Главная >> Использование современных ядерных технологий >> Радиоуглеродная диагностика - радиоуглеродное датирование
Радиоуглеродная диагностика - радиоуглеродное датирование
Радиоуглеродная диагностика - радиоуглеродное датирование

Наша планета не является замкнутой системой. Все земные объекты взаимодействуют с космическими объектами и подвергаются их воздействию. Поэтому изучение процессов и явлений, происходящих на Земле, невозможно без исследований космических явлений и объектов и результатов их воздействия на земные поверхности. Закономерности развития космической и земной среды взаимосвязаны. Основной трудностью при этом является длительная протяжённость космических и земных событий во времени. Однако для понимания причинной обусловленности процессов датирование различных событий является обязательным условием. Для этих целей успешно используются записи о протекании полярных сияний; образовании колец древесных стволов, слоёв отложений торфа; распространенности нуклидов в различных слоях земли;

некоторых процессах в биосфере, характере и скорости протекания геологических процессов, демографических процессах и т. п. Но более простым и точным способом определения возраста является радиоуглеродный метод (радиоуглеродное датирование). Он широко применяется, т.к. объектами его использования могут быть углеродосодержащие материалы, в том числе остатки костной ткани любого возраста, растительной ткани или результаты их биохимической эволюции: древесный угль, нефть, газ, янтарь. Для проведения анализа необходимы малые массы. Например, для датирования в интервале от примерно 70 000 до н.э. до приблизительно 1600 н.э. достаточно одного грамма вещества. Датировка проводится неоднократно и результатом является усреднённое значение временного интервала.

Появление в 1949 г. радиоуглеродного датирования произвело переворот в археологии, криминалистике и других сферах человеческой деятельности, предоставив в распоряжение недорогой, надежный и доступный для широкого применения метод получения абсолютных дат.

Радиоактивный углерод (изотоп углерода С-14) во встречающихся в природе веществах был впервые найден в 1934 г. учеными Йельского университета. В 1940 г. в университете Чикаго, У. Либби продемонстрировал его использование для определения возраста археологического материала путем измерения радиоактивного излучения находящегося в нем радиоактивного углерода. Вслед за ним многие исследователи использовали метод радиоуглеродного определения возраста. В 1960 г. У.Либби была присуждена Нобелевская премия.

Радиоуглеродное датирование - метод датирования органических материалов путем измерения содержания радиоактивного изотопа углерода 14С. Этот метод широко применяется в археологии и науках о Земле.

Земля постоянно подвергается воздействию космического излучения, значительной частью которого являются потоки элементарных частиц (корпускулярное излучение). Взаимодействие этих частиц с атомами азота (большая составляющая земной атмосферы) приводит к тому, что ряд атомов превращается в изотоп углерода С-14. Количество образуемого изотопа 14С в земной атмосфере составляет около 2 атомов за 1 с на 1 см2 поверхности. Радиоактивный углерод входит в состав углекислого газа CO2, который опускается в нижние слои атмосферы и перемешивается с обычной углекислотой. Путем фотосинтеза радиоуглерод связывается в органических веществах и попадает в клетки растений и животных. Этот процесс носит циклический характер и протекает со сдвигом во времени. Результатом является почти мгновенное образование радиоактивного углерода в атмосфере и гораздо более позднее появление углерода в биосфере.

В атмосфере Земли постоянно находится около 80 т. радиоуглерода. Удельная активность углерода в обменной системе составляет около 15 распадов за 1 мин на 1 г углерода. За 80 лет распадается около 1% первоначального числа атомов 14С. Колебания солнечной активности, значительный объем сжигаемого ископаемого топлива и испытания ядерного оружия обуславливают колебания содержания углерода в биосфере. К модуляциям образования радиоактивного углерода приводит и магнитное поле Солнца. Это ограничивает возможности применения метода, что оборачивается ошибкой в определении возраста в несколько процентов (или в несколько сотен лет).

Если в живых организмах поддерживается динамическое равновесие - количество углерода, образующегося в единицу времени, равно количеству углерода, распадающегося или переходящего в другую форму, то смерть лишает живую материю способности поглощать радиоуглерод. Равновесие нарушается. В мертвых органических тканях происходит распад атомов радиоуглерода. Период полураспада углерода составляет 5730 лет. Значит, в течение первых 5730 лет половина исходного числа нуклидов 14C превращаются в атомы 14N. Спустя еще один период полураспада содержание нуклидов 14С составляет всего 1/4 их исходного числа, по истечении следующего периода полураспада - 1/8 и т.д. В итоге содержание изотопа 14C в образце можно сопоставить с кривой радиоактивного распада и таким образом установить промежуток времени, истекший с момента гибели организма (его выключения из кругооборота углерода). Чтобы учесть влияние изменении начального содержания С, можно использовать данные дендрохронологии о содержании C в древесных кольцах.

