Как работает метод радиоуглеродного датирования и надежен ли он?

Радиоуглеродное датирование является одним из самых известных методы археологических датировок доступны для ученых, и многие люди в обществе по крайней мере слышали об этом. Но есть много неправильных представлений о том, как работает радиоуглерод и насколько надежна его методика.

Датирование радиоуглерода было изобретено в 1950-х годах американским химиком Уиллардом Ф. Либби и несколько его учеников в Чикагском университете: в 1960 году он получил Нобелевскую премию по химии за изобретение. Это был первый абсолютный научный метод, когда-либо изобретенный: то есть метод был первым, который позволил исследователю определить, как давно умер органический объект, находится ли он в контекст или не. Не обращая внимания на отметку даты на объекте, она по-прежнему остается самой лучшей и точной из техник датировки.

Все живые существа обмениваются газом Углерод 14 (С14) с атмосферой вокруг них - животные и растения обмениваются углеродом 14 с атмосферой, рыбы и кораллы обмениваются углеродом с растворенным в воде C14. В течение жизни животного или растения количество C14 идеально сбалансировано с количеством его среды. Когда организм умирает, это равновесие нарушается. C14 в мертвом организме медленно разлагается с известной скоростью: его «период полураспада».

Период полураспада изотоп например, C14 - это время, необходимое для того, чтобы половина его распалась: в C14 каждые 5730 лет половина исчезает. Итак, если вы измерите количество C14 в мертвом организме, вы сможете выяснить, как давно он прекратил обмен углерода с атмосферой. Учитывая относительно нетронутые обстоятельства, радиоуглеродная лаборатория может точно измерить количество радиоуглерода в мертвом организме еще 50 000 лет назад; после этого не хватает C14 для измерения.

Однако есть проблема. Углерод в атмосфере колеблется с силой магнитное поле земли и солнечная активность. Вы должны знать, каким был уровень углерода в атмосфере (радиоуглеродный «резервуар») в то время смерти организма, чтобы иметь возможность подсчитать, сколько времени прошло с момента умер. Вам нужна линейка, надежная карта водохранилища, иными словами, органический набор объектов, которые вы может надежно закрепить дату, измерить ее содержание C14 и, таким образом, установить базовый резервуар в данном году.

К счастью, у нас есть органический объект, который ежегодно отслеживает углерод в атмосфере: годичные кольца. Деревья поддерживают в своем ростовом кольце углерод-14, и деревья производят кольцо каждый год, пока они живы. Несмотря на то, что у нас нет деревьев, возраст которых 50 000 лет, у нас есть наборы перекрывающихся колец деревьев до 12 594 лет. Итак, другими словами, у нас есть довольно надежный способ калибровки необработанных дат радиоуглерода за последние 12 594 года прошлого нашей планеты.

Но до этого доступны только фрагментарные данные, что очень затрудняет окончательную датировку чего-либо старше 13 000 лет. Возможны надежные оценки, но с большими +/- факторами.

Как вы можете себе представить, ученые пытались обнаружить другие органические объекты, которые можно надежно датировать с момента открытия Либби. Другие исследованные наборы органических данных включали в себя варвы (слои в осадочных породах, которые были отложены ежегодно и содержат органические материалы, глубокие океанические кораллы, натечных (пещерные отложения) и вулканические тефры; но есть проблемы с каждым из этих методов. Пещерные отложения и вариации могут включать в себя старый почвенный углерод, и есть еще нерешенные проблемы с колебаниями количества C14 в океанские кораллы.

Начиная с 1990-х годов, коалиция исследователей во главе с Паулой Дж. Реймер ХРОНО Центр Климата, Окружающей Среды и ХронологииВ Королевском университете в Белфасте начали создавать обширный набор данных и инструмент калибровки, который они впервые назвали CALIB. С тех пор CALIB, теперь переименованный в IntCal, несколько раз совершенствовался. IntCal объединяет и подкрепляет данные от годичных колец, кернов льда, тефры, кораллов и образований до придумать значительно улучшенный набор калибровки для дат c14 между 12 000 и 50 000 лет тому назад. Последние кривые были утверждены на 21-я Международная радиоуглеродная конференция в июле 2012 года.

В течение последних нескольких лет новым потенциальным источником для дальнейшего уточнения кривых радиоуглерода является озеро Суйгецу в Японии. Ежегодно сформированные отложения озера Суйгецу содержат подробную информацию об изменениях окружающей среды за последние 50 000 годы, которые, как полагает специалист по радиоуглеродам П.Дж. Реймер, будут такими же хорошими, а возможно и лучшими, чем образцы ядер из Гренландский ледяной щит.

Исследователи Bronk-Ramsay et al. отчет 808 Даты AMS основаны на размерах отложений, измеренных тремя различными радиоуглеродными лабораториями. Сроки и соответствующие изменения в окружающей среде обещают сделать прямые корреляции между другими ключевыми климатическими записями, позволяя таким исследователям, как Реймер, точно калибровать даты радиоуглерода между 12 500 до практического предела датирования c14 52,800.

Реймер и его коллеги отмечают, что IntCal13 - это только последняя версия калибровочных наборов, и следует ожидать дальнейших улучшений. Например, при калибровке IntCal09 они обнаружили доказательства того, что во время Дриаса Младшего (12 550–12 900 кал.р.) было остановка или, по крайней мере, резкое сокращение глубоководного образования в Северной Атлантике, что, несомненно, было отражением изменения климата; им пришлось выбросить данные за этот период из Северной Атлантики и использовать другой набор данных. Это должно дать интересные результаты в будущем.

• _{Bronk Ramsey C, Staff RA, Брайант CL, Брок F, Китагава H, Ван дер Плихт J, Schlolaut G, Маршалл MH, Брауэр A, Lamb HF и соавт. 2012. Полная наземная радиоуглеродная запись за 11,2–52,8 тыс. Лет назад. Science 338: 370-374.}
• _{Реймер П.Дж. 2012. Атмосферная наука. Уточнение радиоуглеродной шкалы времени. Наука 338(6105):337-338.}
• _{Реймер П.Дж., Бард Э., Бэйлисс А., Бек Ю.В., Блэквелл П.Г., Бронк Рамси С., Бак К.Е., Ченг Х., Эдвардс Р.Л., Фридрих М. и др.. 2013. Кривые калибровки возраста радиоуглеродного возраста IntCal13 и Marine13 0–50 000 лет кал.. радиоуглерод 55(4):1869–1887.}
• _{Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et al. 2009. Калибровочные кривые радиоуглеродного возраста IntCal09 и Marine09, АД от 0 до 50 000 лет.радиоуглерод 51(4):1111-1150.}
• _{Стуивер М и Реймер П.Дж. 1993. Расширенная база данных C14 и пересмотренная программа калибровки возраста Calib 3.0 c14. радиоуглерод 35(1):215-230.}