологическое происхождение и не имеет обнаруживаемого. C, поэтому соотношение. C/. C в окрестностях вулкана понижено по сравнению с окружающими областями. Спящие вулканы также могут выделять старый углерод. Растения, фотосинтезирующие этот углерод, также имеют более низкий коэффициент. C/. C: например, было обнаружено, что растения в окрестностях кальдеры Фурнас на Азорских островах имеют очевидный возраст, который колеблется от 250 лет до 3320 лет.
Любое добавление углерода к образцу другого возраста приведет к неточности измеренной даты. Загрязнение современным углеродом приводит к тому, что образец кажется моложе, чем он есть на самом деле: эффект больше для более старых образцов. Если образец возрастом 17 000 лет загрязнен так, что 1% образца составляет современный углерод, он будет выглядеть на 600 лет моложе; для образца возрастом 34 000 лет такое же количество загрязнения вызовет ошибку в 4 000 лет. Загрязнение старым углеродом без остатка <1130 ° C вызывает ошибку в другом направлении, независимо от возраста - образец, загрязненный 1% старого углерода, окажется примерно на 80 лет старше, чем он есть на самом деле, независимо от даты
Образцы для датировки необходимо преобразовать в форму, подходящую для измерения содержания. C; это может означать преобразование в газообразную, жидкую или твердую форму, в зависимости от используемой методики измерения. Прежде чем это можно будет сделать, образец необходимо обработать, чтобы удалить все загрязнения и любые нежелательные составляющие. Это включает удаление видимых загрязнений, таких как корешки, которые могли проникнуть в образец с момента его захоронения. Для удаления гуминовой кислоты и карбонатов можно использовать щелочные и кислотные промывки, но следует проявлять осторожность, чтобы избежать удаления той части образца, которая содержит проверяемый углерод.
В особенности для более старых образцов, может быть полезно перед тем, как увеличить количество. C в образце тестирование. Это можно сделать с помощью термодиффузионной колонки. Процесс занимает около месяца и требует выборки примерно в десять раз больше, чем потребовалось бы по сути, но он позволяет более точно измерить соотношение. C/. C в старом материале и увеличивает максимальный возраст, о котором можно достоверно сообщить.
После удаления загрязнения образцы должны быть преобразованы в форму, подходящую для используемая измерительная техника. Там, где требуется газ, широко используется CO. 2. Для образцов, используемых в жидкостных сцинтилляционных счетчиках, углерод должен быть в жидкой форме; образец обычно превращается в бензол. Для масс-спектрометрии на ускорителе наиболее распространены мишени из твердого графита, хотя также можно использовать газообразный CO. 2.
Количество материала, необходимое для тестирования, зависит от типа образца и используемая технология. Существует два типа технологий тестирования: детекторы, регистрирующие радиоактивность, известные как бета-счетчики, и масс-спектрометры с ускорителями. Для бета-счетчиков обычно требуется образец весом не менее 10 граммов (0,35 унции). Ускорительная масс-спектрометрия гораздо более чувствительна, и можно использовать образцы, содержащие всего 0,5 миллиграмма углерода.
В течение десятилетий после того, как Либби провела первые эксперименты по радиоуглеродному датированию, единственный способ измерить. C в образце - это обнаружить радиоактивный распад отдельных атомов углерода. При таком подходе измеряется активность образца в количестве событий распада на единицу массы за период времени. Этот метод также известен как «бета-счет», потому что обнаруживаются бета-частицы, испускаемые распадающимися атомами. C. В конце 1970-х стал доступен альтернативный подход: прямой подсчет количества атомов. C и. C в заданном образце с помощью масс-спектрометрии на ускорителе, обычно называемой AMS. AMS подсчитывает коэффициент. C/. C напрямую, а не активность образца, но измерения активности и отношения. C/. C можно точно преобразовать друг в друга. Некоторое время методы бета-подсчета были более точными, чем AMS, но теперь AMS более точен и стал предпочтительным методом для измерения радиоуглерода. Помимо улучшенной точности, AMS имеет еще два существенных преимущества по сравнению с бета-счетом: он может выполнять точное тестирование на образцах, слишком маленьких для бета-подсчета, и это намного быстрее - точность 1% может быть достигнута за считанные минуты с помощью AMS, что
Первым детектором Либби был счетчик Гейгера собственной разработки. Он превратил углерод в своем образце в ламповую сажу (сажу) и покрыл ею внутреннюю поверхность цилиндра. Этот цилиндр вставляли в счетчик таким образом, чтобы счетная проволока находилась внутри цилиндра с образцом, чтобы между образцом и проволокой не было материала. Любой промежуточный материал помешал бы обнаружению радиоактивности, поскольку бета-частицы, испускаемые распадом. C, настолько слабы, что половина из них останавливается алюминием толщиной 0,01 мм.
