Вселенная сегодня


Новости космоса и астрономии



Всемирное координированное время (UTC): Четверг, 22.06.2017, 11:02

Вселенная Сегодня » 2016 » Сентябрь » 28 » Что такое радиоуглеродный анализ?

28.09.2016
Что такое радиоуглеродный анализ?
Автор: Matt Williams

Негативы полной длины Туринской плащаницы. Радиоуглеродное датирование позволило определить её истинный возраст. Предоставлено: Wikipedia Commons.

Здесь на Земле углерод присутствует в атмосфере, почве, океанах и в каждом живом существе. Углерод-12 так называется, потому что он имеет атомный вес 12, он самый распространённый изотоп, но отнюдь не единственный. Углерод-14 - ещё один изотоп углерода, образующийся, когда азот-14 подвергается бомбардировке космическим излучением.


Этот процесс заставляет протон замещаться нейтроном, эффективно превращая атомы азота-14 в изотоп углерода-14 - известный как "радиоуглерод". Естественно, он радиоактивный и нестабильный, и поэтому он будет самопроизвольно распадаться обратно в азот-14 в течение определённого периода времени. Это свойство делает его особенно полезным в процессе, известном как "радиоуглеродный анализ", или углеродное датирование для краткости.

Происхождение радиоуглерода:

Радиоуглерод попадает в биосферу в результате естественных процессов, как приём пищи и дыхание. Растения и животные поглощают как углерод-12, так и углерод-14 в процессе их естественной жизни, просто выполняя эти основные функции. Когда они умирают, то перестают потреблять их, и изотоп углерод-14 начинает возвращаться в состояние азота в геометрической прогрессии из-за своего радиоактивного распада.



Сравнение оставшегося в образце углерода-14 с ожидаемым атмосферным углеродом-14 позволяет оценить возраст образца. Кроме того, учёные знают, что период полураспада радиоуглерода 5730 лет. Значит, что в образце радиоуглерода возрастом 5730 лет половина его распадётся обратно в азот.

Примерно через 10 периодов полураспада количество радиоуглерода останется мизерным для измерения, и поэтому данный метод не особо надёжен для датирования экземпляров, умерших более 60000 лет назад, то есть в конце Среднего Палеолита (Древний Каменный Век).

История развития:

Эксперименты, которые привели к радиоуглеродному датированию, начались в 1939-м году, благодаря усилиям Радиационной Лаборатории в Калифорнийском Университете в Беркли. В то время исследователи пытались определить, имеет ли какой-нибудь из элементов, обычных для органической материи, изотопы с периодом полураспада, достаточно длинным для оценки в биомедицинских исследованиях.

К 1940-му году период полураспада углерода-14 был определён, а также механизм, с помощью которого он создавался (медленные нейтроны, взаимодействующие с азотом в атмосфере Земли). Это противоречило предыдущей работе, в которой считалось, что он был продуктом дейтерия (тяжёлого водорода) и углерода-13.


Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона, но его тяжёлая форма, называемая дейтерием, также содержит нейтроны. Предоставлено: NASA/GFSC.

Во время Второй Мировой Войны Уиллард Либби - химик, выпускник Беркли - читал статью Э.У.Дэнфорта и С.А.Корфа, опубликованную в 1939 году, в которой был сделан прогноз о том, что углерод-14 создаётся в атмосфере из-за взаимодействия между азотом и космическими лучами. Из этого Либби придумал идею измерения полураспада углерода-14 в качестве метода датирования органических материалов.

В 1945 году Либби перебрался в Чикагский Университет, где он начал работу над тем, что приведёт к развитию радиоуглеродного анализа. В 1946 году  он опубликовал статью, в которой размышлял о том, что углерод-14 может существовать в органическом веществе наряду с другими изотопами углерода.

После проведения эксперимента, в котором измерялся углерод-14 в метане, взятом из образцов сточных вод, Либби и его коллеги смогли продемонстрировать, что органическое вещество содержит радиоактивный углерод-14. За этим последовали эксперименты с образцами древесины из гробниц двух египетских фараонов, возраст которых был известен.

Их результаты оказались точными, с поправкой на небольшую погрешность, и были опубликованы в 1949 году в журнале Science. В 1960 году Либби получил Нобелевскую Премию по химии за эту работу. С этого времени углеродный анализ использовали в различных областях науки, и он позволил датировать ключевые моменты в древней истории.


Диаграмма, показывающая как работает радиоуглеродный анализ. Предоставлено: howstuffworks.com.

Ограничения радиоуглеродного анализа:

Радиоуглеродный анализ имеет ограничения по ряду причин. Во-первых, существует предположение, что соотношение углерода-12 и углерода-14 в атмосфере остаётся неизменным, когда на самом деле отношение может зависеть от целого ряда факторов, например, темп производства углерода-14 в атмосфере, что в свою очередь зависит от количества космических лучей, проникающих в атмосферу Земли.

На это влияют такие факторы, как магнитное поле Земли, которое отклоняет космические лучи. Кроме того, точные измерения, проводимые более 140 лет, показали стабильный спад в силе магнитного поля Земли. Это означает устойчивый рост производства радиоуглерода, что приведёт к увеличению коэффициента.

Другое ограничение заключается в том, что этот метод может быть применён только для органической материи, такой как кости, плоть, древесина, и не могут быть использованы напрямую для датирования камней. Кроме того, добавление углерода-12 сбросит со счетов норму соотношения, что приведёт к неточной оценке возраста образца.

Там же и антропогенные факторы. Поскольку ископаемые виды топлива не содержат углерод-14, сжигание бензина, нефти и других углеводородов - во всё большем и большем количестве в течение последних полутора веков - уже разбавило содержание углерода-14 в атмосфере.



С другой стороны, атмосферные испытания ядерного оружия в 1950-х и 1960-х годах, вероятно, увеличили содержание углерода-14 в атмосфере. Фактически, были проведены исследования, которые свидетельствуют о том, что ядерные испытания могли удвоить концентрацию углерода-14 в это время по сравнению с природным производством космическими лучами.

Тем не менее, радиоуглеродный анализ остаётся самым точным способом датирования, которое открыло научное сообщество. До тех пор, пока другой метод не станет доступным - и он будет иметь меньшую погрешность - он останется методом выбора для археологии, палеонтологии и других сфер научных исследований.


Название прочитанной вами статьи "Что такое радиоуглеродный анализ?".

Похожие статьи:
Категория: Космический справочник | Просмотров: 681 | Теги: радиоуглеродный анализ, история, наука | Рейтинг: 0.0/0
Читайте также:
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]