Часть 1. Методы.

Для того чтобы знать с чем ты работаешь, нужно прежде всего определить возраст породы. Даже грубая оценка возраста не всегда очевидна. Человек приходит на песчаный карьер, думая, что раз песок, то он четвертичный, и находит вместо зубов мамонтов раковины меловых аммонитов. Да, обычно четвертичные отложения рыхлые, но и более древние породы могут по каким-то причинам остаться в первозданном виде; белый или желтый меловой песок и черная юрская глина в Подмосковье, синяя кембрийская глина в Ленинградской области могут произвести ошибочное впечатление на незнакомого с деталями местной геологии человека. Так, нам не раз приходилось видеть (и тихо сочувствовать) как дачники пытаются удобрить грядки черной юрской глиной, думая что это чернозем. А на такой грядке мало что потом вырастет.

Первый, рекогносцировочный метод определения возраста в незнакомой местности это поискать там ископаемых. Я помню, как во время одной из моих вылазок на природу во время работы в Англии, ничего толком не зная о местной геологии, я набрела на небольшой карьер с рыхлым красным песчаником (рис.1).

Рис. 1 красный ракушечный песчаник неогенового возраста в восточной Англии.

Точно такая же по цвету и консистенции порода встречалась мне в Псковской области, там она относилась к девону. Почему бы не быть девонским отложениям в Англии, где он и был выделен по графству Девоншир (рис.2).

Рис. 2 похожая по цвету, но не по возрасту коренных пород, от которых она происходит, красная почва в графстве Девоншир

Походив по карьеру в поисках чего-нибудь девонского, я обнаружила обломки морских раковин гастропод и двустворок, похожих на современные, но более мощные (рис.3).

Рис. 3 Ископаемые четко указывают на неогеновый возраст красного песчаника в восточной Англии.

Пришла догадка, что это наверное неоген, в девоне таких ракушек точно быть не должно, а в четвертичке они были бы совсем современного вида. И действительно, как потом сказали местные геологи, этот красный песчаник имеет неогеновый возраст.

Определение возраста по фоссилиям самый почетный классический метод, он уходит вглубь веков к отцам основателям геологии. Построен он на эволюции организмов. В короткое четвертичное время палеонтологический метод тоже работает, хотя и не так четко как в более древних породах. Обычно в четвертичной биостратиграфии используются остатки крупных и мелких млекопитающих. Даже сам факт находки крупной кости позволяет предположить, что порода скорее плейстоценовая, чем голоценовая, так как мамонтовая фауна все-таки плейстоценовая особенность (на острове Врангеля большинство находок мамонтов голоценовые, но это исключение). Наибольшим успехом, однако, пользуются мелкие млекопитающие, грызуны. Зубы грызунов имеют огромное значение для стратиграфии четвертичных отложений, так как эти животные эволюционировали довольно быстро и сумели измениться за небольшой промежуток времени, отведенному четвертичному периоду.

Прочие ископаемые организмы, к сожалению для нас, проявили большую жизненную стойкость и прошли через пару миллионов лет без особых изменений. Использовать их напрямую для нужд определения возраста нельзя. Как жил в раннем плейстоцене жук Curtonotusalpinus, так он и дожил до наших дней со всеми деталями своей морфологии, значит, его находка ни о чем связанным с возрастом не говорит. Но не все так печально, эти эволюционно стойкие организмы тоже могут быть полезными, только таких фоссилий нужно побольше извлечь из породы, чтобы работать со статистически достоверным материалом. Четвертичный период характеризуется серьезными колебаниями климата, от холодного к теплому, причем, кривая этих колебаний давно изучается и, можно сказать, уже нарисована. По комплексам ископаемых растений или животных можно определить в каком климате, теплом или холодном, они жили, и, соответственно нарисовать свой кусочек кривой, характеризующий изучаемый разрез. А этот кусочек уже будет сопоставлятся с общей кривой и помогать делать выводы. Такой непрямой метод применения палеонтологических данных для определения возраста называется климатостратиграфия, он весьма популярен в четвертичной геологии. Общим для биостратиграфии и климатостратиграфии и ряда подобных методов является то, что они показывают на положение данного геологического тела в системе. Такое определение возраста называется относительным, так как на прямой вопрос, сколько этим отложениям лет, не отвечает. Место в системе тоже полезно знать, так как возраста в системе указаны (как именно речь пойдет ниже). Например, мы определили по грызунам, что порода относится к среднему плейстоцену. Это значит, что она образовалась в промежутке времени между 781 и 126 тысяч лет назад, что по геологическим меркам уже достаточно точно. Далее, накладывая климатическую кривую, полученную из того же разреза, время можно уточнить еще детальнее.