Метод Либби вскоре был заменен газовые пропорциональные счетчики, на которые в меньшей степени влияет углерод бомбы (дополнительный. C, создаваемый испытаниями ядерного оружия). Эти счетчики регистрируют всплески ионизации, вызванные бета-частицами, испускаемыми распадающимися атомами. C; всплески пропорциональны энергии частицы, поэтому другие источники ионизации, такие как фоновое излучение, можно идентифицировать и игнорировать. Счетчики окружены свинцовым или стальным экраном, чтобы исключить радиационный фон и уменьшить падение космических лучей. Кроме того, используются детекторы антисовпадений ; эти записывают события вне счетчика, и любое событие, зарегистрированное одновременно внутри и вне счетчика, рассматривается как постороннее событие и игнорируется.
Другой распространенной технологией, используемой для измерения активности. C, является жидкостный сцинтилляционный счет, который был изобретен в 1950 году, но ему пришлось ждать до начала 1960-х годов, когда были разработаны эффективные методы синтеза бензола, чтобы стать конкурентоспособными с подсчетом газа; после 1970 г. жидкостные счетчики стали более распространенным технологическим выбором для вновь построенных лабораторий для датирования. Счетчики работают, обнаруживая вспышки света, вызванные бета-частицами, испускаемыми. C, когда они взаимодействуют с флуоресцентным агентом, добавленным к бензолу. Подобно газовым счетчикам, жидкостным сцинтилляционным счетчикам требуются счетчики защиты и антисовпадения.
Как для газового пропорционального счетчика, так и для жидкостного сцинтилляционного счетчика измеряется количество бета-частиц, обнаруженных за данный период времени. Поскольку масса образца известна, ее можно преобразовать в стандартную меру активности в единицах отсчетов в минуту на грамм углерода (имп / мин / г C) или беккерелей на кг (Бк / кг C, в единицах СИ ). Каждое измерительное устройство также используется для измерения активности холостого образца - образца, приготовленного из углерода, достаточно старого, чтобы не иметь активности. Это обеспечивает значение радиационного фона, которое необходимо вычесть из измеренной активности пробы, которую нужно датировать, чтобы получить активность, относящуюся исключительно к. C. Кроме того, измеряется образец со стандартной активностью, чтобы обеспечить базовый уровень для сравнения.
