О радиоуглеродном и калий-аргоновом методе археологической датировки

В процессе изучения исторического процесса более чем двухтысячелетней давности также важно знать даты, которые могут дать предметы, имеющие свой возраст. Точные физико-химческие методы необходимы в первую очередь для определения подлинности возраста найденных предметов, чтобы включить их в процесс исторического исследования. Выработке концептуально-теоретических основ нашего исследования способствовало изучение работ Мартынова А. И., Вагнера Г. А., Шера А.Я. Цель настоящего доклада – изучить саму историю археологических методов абсолютной датировки – радиоуглеродного и калий-карбнового, что имеет мировоззренческую направленность.

Всем известен школьный электроскоп. Это металлический стерженек, к которому прикреплены легкие листочки. Если к стержню прикоснуться наэлектризованным телом, то листочки получат одноименный заряд и, оттолкнувшись друг от друга, разойдутся. Электрические тела разряжаются при поднесении к ним радиоактивных источников.

Однако если мы зарядим электроскоп и оставим его в таком состоянии, то через некоторое время листочки опадут сами. Значит, где-то поблизости есть радиоактивный источник. Ученые попытались спрятать электроскоп от радиоактивного излучения в толстенный свинцовый ящик. Однако листочки опали и там. Тогда решили, что это излучение идет от земли, и подняли электроскоп в воздух. Такой опыт сделал в 1911 г. австрийский физик Виктор Гесс. Однако на высоте 5 км листочки опали еще быстрее. Значит, излучение идет откуда-то сверху. Его назвали космическим.

Оказалось, что космические лучи, попадая в атмосферу Земли, вызывают изменения в атомах. Например, они образуют углерод 14 (С = 14). Этот радиоуглерод отличается от обычного только тем, что в его ядре находится на два нейтрона больше. Подсчитано, что ежегодно в атмосфере Земли возникает 7 кг радиоуглерода и столько же распадается.

Образовавшись на высоте 15 км, радиоуглерод обычно окисляется кислородом и рассеивается в атмосфере. Потом он попадает в растения. Животные питаются растениями, и радиоуглерод попадает к ним. Человек питается растениями и животными, и вместе с ними радиоуглерод попадает в тело человека. За жизнь его накапливается довольно много. Но вот растение или животное погибло и перестало получать радиоуглерод; начинается распад его. Скорость распада точно известна. За 5730 лет радиоуглерода в любом организме становится наполовину меньше. Это полураспад. Пройдет больше времени — меньше останется радиоуглерода, пройдет меньше — больше. В общем, нужно только измерить, сколько осталось радиоуглерода в том или ином предмете, найденном при раскопках, и будет известно, сколько лет прошло со дня смерти того или иного организма — животного, человека или дерева. Есть специальные счетчики для измерения остаточного углерода.

А впервые этот метод предложил профессор Чикагского университета Уиллард Фрэнк Либби. В 1960 г. за это ему была присуждена Нобелевская премия.

Таким же методом можно определить и возраст других тел, например вулканической лавы. При извержении вулкана радиоактивные частицы вместе с лавой разливаются на большом пространстве. Они разносятся на большое расстояние вместе с вулканическим пеплом. Потом лава или пепел затвердевают и начинается распад радиоактивных частиц. Скорость распада также известна. Достаточно кусочек древнего пепла или лавы поместить в особый прибор, и станет ясно, сколько лет тому назад было извержение вулкана. Ну, а если человек или его предок прошел по только что выпавшей вулканической пыли, то можно точно сказать, сколько лет назад это было. Ведь известно, что пепел и лава затвердевают очень быстро.

В датировании древних памятников не обошлось без разоблачения подделок. Ещё на заре радиоуглеродного метода один из первых образцов, предположительно из Древнего Египта, оказался современной копией [4]. Хрестоматийным примером является датирование пилтдаунского «человека» из Англии (ожидаемый возраст – не менее 75 000 лет, реальный – 500–600 лет) и остатков «Ноева ковчега» на горе Арарат (их возраст составил всего 1200–1400 лет, а не как минимум 5000 лет согласно библейской хронологии).

После открытия радиоактивности Беккерелем в 1896 г., достаточно быстро стало ясно, что это явление можно использовать для датирования геологических объектов, и в начале XX столетия такие работы начались. Радиоактивность калия была обнаружена в 1906 г., но то, что радиоактивным является изотоп с 40 массой – выяснилось только в 1935 г. Двумя годами позже Вайцзеккер1 установил, что калий-40 имеет двойную цепь распада в аргон-40 и кальций-40. Несмотря на то, что непосредственно применение этой схемы распада для датирования тем методом, который мы сегодня называем K-Ar, началось позже, обычно именно Вайцзеккеру отдается приоритет первооткрывателя. Первые попытки датировать калиевые минералы по аргону были осуществлены в 1948 г. в США Алдричем и Ниром и в СССР Герлингом и Титовым. Это, что касается рождения метода. Дальше было несколько эпизодов: от повального увлечения до почти забвения и последующего периода ренессанса. Следует отметить, что сегодня существует несколько вариантов калий-аргоновых методов (отличающиеся техническими деталями) и отдельно аргон-аргоновый метод, который хоть и использует всё ту же схему распада калия в аргон, но является принципиально другим по многим причинам.

Теоретически, для датирования калий-аргоновым методом пригоден любой минерал с калием. Лучше если калий входит в структуру минерала, но иногда можно датировать и по минералам с примесями этого элемента. На практике лучше всего датировать минералы, кристаллизовавшиеся из магмы.

Самая известная датировка этими методами – извержение 79 года нашей эры вулкана Везувий, того самого, которое похоронило Помпеи и Геркуланум. Но в данном случае эта датировка известна не тем, что была получена какая то новая информация для археологов, а тем, что было показано, что аргон-аргоновый метод может решать задачи на уровне первых тысяч лет. Т.е. тут тестировалась сама методика для верхнего возрастного предела метода. Что же касается новой информации для, например, антропологии, то аргон-аргоновым методами в начале 1990-х датировались останки женщины-австралопитека «Люси», найденной на севере Танзании в 1974 г. Конечно же датировались не сами кости, а вулканические пеплы, в которых они были захоронены. В итоге возраст Люси оказался чуть больше 3 миллионов лет. Калий-аргоновым и аргон-аргоновым методами датировали тектиты, связанные с Чиксулубским метеоритом, который упал на Землю примерно 65 млн лет назад.

Таким образом основные физико-химические методы датировки, такие как радиоуглеродный и калий-аргоновый являются одними из самых точных методов абсолютной датировки. Научные деятели физики и химии внесли большой вклад в историческую, археологическую и геологическую науки.

Литература

1. Матюшин Г. Н. У колыбели истории / Матюшин Г. Н. – М.: Просвещение, 1972. – 256

2. Мартынов А.И., Шер Я.А. Методы археологического исследования / А. И. Мартынов, Я. А. Шер. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Высш. шк.; 2002. — 240 с.: ил.

3. Алексеев В.П., Першиц А.И. История первобытного общества / Учеб. для вузов по спец. «История». – М.: Высш. шк., 1990. – 351 с.: ил.

4. 2. Вагнер Г.А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. М.: Техносфера, 2006.