Terni_Kosti_skalyi_i_zvezdyi._Nauka_o_tom_kogda_chto_proizoshlo.395719 - Крис Терни

Рис. 3.2. Кривая распада радиоуглерода

Примечание: Форма кривой одинакова для всех радиоактивных изотопов

 В радиоуглеродном датировании принято не­сколько важных допущений: во-первых, приходит­ся исходить из того, что содержание 14С в атмосфере не менялось со временем; во-вторых, что содержание радиоуглерода в организмах живых существ одина­ково и совпадает с его концентрацией в атмосфере; в-третьих, что после смерти количество радиоуглеро­да в образце не увеличивается. В некоторых случаях, однако, эти допущения нарушаются, поэтому надо с осторожностью подходить и к измерениям, и к ин­терпретации результатов.

Чтобы определить возраст с помощью радиоугле­родного анализа, нужно выбрать какую-то точку от­счета, поскольку простое измерение количества 14С в образце нам ничего не даст. Радиоуглеродное дати­рование применяется уже более 50 лет. Если сегодня подвергнуть анализу крупное древнее семя, ранее уже датированное Либби, получится разница в 50 лет, с учетом совокупного распада с того времени. Однако растение, породившее это семя, могло существовать в какой-то один момент времени.

Чтобы преодолеть эту проблему, за отправную точку берут 1950 г. н. э., и все полученные результаты анализа выражают в количестве лет «до настоящего времени». Например, датируя кусок коры с дерева, росшего в 950 г. н.э., исследователь запишет возраст как 1000 лет до настоящего времени. В археологиче­ских же образцах для удобства часто пользуются обще­принятыми «до н. э.» и «н. э.».

Еще больше все запутывает то, что радиоуглерод­ный анализ дает лишь приблизительную датировку. Из существующих научных методов датирования практически ни один не способен определить воз­раст объекта с точностью до года — за исключением дендрохронологического, но о нем позже. Опреде­лив содержание радиоуглерода, ученые вынуждены при окончательном определении возраста делать поправку на различные факторы. А их немало: веро­ятность, что образец подвергался радиоуглеродному загрязнению в естественной среде или в лаборато­рии; различия в радиоактивном распаде на атомном уровне; чувствительность оборудования — все это надо принимать во внимание. Поэтому устанавли­вается погрешность, дающая временной диапазон, в который уже точно попадает анализируемый об­разец.

Вернемся к нашему вымышленному ученому и предположим, что он может бесконечное множество раз провести анализ одного и того же образца. На это ему понадобится вагон времени, уйма денег и не­исчерпаемый образец, но в воображении возможно все. Тогда наш ученый, если не сойдет с ума, получит множество слегка отличающихся друг от друга радио­углеродных датировок. Разница между ними будет невелика, и на графике они расположатся по гауссиане — кривой нормального распределения (рис. 3.3). В нормальном распределении большинство значений попадают в середину кривой, где и отражен правиль­ный возраст, и по мере удаления от центра значения становятся все более редкими.

К сожалению, не известно, в какую область кривой попадут результаты конкретной датировки. И узнать мы не сможем, разве что действительно проделаем упражнение нашего воображаемого ученого. К сча­стью, у нас нет необходимости тратить бесконечное время на датировку одного и того же образца, посколь­ку погрешность датировки можно получить с помощью статистического моделирования, рассчитав среднее квадратическое отклонение. В радиоуглеродном ана­лизе в качестве нормы принято одно среднее квадра­тическое отклонение, записывающееся как «1δ», — оно позволяет с уверенностью 68% указать разброс, в который попадает датировка.

У куска коры из приведенного выше примера по­грешность для радиоуглеродного возраста 1000 лет до современности составит 100 лет. Записывается это как 1000±100 до современности. Можно утверждать с 68%-ной вероятностью, что эта часть дерева форми­ровалась в промежутке от 900 до 1100 лет до 1950 г., т.е., другими словами, между 850 и 1050 гг. н.э. Если мы хотим еще уточнить результаты, можно увеличить погрешность до 1000±200 до современности. Это даст нам 95%-ную вероятность, или 2δ, что искомый воз­раст попадает в промежуток от 750 до 1150 гг. н.э.