AMS подсчитывает количество атомов. C и. C в заданном образце, непосредственно определяя соотношение. C/. C. Образец, часто в форме графита, испускает ионы C (атомы углерода с одним отрицательным зарядом), которые вводятся в ускоритель . Ионы ускоряются и проходят через стриппер, который удаляет несколько электронов, так что ионы появляются с положительным зарядом. Ионы, которые могут иметь от 1 до 4 положительных зарядов (от C до C), в зависимости от конструкции ускорителя, затем проходят через магнит, который искривляет их путь; более тяжелые ионы изогнуты меньше, чем более легкие, поэтому разные изотопы появляются как отдельные потоки ионов. Затем детектор частиц регистрирует количество ионов, обнаруженных в потоке. C, но поскольку объем. C (и. C, необходимый для калибровки) слишком велик для обнаружения отдельных ионов, количество определяется измерение электрического тока, создаваемого в чашке Фарадея. Большой положительный заряд, индуцированный стриппером, вынуждает молекулы, такие как. CH, который имеет вес, достаточно близкий к. C, чтобы мешать измерениям, диссоциировать, поэтому они не обнаруживаются. Большинство аппаратов AMS также измеряют δC образца для использования при расчете радиоуглеродного возраста образца. Использование AMS, в отличие от более простых форм масс-спектрометрии, необходимо из-за необходимости отличать изотопы углерода от других атомов или молекул, которые очень близки по массе, таких как. N и. CH. Как и при бета-подсчете, используются как холостые, так и стандартные образцы. Могут быть измерены два разных типа заготовки: образец мертвого углерода, который не подвергался химической обработке, для обнаружения любого фона машины, и образец, известный как технологический холостой, сделанный из мертвого углерода, который точно таким же образом перерабатывается в целевой материал. как образец, который датируется. Любой сигнал. C от фоновой заготовки машины может быть вызван либо пучками ионов, которые не прошли ожидаемый путь внутри детектора, либо гидридами углерода, такими как. CH. 2или. CH. Сигнал. C от технологической заготовки измеряет количество загрязнения, внесенного во время подготовки образца. Эти измерения используются в последующем вычислении возраста образца.
Расчеты, которые необходимо выполнить на основе выполненных измерений, зависят от используемой технологии, поскольку бета-счетчики измеряют радиоактивность образца тогда как AMS определяет соотношение трех различных изотопов углерода в образце.
Чтобы определить возраст образца, активность которого была измерена с помощью бета-подсчета, отношение его активности к активности стандарта должно быть найденный. Чтобы определить это, измеряется холостой образец (старого или мертвого углерода), а также образец с известной активностью. Дополнительные образцы позволяют обнаруживать и исправлять такие ошибки, как фоновое излучение и систематические ошибки в лабораторных установках. Наиболее распространенным стандартным материалом для пробы является щавелевая кислота, такая как стандарт HOxII, 1000 фунтов которой были приготовлены Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) в 1977 году на основе урожая французской свеклы.
Результаты тестирования AMS представлены в виде соотношений. C,. C и. C, которые используются для расчета Fm, «современной фракции». Это определяется как отношение между отношением. C/. C в образце и отношением. C/. C в современном углероде, которое, в свою очередь, определяется как отношение. C/. C, которое было бы измерено в 1950 году, если бы не было эффект ископаемого топлива.
И бета-подсчет, и результаты AMS должны корректироваться для фракционирования. Это необходимо, потому что разные материалы одного возраста, которые из-за фракционирования естественно имеют разные отношения. C/. C, будут иметь разный возраст, потому что отношение. C/. C принимается в качестве показателя возраста. Чтобы избежать этого, все измерения радиоуглерода преобразуются в измерения, которые можно было бы увидеть, если бы образец был сделан из дерева, которое имеет известное значение δ. C, равное -25 ‰.
После исправления. C/. Коэффициент C известен, "радиоуглеродный возраст" рассчитывается по следующей формуле:
В расчетах используется 8 033, среднее время жизни, полученное из периода полураспада Либби в 5 568 лет, а не 8 267, среднее время жизни, полученное из более точного современного значения 5 730 лет. Значение периода полураспада Либби используется для поддержания согласованности с ранними результатами испытаний на радиоуглерод; Калибровочные кривые включают поправку на это, поэтому точность окончательного календарного возраста гарантирована.
Надежность результатов можно повысить, увеличив время тестирования. Например, если подсчета бета-распадов в течение 250 минут достаточно, чтобы дать ошибку ± 80 лет с достоверностью 68%, то удвоение времени счета до 500 минут позволит измерить образец с половиной меньше. C. с тем же периодом погрешности 80 лет.
Радиоуглеродное датирование обычно ограничивается датировкой образцов не старше 50 000 лет, поскольку образцы старше этого имеют недостаточное. C для измерения. Более старые даты были получены с использованием специальных методов подготовки образцов, больших образцов и очень длительного времени измерения. Эти методы позволяют измерять даты до 60 000, а в некоторых случаях до 75 000 лет до настоящего.