Есть, однако, более точные методы определения возраста, работающие особенно хорошо для молодых четвертичных отложений. Они показывают возраст непосредственно в тысячах или миллионах лет, поэтому относятся к абсолютной геохронологии. Именно эти методы позволили добавить возрастные границы к относительной стратиграфической шкале. Как и все в нашей науке, шкала и ее возрастные характеристики были построены с помощью кропотливого составления мозаики из большого объема разрозненных данных. Методы абсолютного датирования не могут заменить относительную хронологию, зато они хорошо работают в паре.

Часть 2. Принципы радиоуглеродного метода.

Большинство методов определения абсолютного возраста основано на использовании радиоактивных изотопов. Самый известный из таких методов радиоуглеродный, поэтому остановимся на нем немного подробнее.

Чтобы понять как работает радиоуглеродный анализ, нужно вспомнить школьный курс физики и химии. У каждого элемента есть базовые характеристики, такие как номер в периодической таблице Менделеева (атомный номер) и массовое число, которое состоит из суммы протонов и нейтронов в ядре. Есть еще атомная масса, немного отличающаяся от массового числа. Например, азот N (Nitrogenium). Его атомный номер 7, массовое число 14, атомная масса 14,0067. Единица атомной массы имеет свой стандарт, это одна двенадцатая массы атома изотопа углерода 12, поэтому только у этого изотопа массовое число и атомная масса совпадают. У остальных элементов нет, так как реальные массы нейтронов и протонов немного отличаются. Кроме того, в таблице Менделеева указана среднестатистическая атомная масса химического элемента с учетом распространенности его изотопов в земной коре. Атом азота имеет 7 электронов и соответственно 7 протонов в ядре, остальные 7 единиц массового числа приходятся на нейтроны.

У близкого элемента углерода C (Carboneum) такие характеристики: атомный номер 6, массовое число 12, атомная масса 12,01115. В природе имеется смесь двух стабильных изотопов, основной изотоп 12С и второй, менее распространенный, 13С. Есть также нестабильный изотоп, с массовым числом азота, тот самый, на котором основан метод – 14С. Он и образуется из азота путем небольшой ампутации - под воздейсвием космических лучей, в верхних слоях атмосферы атомы азота подвергаются бомбардировке вторичными нейтронами. Вторичными, потому что эти нейтроны сами образовались из химических элементов в атмосфере, не углубляясь в физику, скажем только, что они обладают значительной энергией. Нейтрон выбивает из ядра азота протон, превращая его в углерод, так как основная характеристика элемента это все-таки его атомное число (у азота 7, у углерода 6), а атомный вес у изотопов варьирует. Формула процесса выглядит так:

01n+ 714N → 614C + 11H

Нейтрон плюс нормальный азот превращается в радиоактивный углерод с неправильной атомной массой и водород. Такие столкновения с превращениями не очень то частые, иначе радиоактовного углерода у нас было бы намного больше чем его есть в действительности. Эти редкие превращенные атомы, как им положено по законам химии, быстро образуют связь с другим обычным в нашей атмомфере газом, кислородом.

С + О2 = СО2

После чего, вновь образованный углекислый газ, чуть тяжелее обычного, из-за того что его углерод тяжелее на две единицы атомного веса, растворяется в атмосфере, а часть поглощается водами океана, уходит в осадок и выбывает из игры.

Углекислый газ используются растениями в фотосинтезе, именно он стоит в начале нашей пищевой цепочки. Какой именно углекислый газ поглощать, обычный, или с радиоактивным изотопом, растениям все равно. Так изотоп попадает в растение, и, если пищевая цепочка продолжится, расходится по всему органическому миру. Впрочем, растение может уцелеть, но вечно оно жить не будет, и в конце концов попадает в руки ученым в виде торфа или куска ископаемой древесины.

Изотоп углерода поглощается растительностью и ее потребителями до тех пор, пока эти организмы живы. У живого существа в тканях процент радиоативного изотопа углерода такой же как в атмосфере с небольшими погрешностями. Как только оно умирает, приток изотопа прекращается и начинается его распад (рис. 4).

