|
* * * Теория метода радиоуглеродного датирования Одним из основных химических элементов круговорота веществ в биосфере Земли является углерод, который встречается в виде трех изотопов: 12С, 13С, 14С. В атмосфере углерод присутствует в основном в виде углекислого газа. Есть и другие соединения, но их уровень незначителен по сравнению с СО2. Львиная доля углерода приходится на изотоп 12С. На изотоп 13С приходится примерно 0,1%, а доля 14С - 1,18.10-12. Интересующий нас далее изотоп 14С образуется в верхних слоях атмосферы из азота воздуха под воздействием космических лучей по реакции: 14N + n ? 14C + p+ Из атмосферного воздуха изотоп 14С в процессе обмена веществ попадает в биосферу Земли. При этом основным каналом поступления 14С в живые организмы является фотосинтез растений, а далее – по пищевой цепочке – он попадает в организм животных. Через биосферу и непосредственно из атмосферы (хотя и менее интенсивно) 14С попадает в почву и воду океанов. Если изотопы 12С и 13С являются устойчивыми, то 14С радиоактивен и с течением времени распадается по реакции: 14С ? 14N + e- + n Данная реакция (как и другие реакции радиоактивного распада) характеризуется зависимостью: А/А0 = exp (-t/T) где А0 – концентрация 14С в некотором образце в начальный момент времени; А – концентрация 14С в момент времени t; Т – период полураспада, равный для радиоуглерода величине 5730±40 лет. Именно это свойство нестабильности и «склонности» к распаду и используется в радиоуглеродных методах исследования, которые можно разделить на задачи двух видов (это деление нам понадобится в дальнейшем). Первый вид – прямая задача. Если известно время t, т.е. если известен возраст образца, то по текущему содержанию 14С (и вышеприведенной зависимости) можно определить содержание радиоуглерода в образце в начальный момент времени, т.е. во время t назад. Взаимосвязь содержания радиоуглерода в биосфере и атмосфере Земли позволяет далее определять содержание 14С в атмосфере планеты в прошлом, а через него и изменения различных факторов, влияющих на процесс образования 14С (магнитного поля Земли, солнечной активности, мощности потока космических лучей и т.д. и т.п.). Но, несмотря на всю увлекательность данного направления исследований, мы на них здесь не будем останавливаться, поскольку нас будет интересовать другой вид задачи. Второй вид – обратная задача. Если известно начальное содержание 14С в образце, то, измерив его содержание в текущий момент времени, по той же вышеприведенной зависимости можно определить возраст образца. И здесь открываются привлекательные перспективы для археологов и историков. — 317 —
|