Радиоуглеродные даты обычно представлены с диапазоном в одно стандартное отклонение (обычно представленное греческая буква сигма как 1σ) по обе стороны от среднего. Однако диапазон дат 1σ представляет собой только 68% -ный уровень достоверности, поэтому истинный возраст измеряемого объекта может выходить за пределы указанного диапазона дат. Это было продемонстрировано в 1970 году экспериментом, проведенным радиоуглеродной лабораторией Британского музея, в котором еженедельные измерения проводились на одном и том же образце в течение шести месяцев. Результаты сильно различались (хотя и соответствовали нормальному распределению ошибок в измерениях) и включали несколько диапазонов дат (с достоверностью 1σ), которые не пересекались друг с другом. Измерения включали одно с диапазоном от примерно 4250 до примерно 4390 лет назад, а другое с диапазоном от примерно 4520 до примерно 4690.
Ошибки в процедуре также могут привести к ошибкам в результатах. Если 1% бензола в современном эталонном образце случайно испарится, сцинтилляционный счет даст возраст по радиоуглероду, который будет слишком молодым примерно на 80 лет.
Приведенные выше расчеты дают даты в радиоуглеродных годах: т.е. даты, которые представляют возраст, в котором была бы выборка, если бы соотношение. C/. C было постоянным исторически. Хотя Либби еще в 1955 году указала на возможность того, что это предположение было неверным, только после того, как начали накапливаться расхождения между измеренными возрастами и известными историческими датами артефактов, стало ясно, что к возрастам радиоуглерода необходимо внести поправку. получить календарные даты.
Для построения кривой, которая может быть использована для соотнесения календарных лет с годами по радиоуглероду, необходима последовательность надежно датированных образцов, которые можно протестировать для определения их радиоуглеродного возраста. Изучение годичных колец привело к первой такой последовательности: отдельные куски дерева показывают характерные последовательности колец, которые различаются по толщине из-за факторов окружающей среды, таких как количество осадков в конкретный год. Эти факторы влияют на все деревья в области, поэтому изучение последовательностей годичных колец из старой древесины позволяет идентифицировать перекрывающиеся последовательности. Таким образом, непрерывная последовательность годичных колец может уйти далеко в прошлое. Первая такая опубликованная последовательность, основанная на кольцах сосновых щетинок, была создана Уэсли Фергюсоном. Ханс Зюсс использовал эти данные для публикации первой калибровочной кривой для радиоуглеродного датирования в 1967 году. Кривая показала два типа отклонения от прямой линии: долгосрочное колебание с периодом около 9000 лет и более краткосрочное изменение, часто называемое как "покачивание", с периодом в десятилетия. Зюсс сказал, что он нарисовал линию, показывающую колебания, с помощью "космического швунга", имея в виду, что изменения были вызваны внеземными силами. Некоторое время было неясно, были ли эти покачивания реальными или нет, но теперь они хорошо известны. Эти краткосрочные колебания калибровочной кривой теперь известны как эффекты де Фриза после Hessel de Vries.
. Калибровочная кривая используется путем взятия даты по радиоуглероду, сообщенной лабораторией, и отсчета от этой даты на вертикальной оси. графа. Точка пересечения этой горизонтальной линии с кривой показывает календарный возраст образца по горизонтальной оси. Это обратный способ построения кривой: точка на графике получается из выборки известного возраста, такой как годичное кольцо; когда это проверено, результирующий радиоуглеродный возраст дает точку данных для графика.