Рис. 4 Схема работы радиоуглеродного датирования: 1 – накопление 14С растениями из атмосферы и животными через растения; 2 – прекращение накопления 14С наступает сразу после смерти организма;
3 – теперь можно определять возраст по степени распада 14С 

Период полураспада углерода 14 небольшой, всего 5700 лет. За это время половина изначального количества 14C превращается обратно в азот с выделением энергии. Допустим, мы имеем изначально 24 условных единиц 14C. Через 5700 лет от них остается 12 уе, через 11400 лет 6 уе, через 22800 лет только 3 уе. Учитывая, что изначально концентрация радиоуглерода в атмосфере не очень высокая - 0,000 000 000 107% от всего количества углерода, то можно понять что присутствие углерода 14 даже в живом организме ничтожно, а уж после пары периодов полураспада тем более. Хотя современные методы науки позволяют выявлять и ничтожно малые количества вещества, даты древнее 30 тысяч лет считаются не очень надежным. Некоторые лаборатории гарантируют точность до 60 тысяч лет, тем не менее, по сравнению с протяженностью всего четвертичного времени 2.5 миллиона лет, этот доступный радиоуглероду участок, к сожалению, весьма мал, он охватывает только конец позднего плейстоцена и голоцен.

Неизбежные для любого научного метода неточности, ошибки и слабые места подвергаются особо жесткой критике со стороны креационистов. Поэтому дискуссия, посвященная слабостям радиокарбонового метода в разы превышает по накалу страстей все прочие научные темы (кроме, пожалуй, теории Дарвина, она здесь держит рекорд). Действительно, тщательно изучая библию, возраст Земли можно точно вычислить как 6 тысяч лет. А рутинные таблицы в многочисленных статьях пестрят датами по 20-30 тысяч лет и, то что древнее, считается просто выходящим за пределы метода (рис. 5).

Рис. 5 слева рутинная таблица радиоуглеродных дат из знакомого нам района дельты Лены,
справа точка зрения креационистов, которые пытаются найти ошибки в геохронологии и отстоять свои 6 тысяч лет.

И еще ученые упрямо утверждают, что эти даты очень молодые и что охватывают только последний, можно сказать современный этап истории Земли. Относиться к данному противоречию можно по разному. Есть упорные религиозные фанатики, которые отрицают научные данные на корню и продолжают твердить о 6 тыс. лет. Более гибкие верующие утверждают, что библейские факты нужно понимать иносказательно и что день не обязательно день, а может быть он длился несколько миллионов лет. Некоторые принимают основные научные принципы изотопного датирования, но находят много причин почему ему не стоит доверять. Это очень наглядно видно в поисковых системах интернета. На ключевые слова «радиоуглеродный метод» появляется достаточно много сайтов, основное содержание которых сводится к дескредитации метода. Если же, например, набрать ключевое слово палинология, то критика будет вполне адекватной, хотя данный метод по научной методологии ничем не лучше и не хуже радиоуглеродного датирования.

Очень всколыхнула общественность история с Туринской плащаницей. Верующие (не все) считают, что на ткани отпечаталось изображение лица Иисуса Христа. Естественно для реликвии, ее хранители долгое время не допускали научного исследования, связанного с повреждением. Еще несколько десятелетий назад сделать радиоуглеродный анализ означало основательно разрушить предмет анализа. Сейчас, с развитием метода, стало возможным определить возраст по небольшим фрагментам ткани и разрешение на датирование было получено. Возраст плащаницы, по определению трех независимых лабораторий, оказался в диапозоне от 1275 до 1381 лет с учетом всех возможных погрешностей метода. Эти научные данные, конечно же, до сих пор оспариваются, говорится, что на ткань было пролито масло что омолодило возраст, что было искажение из-за пожара и что ткань была взята не та (из заплаты), но каждая подобного рода опровергающая статья немедленно находит отклик в другой статье, которое опровергает это опровержение. Если бы анализ показал «верную дату» (около 2000 лет), никто бы и спорить с ней не стал.

