радиовъглероден метод

  • атеизъм (49)
  • Видео (64)
  • Изневяра/Ерес (48)
  • история (71)
  • наука и религия (59)
  • Новини (91)
  • православие (96)
  • Разни (92)
  • хумор (17)
  • езичество (32)

облак от етикети

Всичко тук ще бъде заменено в браузъри, които поддържат елемента canvas

Мнозина се позовават на резултатите от радиовъглеродното датиране, но не всеки знае същността и приложимостта на този метод. Освен това има "клопки", на които със сигурност трябва да се обърне внимание. В подбора на материали читателите ще се запознаят с бегъл преглед на радиовъглеродния метод, както и с мнения "за" и "против".

Радиовъглеродното датиране е метод за датиране на органични материали чрез измерване на съдържанието на радиоактивния въглероден изотоп 14C. Този метод се използва широко в археологията и геонауките.

Радиовъглеродни източници

Земята и нейната атмосфера са постоянно изложени на радиоактивно бомбардиране от потоци елементарни частици от междузвездното пространство. Прониквайки в горните слоеве на атмосферата, частиците разделят атомите там, допринасяйки за освобождаването на протони и неутрони, както и по-големи атомни структури. Азотните атоми във въздуха абсорбират неутрони и освобождават протони. Тези атоми имат, както и преди, маса 14, но имат по-малък положителен заряд; сега зарядът им е шест. Така първоначалният азотен атом се превръща в радиоактивен изотоп на въглерода:

където n, N, C и p са съответно неутрон, азот, въглерод и протон.

Образуването на радиоактивни въглеродни нуклиди от атмосферния азот под въздействието на космическите лъчи става със средна скорост от прибл. 2,4 at./s за всеки квадратсантиметър от земната повърхност. Промените в слънчевата активност могат да причинят известни колебания в тази стойност. Тъй като въглерод-14 е радиоактивен, той е нестабилен и постепенно се превръща в атомите азот-14, от които е образуван; в процеса на такава трансформация той освобождава електрон - отрицателна частица, което прави възможно фиксирането на самия процес.

Радиовъглерод в живите организми

Всички растителни и животински тъкани съдържат въглерод. Растенията го получават от атмосферата и тъй като животните се хранят с растения, въглеродният диоксид също попада в телата им в индиректна форма. По този начин космическите лъчи са източник на радиоактивност във всички живи организми.

Методът за радиовъглеродно датиране е предложен от W. Libby (1950). До 1960 г. радиовъглеродното датиране е получило всеобщо признание, радиовъглеродни лаборатории са създадени по целия свят и Либи е удостоена с Нобелова награда за химия.

Метод

Пробата за радиовъглероден анализ трябва да се взема с абсолютно чисти инструменти и да се съхранява на сухо в стерилен найлонов плик. Изисква се точна информация за мястото и условията на подбор. Идеалната проба от дърво, въглен или плат трябва да тежи около 30 г. За черупките е желателна маса от 50 г, а за костите - 500 г (най-новите методи обаче позволяват определяне на възрастта от много по-малки проби). Всяка проба трябва да бъде старателно почистена от по-стари и по-млади въглеродни замърсители, като корени на по-късно отгледани растения или фрагменти от древни карбонатни скали. Предварителното почистване на пробата е последвано от нейната химическа обработка в лабораторията. За отстраняване на чужди въглеродни минерали и разтворими органични вещества, коитоможе да проникне в пробата, използвайте киселинен или алкален разтвор. След това органичните проби се изгарят, черупките се разтварят в киселина. И двете процедури водят до освобождаване на газ въглероден диоксид. Той съдържа целия въглерод на пречистената проба и понякога се превръща в друго вещество, подходящо за радиовъглероден анализ.