Кривая Северного полушария из IntCal20. По состоянию на 2020 год это самая последняя версия стандартной калибровочной кривой. Диагональная линия показывает, где бы лежала кривая, если бы радиоуглеродный возраст и календарный возраст были одинаковыми.В течение следующих тридцати лет было опубликовано множество калибровочных кривых с использованием различных методов и статистических подходов. Они были заменены серией кривых IntCal, начиная с IntCal98, опубликованной в 1998 году и обновленной в 2004, 2009, 2013 и 2020 годах. Улучшения этих кривых основаны на новых данных, собранных из годичных колец, varves, коралл, растения макрофоссилии, образования и фораминиферы. Данные IntCal20 включают отдельные кривые для северного и южного полушарий, поскольку они систематически различаются из-за эффекта полушария. Южная кривая (SHCAL20) основана на независимых данных, где это возможно, и получена из северной кривой путем добавления среднего смещения для южного полушария, где не было прямых данных. Также имеется отдельная морская калибровочная кривая MARINE20. Для набора образцов, образующих последовательность с известным разделением во времени, эти образцы образуют подмножество калибровочной кривой. Последовательность можно сравнить с калибровочной кривой и наилучшим образом соответствовать установленной последовательности. Этот метод «совмещения покачиваний» может привести к более точному датированию, чем это возможно с отдельными радиоуглеродными датами. Сопоставление с покачиванием может использоваться в местах, где есть плато на калибровочной кривой, и, следовательно, может обеспечить гораздо более точную дату, чем методы пересечения или вероятностные методы. Техника не ограничивается годичными кольцами; например, стратифицированная последовательность тефры в Новой Зеландии, которая, как полагают, возникла до колонизации островов людьми, была датирована 1314 г. н.э. ± 12 лет с помощью сопоставления колебаний. Колебания также означают, что считывание даты с калибровочной кривой может дать более одного ответа: это происходит, когда кривая изгибается настолько, что возраст радиоуглерода пересекает кривую в более чем одном месте, что может привести к получению радиоуглеродного результата. представлены в виде двух отдельных возрастных диапазонов, соответствующих двум частям кривой, которые отсчитываются по радиоуглеродному возрасту.
Байесовские статистические методы могут применяться, когда есть несколько радиоуглеродных дат, подлежащих калибровке. Например, если серия радиоуглеродных дат берется с разных уровней стратиграфической последовательности, байесовский анализ может использоваться для оценки дат, которые являются выбросами, и может вычислять улучшенные распределения вероятностей на основе предварительной информации о том, что последовательность должна быть упорядочена во времени.. Когда был представлен байесовский анализ, его использование было ограничено необходимостью использования мэйнфреймов для выполнения вычислений, но с тех пор этот метод был реализован в программах, доступных для персональных компьютеров, таких как OxCal.
Несколько форматов цитирования результатов радиоуглеродного анализа использовались с тех пор, как были датированы первые образцы. По состоянию на 2019 год стандартный формат, требуемый журналом Radiocarbon, выглядит следующим образом.
Некалиброванные даты должны указываться как «
Например, неоткалиброванная дата «UtC-2020: 3510 ± 60 л.н.» указывает на то, что образец был протестирован в Утрехтской лаборатории ван дер Граафа, где номер образца - 2020, и что неоткалиброванный возраст составляет 3510 лет до настоящего времени, ± 60 лет. Иногда используются родственные формы: например, «10 тыс. Лет назад» означает 10 000 радиоуглеродных лет до настоящего времени (т. Е. 8050 г. до н.э.), а. лет назад может быть использовано, чтобы отличить неоткалиброванную дату от даты, полученной с помощью другого метода датирования, такого как как термолюминесценция.
Откалиброванные. даты C часто указываются как кал. АД, кал. до н. э. или кал. AD, опять же, где ВР ссылается на 1950 год как на нулевую дату. Радиоуглерод предоставляет два варианта представления откалиброванных дат. Общий формат - «cal
Например, « cal 1220–1281 AD (1σ) »означает откалиброванную дату, истинная дата которой находится между 1220 и 1281 AD, с уровнем достоверности, заданным как 1σ, или одно стандартное отклонение. Калиброванные даты также могут быть выражены в BP вместо использования BC и AD. Кривая, используемая для калибровки результатов, должна быть последней доступной кривой IntCal. Калиброванные даты также должны указывать на любые программы, такие как OxCal, используемые для выполнения калибровки. Кроме того, в статье в Radiocarbon в 2014 г. о соглашениях о передаче данных по радиоуглероду рекомендуется предоставлять информацию об обработке проб, включая материал пробы, методы предварительной обработки и измерения контроля качества; что в ссылке на программное обеспечение, используемое для калибровки, должен быть указан номер версии и любые используемые опции или модели; и что откалиброванная дата должна быть указана с соответствующими вероятностями для каждого диапазона.