Дискуссии вокруг возраста плащаницы идут много где, кроме среды четвертичных геологов. Они принимают полученный возраст без особых сомнений. Вопрос, почему именно получилась такая дата, требует своего разрешения, но не простым путем отрицания самой даты, полученной независимо из нескольких заслуживающих доверия источников. С точки зрения научного метода, результат этот очень достоверен. Опыт работы с четвертичными отложениями показывает, что метод определения возраста по 14C работает идеально для молодых образцов. Ошибки начинаются там, где возраст подходит к 20-30 тысячам и древнее. В таких породах количество изотопа очень низкое и любая внешняя причина может исказать результат. Эти ошибки и причины их появления не умалчиваются, старые разрезы переизучаются. Вовсе не все старые данные оказываются неверными, но бывают и проблемные датировки. Такое случается (в частности внашей практике был досадный промах с Молотковским разрезом), если на образце, в результате его долгого хранения, образовалась плесень (геологические образцы из мерзлоты хранятся влажными) и добавила немного свежего углерода 14. Исследователи незамедлительно опубликовали сообшение о том что старая дата была ошибочна (Sher, Plakht, 1988).

Сам метод вошел в научную практику относительно недавно Основы метода были заложены Уиллардом Либби (WillardLibby) в 1949 году (рис. 7),

тогда же были получены первые датировки по египетским археологическим предметам, про возраст которых ученые знали по историческим свидетельствам. Результаты, полученные по радиоуглероду, совпали с историческими. За эту работу Либби получил нобелевскую премию по химии 1960 года. Первые опыты с изотопом углерода ставились в трубке с напылением из сажи. Много усилий было приложено чтобы защитить установку от погрешностей, создаваемых фоновым космическим излучением. Количество радиоактивного углерода (14C подвержен β-распаду) определялось с помощью модифицированного счетчика Гейгера.

Дальнейшее усовершенствование метода касалось чисто технических деталей улучшения установок по определению количества изотопа углерода и устранению фундаментальных погрешностей метода. Сейчас метод разделился на две основные ветви: традиционный (Conventional) и AMS. Базовая разница заключается в способе определения количества 14C, а практическая в цене на анализ и объеме необходимого образца. Для AMS достаточно совсем небольших, порядка миллиграммов образцов, тогда как для традиционного анализа нужен образец порядка сотен граммов. AMS, кроме того, позволяет определять более древние породы, до 60 тысяч лет. Однако, сторонники традиционного метода утверждают, что большой образец более надежен, даже если он загрязнен, то ошибка не сильно отразится на результатах. В случае с AMS ошибка геолога с отбором образца может дать принципиально иной возраст, ведь возраст частенько определяется по одному семечку. Кроме того, пока традиционный метод более доступный и дешевый, хотя, мировая тенденция идет в сторону замены его на AMS.

В традиционном методе подсчет количества изотопа 14 ведется по измерению степени радиоактивности исследуемого образца (CookandvanderPlicht, 2007). Образец, предоставленный в лабораторию геологом, разделяется на навеску для анализа и остаток, который некоторое время хранится в лаборатории про запас. Обычно геологи приносят образец больше весом чем требуется, что правильно, так как образец необходимо еще и тщательно почистить. Чистого материала требуется не так уж много: древесный уголь, сухой торф и древесина от 4 грамм, карбонат от 15 грамм, влажный торф от 40 грамм, кость от 50 грамм, перегной от 120 грамм, но чем меньше вес образца, тем больше ошибка измерений и тем дольше идет процесс.

Прежде всего образец чистят от посторонних примесей и выделяют наиболее удобную фракцию. Из древесины выделяют целлюлозу, из костей коллаген. Посторонние карбонаты удаляются особенно тщательно, так как они могут сильно повлиять на измерение. Это бывает актуально когда, например, образец торфа взят на границе с коренной породой, такой как каменноугольный известняк в Подмосковье. Некоторые геологи опасаются давать подобные образцы на датирование, хотя лаборатории утверждают, что чистка происходит основательная и оснований для беспокойства нет.

Далее максимально очищенный образец сжигают, чтобы получить углекислый газ или запекают со специальными добавками, в общем, приводят углерод в удобный для измерения вид. Дальнейшая процедура зависит от того, каким методом измерения радиоактивности пользуеься лаборатория. Сейчас применяют два основных метода: газовый и сцинтилляционный.

Газовый пропорциональный счетчик использовался для измерения радиоактивности задолго до появления радиоуглеродного метода. Он состоит из цилиндра с проволочкой внутри, наполненного газом, стенки цилиндра ирают роль катода, центральный провод анода (рис. 8).