Има няколко метода за измерване на радиовъглеродната активност. Един от тях се основава на определяне на броя на електроните, освободени при разпадането на 14C. Интензитетът на отделянето им съответства на количеството 14С в пробата. Времето за броене е до няколко дни, тъй като само около една четвърт милионна от броя на атомите 14C, съдържащи се в пробата, се разпада на ден. Друг метод изисква използването на масспектрометър, който открива всички атоми с маса 14; специален филтър ви позволява да правите разлика между 14N и 14C. Тъй като няма нужда да се чака за настъпване на гниене, преброяването на 14C може да бъде завършено за по-малко от час; достатъчно е да имате проба с тегло 1 mg. Директният масспектрометричен метод се нарича AMS датиране. В този случай се използват сложни високочувствителни инструменти, които по правило се предлагат в центрове, провеждащи изследвания в областта на ядрената физика.

Традиционният метод изисква много по-малко обемисто оборудване. Първо, беше използван брояч, който определяше състава на газа и според принципа на работа беше подобен на брояча на Гайгер. Броячът се пълни с въглероден диоксид или друг газ (метан или ацетилен), получен от пробата. Всяко радиоактивно разпадане, което се случва вътре в инструмента, ще предизвика малък електрически импулс. Енергията на радиационния фон на околната среда обикновено варира в широки граници, за разлика от радиацията, причинена от разпада на 14C, енергиятакойто по правило е близо до долната граница на фоновия спектър. Силно нежеланата връзка между фоновите стойности и данните за 14C може да се подобри чрез изолиране на измервателния уред от външна радиация. За тази цел плотът се покрива с екрани от желязо или високочисто олово с дебелина няколко сантиметра. В допълнение, стените на самия брояч са екранирани от броячи на Гайгер, разположени близо един до друг, които, забавяйки цялото космическо лъчение, деактивират самия брояч, съдържащ пробата, за около 0,0001 секунди. Методът на скрининг намалява фоновия сигнал до няколко дезинтеграции в минута (дървесна проба от 3 g, датираща от 18 век, дава

40 случая на разпадане на 14C на минута), което прави възможно датирането на доста древни проби.

От около 1965 г. методът на течната сцинтилация е широко разпространен в датирането. Когато се използва, въглеродният газ, получен от пробата, се превръща в течност, която може да се съхранява и изследва в малък стъклен съд. Към течността се добавя специално вещество - сцинтилатор, което се зарежда с енергията на електроните, освободени при разпадането на радионуклидите 14C. Сцинтилаторът почти веднага излъчва съхранената енергия под формата на изблици на светлинни вълни. Светлината може да бъде уловена с фотоумножителна тръба. Сцинтилационният брояч има две такива тръби. Фалшивият сигнал може да бъде открит и елиминиран, тъй като се изпраща само от една тръба. Съвременните сцинтилационни броячи се характеризират с много ниско, почти нулево фоново лъчение, което прави възможно датирането на проби на възраст до 50 000 години с висока точност.

Сцинтилационният метод изисква внимателна подготовка на пробата, тъй като въглеродът трябва да се превърне в бензен. Процесът започва с реакция между въглероден диоксид иразтопен литий, което води до образуването на литиев карбид. Водата постепенно се добавя към карбида и той се разтваря, освобождавайки ацетилен. Този газ, който съдържа целия въглерод на пробата, се превръща в прозрачна течност, бензен, под действието на катализатор. Следната верига от химични формули показва как въглеродът преминава от едно съединение към друго в този процес:

Всички определяния на възрастта, получени от лабораторни измервания на 14C, се наричат ​​радиовъглеродни дати. Те са дадени в броя на годините преди нашите дни (BP), а за отправна точка е взета кръгла съвременна дата (1950 или 2000 г.). Радиовъглеродните дати винаги се дават с указание за възможна статистическа грешка (например 1760 ± 40 г. пр. н. е.).

Приложение

Обикновено се използват няколко метода за определяне на възрастта на дадено събитие, особено ако то е сравнително скорошно събитие. Възрастта на голям, добре запазен екземпляр може да се определи с точност до десет години, но за повторен анализ на екземпляра са необходими няколко дни. Обикновено резултатът се получава с точност до 1% от определената възраст.