Ключевым понятием при интерпретации радиоуглеродных дат является археологические ассоциация : каковы истинные отношения между двумя или более объектами на археологическом участке? Часто бывает, что образец для радиоуглеродного датирования может быть взят непосредственно с интересующего объекта, но также есть много случаев, когда это невозможно. Металлические предметы захоронения, например, не могут быть датированы радиоуглеродом, но их можно найти в могиле вместе с гробом, древесным углем или другим материалом, которые, как можно предположить, были депонированы одновременно. В этих случаях дата гроба или угля указывает на дату захоронения погребального инвентаря из-за прямой функциональной связи между ними. Бывают также случаи, когда функциональная взаимосвязь отсутствует, но взаимосвязь достаточно сильна: например, слой древесного угля в помойке дает дату, которая имеет отношение к помойке.
Загрязнение имеет Особое внимание следует уделять датированию очень старых материалов, полученных в результате археологических раскопок, и большая осторожность требуется при отборе и подготовке образцов. В 2014 году Томас Хайэм и его сотрудники предположили, что многие даты, опубликованные для артефактов неандертальцев, являются слишком недавними из-за загрязнения «молодым углеродом».
As дерево растет, только самое внешнее кольцо дерева обменивается углеродом с окружающей средой, поэтому возраст, измеренный для образца древесины, зависит от того, откуда был взят образец. Это означает, что радиоуглеродные даты на образцах древесины могут быть старше даты, когда дерево было срублено. Кроме того, если кусок дерева используется для нескольких целей, может возникнуть значительная задержка между вырубкой дерева и его окончательным использованием в том контексте, в котором оно было найдено. Это часто называют проблемой «старое дерево ». Одним из примеров является путь бронзового века в Уити-Бед-Копс в Англии; дорожка была построена из дерева, которое явно использовалось для других целей, прежде чем снова использоваться в дорожке. Другой пример - коряги, которые можно использовать в качестве строительного материала. Распознать повторное использование не всегда возможно. Другие материалы могут представлять ту же проблему: например, известно, что битум использовался некоторыми сообществами неолита для водонепроницаемости корзин; радиоуглеродный возраст битума будет больше, чем можно измерить в лаборатории, независимо от фактического возраста среды, поэтому тестирование материала корзины даст неверный возраст, если не будут приняты меры. Отдельная проблема, связанная с повторным использованием, - это длительное использование или отложенное осаждение. Например, деревянный предмет, который используется в течение длительного периода, будет иметь видимый возраст больше, чем фактический возраст того места, в котором он был помещен.
Археология - это не единственная область применения радиоуглеродного датирования. Радиоуглеродные данные также могут использоваться, например, в геологии, седиментологии и исследованиях озер. Возможность датировать мельчайшие образцы с помощью AMS означает, что палеоботаники и палеоклиматологи могут использовать радиоуглеродное датирование непосредственно для пыльцы, очищенной от отложений, или для небольших количеств растительного материала или древесного угля. Даты на органическом материале, извлеченном из представляющих интерес пластов, можно использовать для сопоставления пластов в разных местах, которые кажутся схожими по геологическим признакам. Датирование материала из одного местоположения дает информацию о дате в другом месте, и даты также используются для размещения слоев на общей геологической временной шкале.
Радиоуглерод также используется для датировки выбросов углерода из экосистем, в частности, для мониторинга выбросов старого углерода, который ранее хранился в почвах в результате антропогенного воздействия или изменения климата. Последние достижения в области полевых методов сбора также позволяют проводить радиоуглеродное датирование метана и углекислого газа, которые являются важными парниковыми газами.