Рис. 3.3. Нормальное распределение

¤

Долгое время Церковь препятствовала проведению радиоуглеродного анализа Туринской плащаницы — прежде всего потому, что для этого требовался доста­точно крупный кусок образца. Исследователям при­шлось бы уничтожить значительную часть плащаницы. Однако в 1970-х появился новый метод, а с ним новая надежда. Этот метод под названием «ускорительная масс-спектрометрия», основанный на физике ускори­телей, дал возможность фиксировать крайне малые различия в массах изотопов, позволяя подсчитать ко­личество отдельных радиоактивных атомов. Это был переворот. Отпала необходимость брать большой ку­сок материи. УМС сокращала время анализа одного образца с 50 часов до нескольких минут, а органиче­ского материала требовалось всего с чайную ложку. Зачастую можно было обойтись одним граммом. Так у ученых появилась новая возможность датировать Туринскую плащаницу.

Долго дискутировали по поводу взятия образцов и предварительной подготовки плащаницы. К 1986 г. семь лабораторий радиоуглеродного анализа подго­товили рекомендации по процедуре датировки Пла­щаницы. В 1987 г. архиепископ Туринский, прокон­сультировавшись с Ватиканом, отобрал три лаборато­рии масс-спектрометрического анализа — в Аризоне, Оксфорде и Цюрихе. Им было поручено провести ис­следование образцов, взятых под наблюдением Бри­танского музея. Взятие образцов состоялось 21 апреля 1988 г. в капелле собора Иоанна Крестителя, практически весь процесс от начала до конца был снят на плен­ку и происходил на глазах многочисленных наблюда­телей. От плащаницы отрезали единственную полоску шириной 1 см и длиной 7 см, которую затем разделили на три образца весом примерно по 50 мг — до появле­ния масс-спектрометрии датировать такие крошечные образцы не представлялось возможным. Вместе с эти­ми образцами в лаборатории были переданы три похо­жих куска льняной ткани — для определения возраста и последующего сравнения с плащаницей.

Здесь важно отметить следующее: с помощью радиоуглеродного анализа определяется не время ис­пользования плащаницы, а время, когда был собран лен, из которого ее соткали. Именно в это время рас­тение успело получить последнюю дозу радиоуглеро­да перед «гибелью». Для датировки плащаницы это не так уж существенно, поскольку предполагалось, что разрыв между изготовлением ткани и использова­нием ее в качестве савана вряд ли превысит несколько лет. Эти несколько лет, учитывая приблизительность датировки радиоуглеродным методом, большой роли не сыграют.

Данные эксперимента по датировке плащаницы были опубликованы в журнале Nature в 1989 году и вы­звали большой ажиотаж. В Аризонской лаборатории возраст определили как 646±31 лет до современности, в Оксфорде — 750±30 лет до современности, а в Цю­рихе — 676±24 лет до современности. При сравнении погрешности были признаны статистически неотли­чимыми в интервале 95%-ной достоверности, поэто­му данные усреднили, получив возраст в 689±16 лет до современности. Плащаница оказалась существенно моложе 2000 лет.

Как уже упоминалось ранее, в радиоуглеродном анализе принят ряд допущений, и одно из них — со­держание радиоуглерода в атмосфере не меняется с течением времени. Однако на самом деле это не так. Общее содержание радиоуглерода в атмосфере варьи­руется, растягивая и сжимая «радиоуглеродное время» в прошлом. В практическом отношении из этого следует, что радиоуглеродный год не равен календарному. К счастью, это поправимо, однако требуется пересчет радиоуглеродных лет в календарные с помощью заве­домо точно датируемого дерева.

У многих видов деревьев рост происходит за счет прибавления «годичных колец» — каждый год под ко­рой нарастает новое кольцо. Мы еще рассмотрим этот процесс подробнее, а сейчас достаточно знать, что, подсчитав их количество, можно вычислить кален­дарный возраст дерева. Поскольку деревья участвуют в процессе фотосинтеза, их листья, а в конечном итоге и кольца отражают количественное содержание ради­оуглерода в атмосфере. А это непосредственный по­казатель концентрации 14С в воздухе на момент фото­синтеза. Проведя исследование отдельных древесных образцов, сформировавшихся в прошлом, ученые проследили, как колебалось во времени содержание радиоуглерода в атмосфере. Таким образом удалось нанести радиоуглеродные годы на календарную шкалу и построить «радиоуглеродную калибровочную кри­вую». Из-за изменений солнечной активности, силы магнитного поля Земли и углеродного цикла планеты содержание радиоуглерода не было постоянным. Кар­тину изменений можно представить в виде плавной кривой, прерываемой крутыми пиками. Радиоугле­родные часы то отстают от действительного времени, то вдруг резко ускоряют ход.