Значението на радиовъглеродното датиране нараства особено при липсата на исторически данни. В Европа, Африка и Азия ранните следи от първобитния човек надхвърлят радиовъглеродното датирано време, т.е. са на възраст над 50 000 години. Въпреки това, началните етапи на организацията на обществото и първите постоянни селища, както и появата на най-древните градове и държави, попадат в обхвата на радиовъглеродното датиране.

Радиовъглеродното датиране е особено успешно при разработването на хронологична времева линия за много древни култури. Благодарение на това вече е възможно да се сравнява хода на развитие на културите и обществата иустановете кои групи от хора първи са усвоили определени инструменти, създали са нов тип селище или са проправили нов търговски път.

Определянето на възрастта с радиоактивен въглерод стана универсално. След образуване в горните слоеве на атмосферата радионуклидите 14C проникват в различни среди. Въздушните течения и турбуленцията в ниските слоеве на атмосферата осигуряват глобално разпространение на радиовъглерод. Преминавайки във въздушните потоци над океана, 14C първо навлиза в повърхностния слой на водата, а след това прониква в дълбоките слоеве. Над континентите дъждът и снегът носят 14C на земната повърхност, където постепенно се натрупва в реки и езера, както и в ледници, където може да се задържи хилядолетия. Изучаването на концентрацията на радиоактивен въглерод в тези среди допълва познанията ни за водния цикъл в Световния океан и климата от минали епохи, включително последната ледникова епоха. Радиовъглеродният анализ на останките от дървета, изсечени от настъпващия ледник, показа, че последният студен период на Земята е приключил преди около 11 000 години.

Растенията ежегодно абсорбират въглероден диоксид от атмосферата по време на вегетационния период, а изотопите 12C, 13C и 14C присъстват в растителните клетки в приблизително същото съотношение, както присъстват в атмосферата. Атомите 12C и 13C се съдържат в атмосферата в почти постоянно съотношение, но количеството на изотопа 14C варира в зависимост от интензивността на неговото образуване. Слоевете на годишния растеж, наречени дървесни пръстени, отразяват тези разлики. Непрекъснатата последователност на годишните пръстени на едно дърво може да продължи 500 години за дъба и над 2000 години за секвоята и шишарения бор. В сухите планински райони на северозападната част на Съединените щати и в торфените блата на Ирландия и Германия, хоризонти със стволове на мъртви дървета от различни видовевъзрасти. Тези находки позволяват да се комбинират данни за колебанията в концентрацията на 14C в атмосферата за период от почти 10 000 години. Правилността на определяне на възрастта на пробите в хода на лабораторните изследвания зависи от познаването на концентрацията на 14C по време на живота на организма. За последните 10 000 години такива данни са събрани и обикновено се представят като калибровъчна крива, показваща разликата между нивата на 14C в атмосферата през 1950 г. и в миналото. Несъответствието между радиовъглеродните и калибрираните дати не надвишава ± 150 години за интервала между 1950 г. сл. Хр. и 500 г. пр.н.е За по-древни времена това несъответствие се увеличава и при радиовъглеродна възраст от 6000 години достига 800 години.

Литература: Libby W.F. Радиовъглеродно определяне на възрастта. – В: Изотопи в геологията. М., 1954 Ранкама К. Изотопи в геологията. М., 1956 Сребърен Л.Р. Радиовъглероден метод и приложението му за изследване на палеографията на кватернера. М., 1961 Старик И.Е. Ядрена геохронология. L., 1961 Сребърен L.R. Приложение на радиовъглеродния метод в кватернерната геология. M., 1965 Ilves E.O., Liiva A.A., Punning J.-M.K. Радиовъглероден метод и приложението му в кватернерната геология и археология. Талин, 1977 Арсланов Х.А. Радиовъглерод: геохимия и геохронология. Л., 1987