В 1961 г. М. Таммерс в Гиф-сюр-Ивет (Франция) представил LSC-метод (Liquid Scintillation Counting) радиоуглеродного определения возраста. Этот метод в 1970 г. стал общепринятым для радиоуглеродного определения возраста. Метод жидкостной сцинтилляции превзошел возможности университетских лабораторий. Полученный из образца углеродсодержащий газ растворяют в жидкости, добавляют сцинтиллятор, молекулы которого поглощают энергию электронов, испускающихся при распаде радионуклидов 14С. Сцинтиллятор сразу переизлучает накопленную энергию в виде световых вспышек. Свет можно регистрировать и измерять его интенсивность с помощью фотоумножителя.

В 1979 г. М. Таммерс выступил одним из основателей Beta Analytic, частной лаборатории радиоуглеродного определения возраста методом LSC, обладающей большими возможностями и призванной удовлетворить запросы мирового научного сообщества. Одновременно с открытием и изучением радиоуглерода, для целей ядерных исследований в национальных лабораториях и исследовательских институтах были введены в действие ускорители высоких энергий (AMS). Теоретически было установлено, что эти приборы могут быть использованы для радиоуглеродного определения возраста. К 1975 г. масс-спектрометрические исследования уже были достаточно развиты. Преимущество AMS перед LSC заключается в использовании в 1000 раз меньшего количества материала, необходимого для анализа. В 1977 г. радиоуглерод был помещен в AMS . Таким образом образовалось новое направление - радиоуглеродное определение возраста с помощью AMS. Даты, полученные с помощью AMS, согласованы с более чем 85000 результатами радиометрии, полученными более чем за 20 лет.

Результаты измерений содержания 14С в образцах, охватывающих последнее тысячелетие, показывают значительные колебания его содержания в различных тканях и образцах с периодом в несколько десятков лет. Такие длительные отклонения от среднего значения концентрации 14С коррелируют с низкой солнечной активностью. В XVII - XVIII вв. в излучении Солнца, согласующемся с повышением уровня 14С во всех исследованных образцах, установлено резкое ослабление солнечных пятен (маундеровский минимум). Подобная корреляция солнечной активности и концентрации радиоуглерода описана в XV - XVI вв. (минимумом Шперера), в XIII -XIV вв. (минимумом Вольфа).

Каждый из этих минимумов отстоит друг от друга в среднем на 200 - 210 лет. Минимумы содержания 14С могут быть связаны с высокой солнечной активностью. Например, минимум концентрации 14С, приходящийся на период средневековой эпохи потепления в XII - XIII вв., свидетельствует о высокой активности Солнца.

Значение радиоуглеродного датирования (радиоуглеродная калибрация) особенно возрастает в случае отсутствия каких-либо исторических данных. Так, в Европе, Африке и Азии ранние следы первобытного человека датируются вне временных отрезков, поддающихся радиоуглеродному датированию, т.е. оказываются старше 50000 лет. В то же время, в рамки радиоуглеродного датирования попадают начальные этапы организации общества и первые постоянные поселения, а также древнейшие города и государства.

Метод радиоуглеродного датирования оказался эффективным при работе с хронологической шкалой древних культур. Датирование археологических артефактов позволило провести сравнение хода развития культур и обществ; определить временную последовательность появления и освоения орудий труда различными группами людей, возраст поселений и скорость заселения территорий, прокладывания торговых путей.

Радиоуглеродное датирование имеет универсальный характер. Его можно использовать для получения знаний о круговороте воды и других веществ в природе, изменении климата в прошлые эпохи, определении времени протекания ледниковых периодов. Так, радиоуглеродный анализ остатков деревьев, сохранившихся в наступавшем леднике, показал, что последний холодный период на Земле завершился примерно 11 000 лет назад.

Метод широко применяется в археологии и геологии четвертичного периода, т.к. это наилучший из изотопных хронометров. Радиоуглеродное определение возраста требует только непосредственных измерений естественного радиоуглерода в исследуемых и стандартных образцах, в то время, как другие методы включают в себя предположения, базирующиеся на неизвестных фактах. Как правило, радиоуглеродный метод сопровождается параллельным датированием и другими способами. Непрерывная последовательность годовых колец одного дерева может охватывать 500 лет у дуба и более 2000 лет у секвойи. В горных районах с малым количеством осадков и высокими температурами (пустыни и полупустыни) на северо-западе США и в торфяных болотах Ирландии и Германии были обнаружены пласты со стволами мертвых деревьев разных возрастов. Эти находки позволяют объединить сведения о колебаниях концентрации 14С в атмосфере на протяжении почти 10000 лет.

Радиоуглеродное датирование используется и для предсказания сроков эксплуатации. При возрастании численности популяции требования к водоносным горизонтам заметно возрастают. Перерасход потребления воды может привести к ограниченному восстановлению и даже гибели популяции, оказать сильное влияние на территории, значительно удаленные от зон водосбора. При постоянном мониторинге радиоуглеродного возраста воды можно распознать истощение до того, как процесс выйдет из-под контроля.

