Як працює радіовуглецевий метод

Радіовуглецевий метод датування віку зразків речовин органічного походження на даний момент є основним для геології, археології, палеонтології. Він застосовується досить успішно. Засновником методу є Ф. Ст. Лібі, який запропонував цей спосіб датування зразків в 1946 році. Пізніше, за радиоуглеродый метод аналізу він був нагороджений Нобелівською премією. Розглянемо принципи, закладені в його основу.

Ідеї методу спираються на існування в природі кількох ізотопів вуглецю: стабільних C12 (98,9%), C13 (1,1%) і радіоактивного C14 (1.07*10-10%). Період напіврозпаду вуглецю-14 становить 5730 років, що в геологічному сенсі означає досить швидкий розпад. Тому якщо б цей ізотоп утворився в період зародження планети, то його сліди було б зараз знайти практично неможливо. Наявність його в будь-яких органічних речовинах підтверджує існування постійного процесу освіти C14. І такий процес знайдено.

Вуглець-14 утворюється в атмосфері в результаті космічного випромінювання (сонячного вітру). В результаті бомбардування нейтронами міститься в атмосфері, у великих кількостях азоту, відбувається реакція синтезу – обазование радіоактивного ізотопу вуглецю

нейтрон включається до складу атома азоту, у результаті чого утворюється нестійка система, через короткий проміжок часу викидає з себе протон. Таким чином утворюється ізотоп вуглецю-14. Володіючи тими ж хімічними властивостями, що і звичайний стабільний вуглець, C14 включається до складу органічних речовин у процесі життєдіяльності тварини та рослини споживають його разом з повітрям і органічними речовинами. Ізотоп цей радіоактивний, і через якийсь час (може, через секунду, але найімовірніше – через кілька тисяч років) атом розпадеться, викинувши з себе електрон (бета-частинку) і антинейтрино, і перетвориться назад в азот-14.

Так як кожен живий організм знаходиться в процесі безперервного обміну органіки, то співвідношення ізотопів в живому організмі має приблизно відповідати поточному природному фону. Після загибелі ж істоти, такий процес зупиняється, і вуглець-14 починає спадати. Процес цей випадковий, підкоряється статистиці – в одному грамі вуглецю, отриманого зі свіжозрубаного дерева відбувається в середньому 15.3 розпаду за хвилину. За 5730 років половина атомів розпадеться. Таким чином, проаналізувавши співвідношення ізотопів вуглецю у зразку органіки, можна зробити висновки про приблизну дату, коли жива істота загинуло.

Визначення кількості атомів вуглецю-14 у зразку проиизводится наступним чином:
1. зразок спалюється, що б одержати чистий вуглець
2. вимірюється інтенсивність випромінювання бета-частинок в зразку
3. по інтенсивності випромінювання робиться висновок про поточному кількості атомів вуглецю-14 в зразку
4. обчислюється співвідношення ізотопів
5. обчислюється період часу, який повинен був пройти з моменту утворення речовини.
Легко зрозуміти, що метод дасть тим більш точні результати, ніж більше вихідної речовини знищується в результаті дослідження, і чим більший період часу зразок, що досліджується.

При всій красі методу, в основі його покладено безліч припущень:

• передбачається, що кількість утвореного вуглецю не змінюється з часом. Це означає, що потік нейтронів в космічному випромінюванні залишається незмінним тисячі років.
• в атмосфері землі не було і немає джерел нерегулярного викиду вуглецю-14/нейтронів.
• співвідношення кількості ізотопів вуглецю не залежить від географічного розташування місцевості, в якій утворилася речовина.
• співвідношення кількості ізотопів вуглецю в різних живих організмах відповідає його змісту в атмосфері

Експериментальна перевірка методу в цілому дала великий ряд збігів з результатами інших досліджень, хоча і збої далеко не рідкісні. Досить велика похибка виявляється при вимірюванні зразків, вік яких менше однієї-двох тисяч років або більше 40-50 тисяч. При цьому при вивченні “молодих” залишків впливає антропогенний фактор – вироблені вибухи в атмосфері атомних зарядів, збільшується кількість викидів в атмосферу нафтопродуктів, що містять в собі реліктовий вуглець. З древніми ж останками проблеми полягають у мізерних кількостях залишився нераспавшегося вуглецю-14. Тим не менш, метод радіовуглецевого аналізу на сьогоднішній день дає досить адекватну прив’язку до періоду утворення досліджуваних речовин.