Плейстоцен - геологическая эпоха, начавшаяся около 2,6 миллиона лет назад. Голоцен, нынешняя геологическая эпоха, начинается около 11700 лет назад, когда заканчивается плейстоцен. Установление даты этой границы, которая определяется резким потеплением климата, как можно точнее было целью геологов на протяжении большей части 20 века. В Two Creeks, в Висконсине, был обнаружен ископаемый лес (Государственный природный заповедник Two Creeks Buried Forest ), и последующие исследования показали, что разрушение леса было вызвано льдом Вальдерса. реадванс, последнее движение льда на юг перед концом плейстоцена в этой области. До появления радиоуглеродного датирования окаменелые деревья были датированы путем сопоставления последовательностей ежегодно осаждаемых слоев отложений в Ту-Крик с последовательностями в Скандинавии. Это привело к оценкам, что деревьям было от 24000 до 19000 лет, и, следовательно, это было принято как дата последнего наступления Висконсинского оледенения до того, как его окончательное отступление ознаменовало конец плейстоцена на Севере. Америка. В 1952 году Либби опубликовала радиоуглеродные даты для нескольких образцов с участка Ту-Крик и двух подобных участков поблизости; среднее значение дат составило 11 404 лет назад со стандартной ошибкой в 350 лет. Этот результат не был откалиброван, так как необходимость калибровки радиоуглеродного возраста еще не была понята. Дальнейшие результаты, полученные в течение следующего десятилетия, подтвердили, что средняя дата составляет 11350 лет назад, при этом результаты считаются наиболее точными, составляя в среднем 11 600 лет назад. Первоначально этим результатам сопротивлялся Эрнст Антевс, палеоботаник, который работал над скандинавской серией варв, но его возражения в конечном итоге были отвергнуты другими геологами. В 1990-х годах образцы были протестированы с помощью AMS, и были получены (неоткалиброванные) даты в диапазоне от 11640 до 11 800 лет назад, оба со стандартной ошибкой 160 лет. Впоследствии образец ископаемого леса был использован в межлабораторном испытании, результаты которого предоставили более 70 лабораторий. Эти тесты дали средний возраст 11 788 ± 8 лет назад (достоверность 2σ), что при калибровке дает диапазон дат от 13 730 до 13 550 калорий. Радиоуглеродные даты двух ручьев в настоящее время считаются ключевым результатом в развитии современного понимания оледенения Северной Америки в конце плейстоцена.
В 1947 году свитки были обнаружены в пещерах около Мертвого моря, которые, как оказалось, содержали письменность на иврите и арамейском, большинство из которых, как полагают, было создано ессеями, небольшой еврейской сектой. Эти свитки имеют большое значение при изучении библейских текстов, поскольку многие из них содержат самую раннюю известную версию книг Библии на иврите. Образец льняной обертки одного из этих свитков, Великий свиток Исайи, был включен в анализ 1955 года Либби, его предполагаемый возраст составляет 1917 ± 200 лет. На основе анализа стиля письма были сделаны палеографические оценки возраста свитков 21, и образцы из большинства из них, наряду с другими свитками, которые не были датированы палеографией, были проверены двумя Лаборатории AMS в 1990-е годы. Результаты варьировались по возрасту от начала 4 века до нашей эры до середины 4 века нашей эры. Во всех случаях, кроме двух, было установлено, что свитки находятся в пределах 100 лет от палеографически определенного возраста. Свиток Исайи был включен в тестирование, и было обнаружено, что он имеет два возможных диапазона дат при уровне достоверности 2σ из-за формы калибровочной кривой в этой точке: существует 15% вероятность, что он датируется 355–295 годами до нашей эры, и с вероятностью 84%, что он датируется 210–45 гг. до н. э. Впоследствии эти даты подверглись критике на том основании, что перед испытанием свитков они были обработаны современным касторовым маслом для облегчения чтения надписей; Утверждалось, что отсутствие достаточного удаления касторового масла привело бы к тому, что финики были слишком молодыми. Было опубликовано множество статей как в поддержку, так и против критики.
Вскоре после публикации статьи Либби 1949 года в журнале Science университеты по всему миру начали создавать лаборатории радиоуглеродного датирования, а В конце 1950-х годов действовало более 20 исследовательских лабораторий по. C. Вскоре стало очевидно, что принципы радиоуглеродного датирования действительны, несмотря на определенные расхождения, причины которых тогда оставались неизвестными.
Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию - часто описываемое как «радиоуглеродное датирование». революция". По словам антрополога Р. Э. Тейлора, «данные. С сделали возможной предысторию мира, внося свой вклад в шкалу времени, которая выходит за пределы местных, региональных и континентальных границ». Он обеспечивает более точную датировку в пределах участков, чем предыдущие методы, которые обычно основываются либо на стратиграфии, либо на типологиях (например, каменных орудий труда или керамики); он также позволяет сравнивать и синхронизировать события на больших расстояниях. Появление радиоуглеродного датирования могло даже привести к появлению более совершенных полевых методов в археологии, поскольку лучшая регистрация данных приводит к более прочной связи объектов с исследуемыми образцами. Эти улучшенные полевые методы иногда были мотивированы попытками доказать, что дата. C была неправильной. Тейлор также предполагает, что наличие точной информации о дате освободило археологов от необходимости сосредоточить так много энергии на определении дат своих находок и привело к расширению круга вопросов, которые археологи хотели исследовать. Например, с 1970-х годов вопросы об эволюции человеческого поведения гораздо чаще встречались в археологии.
Система датирования, обеспечиваемая радиоуглеродом, привела к изменению преобладающего взгляда на то, как инновации распространяются в доисторической Европе. Ранее исследователи полагали, что многие идеи распространяются путем распространения по континенту или посредством вторжений людей, приносящих с собой новые культурные идеи. Когда радиоуглеродные датировки во многих случаях стали доказывать, что эти идеи ошибочны, стало очевидно, что эти инновации, должно быть, иногда возникали на местах. Это было описано как «вторая радиоуглеродная революция», и что касается британской предыстории, археолог Ричард Аткинсон охарактеризовал влияние радиоуглеродного датирования как «радикальную... терапию» для «прогрессирующей болезни инвазионизма». ". В более широком смысле успех радиоуглеродного датирования стимулировал интерес к аналитическим и статистическим подходам к археологическим данным. Тейлор также описал влияние AMS и возможность получения точных измерений на очень маленьких образцах как начало третьей радиоуглеродной революции.
Иногда методы радиоуглеродного датирования датируют объект, представляющий общественный интерес, например, Туринская плащаница, кусок льняной ткани, на котором, по мнению некоторых, было изображение Иисуса Христа после его распятия. Три отдельные лаборатории датировали образцы полотна с Плащаницы в 1988 ; результаты указывают на происхождение 14-го века, вызывая сомнения в подлинности плащаницы как предполагаемой реликвии 1-го века.
Исследователи изучили другие радиоактивные изотопы, созданные космическими лучами, чтобы определить, могут ли они также использоваться для помощи в датировка объектов, представляющих археологический интерес; такие изотопы включают . He, . Be, . Ne, . Al и . Cl. С развитием AMS в 1980-х годах стало возможным достаточно точно измерить эти изотопы, чтобы они могли стать основой полезных методов датирования, которые в основном применялись для датирования горных пород. Встречающиеся в природе радиоактивные изотопы также могут составлять основу методов датирования, как, например, датирование калий-аргоном, датирование аргон-аргоном и датирование серий урана. Другие методы датирования, представляющие интерес для археологов, включают термолюминесценцию, оптически стимулированную люминесценцию, электронный спиновой резонанс и датирование по трекам деления, а также методы, зависящие от годовых полос или слоев, такие как дендрохронология, тефрохронология и varve хронология.
Эта статья была отправлена в WikiJournal of Science для внешней академической экспертной оценки в 2017 г. (отчеты рецензентов ). Обновленный контент был повторно интегрирован на страницу Википедии под лицензией CC-BY-SA-3.0 (). Пересмотренная версия записи: Майк Кристи; и другие. (2018), «Радиоуглеродное датирование», WikiJournal of Science, 1 (1): 6, doi : 10.15347 / WJS / 2018.006, Wikidata Q55120317
В Wikibook Историческая геология есть страница по теме: Радиоуглеродное датирование |