Привязанное ко времени наблюдение радиоуглерода в источниках может обнаружить как стабильность, так и изменения источника в водозаборнике. Ежегодное уменьшение возраста вод говорит о просачивании "молодых" вод с верхних горизонтов. Это может быть вызвано, например, перерасходом источника или бурением дополнительных скважин в других местах. Это показатель того, что загрязненные поверхностные воды могут проникнуть в горизонты питьевой воды. Определение радиоуглерода может быть сделано без применения каких-либо примесей к водоносному горизонту, а также до того, как загрязнения достигнут источника.

Радиоуглеродный метод является наиболее информативным для детальных исследований природных процессов на временных шкалах, охватывающих несколько последних десятков тысяч лет. Значительные возможности использования радиоуглерода в целях решения экологических проблем, связанных с загрязнением всех оболочек Земли углекислым газом при сжигании ископаемого топлива или во время взрывов атомных бомб.

Радиоуглеродный метод относится к инновационным методам контроля техногенной среды. Метод радиоуглеродной датировки является методом неразрушающего контроля.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Кто на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 147 гостей 

Поиск по сайту

Новое о "Челюскин"

О. Шмидт – Арктика.

Полярный поход парохода "Челюскин" 1933/34 года привлек благодаря своей особой судьбе внимание многих миллионов. Эта...

О. Шмидт - Советская работа в Арктике.

Пользуясь лучшими достижениями международной науки, советские исследователи совершенно по-новому поставили задачу овладения Арктикой. Они ввели...

О. Шмидт - О «Челюскин».

В 1933 году было решено повторить поход "Сибирякова" - вновь выйти для сквозного прохода Северным...

О. Шмидт - Состав экспедиции и команды парохода «Челюскин».

Подбор людей - важнейшая часть организации любого дела. Особенно это относится к экспедициям, в которых...

О. Шмидт - Переход. Ленинград - Копенгаген – Мурманск.

Переход до Мурманска конечно не является экспедиционным плаванием, но для нас он имел тогда существенное...

О. Шмидт - Мурманск - мыс Челюскин.

В этой статье мы не будем касаться подробностей плавания, которые с навигационной стороны освещены в...

О. Шмидт - Море Лаптевых и Восточносибирское.

Первая половина нашего пути заканчивалась у мыса Челюскина. Она прошла очень трудно. Что нас ждет впереди,...

О. Шмидт - Колючинская губа.

От мыса Северного "Челюскин" шел уже девяти-десятибалльным льдом, т.е. льдом, покрывавшим от 90 до 100...

О. Шмидт - Берингов пролив.

Дрейф кружил наш пароход. Несколько раз мы проносились мимо мыса Сердце-Камень и снова отодвигались назад...

О. Шмидт - Зимовка.

"Литке" ушел. И все же мы еще не знали наверное, зазимуем мы или нет. Ветер...

О. Шмидт - На льдине.

13 февраля сильное сжатие прошло через место стоянки парохода, и "Челюскин" затонул на 68° северной...

О. Шмидт – Итоги экспедиции «Челюскин».

"Челюскин" не вышел в Тихий океан, а погиб, раздавленный льдами. Тем не менее проход до...

Новое по мировой истории

Масленица - история и традиции

Масленица - история и традиции

Масленица – один из немногих языческих праздников сохранившихся после принятия...

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Ранее считалось, что стихийные бедствия, происходящие на земле, имеют исключительно...

Иштван I

Иштван I

В 973 году правитель Венгрии, князь Геза, отправил к германскому...

Великий поход Мао Цзэдуна

Льстивая пропаганда не скупилась для своего вождя на хвалебные эпитеты:...

Местное управление в России XVII века

Местное управление в России XVII века

По сравнению с центральным местное управление имело более сложную структуру....

Приказы в России XVII века

Приказы в России XVII века

Центральное управление осуществляли приказы (общегосударственные, дворцовые,...

Состав Думы в России XVII века

Состав Думы в России XVII века

Члены Думы, являясь советниками царя по вопросам законодательства, и сами...

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века…

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века

В правление царя Алексея Михайловича система государственного управления, формировавшаяся с...

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Оценка историками сложившейся к концу XVII в. системы управления, прежде...

Преемственность двух эпох

Преемственность двух эпох

Начиная с работ Г.Ф. Миллера, в исторической науке утвердился взгляд...

  • Cheluskin_otplytie_iz_Leningrada.jpg
  • fig_1.jpg
  • lager_SHmidta.jpg
  • fig_2.jpg
  • Cheluskin_vo_ldah_2.jpg
  • esche_Lena.jpg
  • photo.jpg
  • 135.jpg
  • Cheluskin_vo_ldah_1.jpg
  • Stroitelstvo_Cheliuskin(Lena).jpg