Рис. 8 схема газового пропорционального счетчика

На анод подается высокое напряжение из источника питания. При прохождении заряженных частиц через газ происходит ионизация, обазующиеся ионы и электроны двинаются к своим полюсам и образуют слабый электрический ток. При достаточно высоком напряжении электрического поля образуется еще и вторичная ионизация, таким образом процесс усиливается многократно и его уже можно измерять.

Для обычных радиоактивных материалов в счетчиках используют инертный газ. Для радиоуглерода, который можно превратить в углекислый газ, удобнее его и использовать в качестве счетного газа. Здесь имеются ряд технических трудностей, которые приходится решать кто как может. Например, контейнер нужно защитить от воздействия космического излучения. Для сильных источников радиации это не проблема, но наш измеряемый объект дает слишком слабый сигнал и посторонние помехи могут существенно повлиять на результаты.

Сам контейнер делается из стекла с напылением тонкого слоя золота, которое служит катодом или из меди. Эти материалы должны быть чистыми от радиоактивных элементов. Центральная нить делается из тонкой от 10 до 100 микрон (обычно 25) стали. Контейнеров с газом может быть несколько в последовательном соединении, газ находится под давлением от 3 до 6 атмосфер. Напряжение на аноде достаточно высокое, около 7 киловольт, (напряжение в городской сети 2.2 кв). Высокое давление и напряжение увеличивает ионизацию и следовательно эффективность измерений.

Для защиты от космических лучей используется несколько слоев: свинец, железо, парафин с борной кислотой. Используются также активные защитные экраны, которые измеряют фоновое космическое излучение и вносят поправки. Установка получается достаточно громоздкая (рис. 9).

Рис. 9 реальная установка, с применением газового счетчика в радиоуглеродной лаборатории 

Другой способ сцинтилляционный. В его основу положено свойство некоторых веществ реагировать на ионизацию световыми вспышками. Эти вещества могут быть кристаллическими, газообразными и жидкими, последние наиболее удобны в практике, так как жидкие сцинцилляторы можно смешать с растворителями, полученными из самого исследуемого образца, что сильно повышает эффективность измерений. Цепочка превращений образца может выглядеть так: органическое вещество – литиевый карбид – ацитилен – бензол. Слабый световой сигнал усиливается фотоэлектронными умножителями, преобразуется в электрический сигнал и записывается, таким образом измеряется энергия радиоактивного распада. Как и газовый пропорциональный счетчик, сцинтилляционный применялся задолго до освоения радиоуглеродного метода. Сперва его эффективность была невысокой, и он почти вытеснился газовыми счетчиками, но с появлением мощных фотоэлектронных умножителей, его применение вновь возрасло. Сейчас в традиционном радиоуглеродном анализе радиоуглерод измеряется преимущественно сцинтилляционный методом через получение бензола. Установка выглядит как лаборатория алхимика с множеством пробирочек и трубок (рис. 11).

Рис. 11 реальная установка, с применением сцинтилляционного счетчика в радиоуглеродной лаборатории – линия по выделению бензола

Сам счетчик защищен от постороннего излечения примерно так же как и газовый. Кроме самого образца, той же процедуре подвергают контрольный образец с известным возрастом и второй контрольный образец без радиоуглерода. Это позволяет избежать погрешности прибора и внешних условий.

Само измерение занимает от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от массы образца. Вместо с предварительной очисткой образца и его подготовкой (сжигание, получение жидкости) анализ занимает значительное время. Раньше в редкие радиоуглеродные лаборатории стояла очередь из желающих сделать анализ, которая растягивалась на года. Сейчас анализы стали по большей части платными и появился богатый выбор лабораторий, время ожидания сократилось, что весьма благотворно сказалось на точности дат. Чем дольше ждет образец, тем больше вероятность его вторичного загрязнения.

Метод АМС (acceleratormassspectrometry или ускорительный масс-спектрометрический анализ) бурно развивается в последние годы (Jull, 2007) и постепенно, по мере удешевления, вытесняет традиционный. Преимуществ у него много. Для измерения нужно гораздо меньше органического вещества, годятся мелкие корешки, семена, хитин насекомых, тонкие ракушки наземных моллюсков. В археологии, где повреждения объекта совсем нежелательны, можно обойтись фрагментом нитки из ткани или миллиграммовым кусочком древесины. Лимит по возрасту у АМС ниже, почти до 60 тысяч лет.

АМС основан на непосредственном подсчете массы изотопов. Обычный масс спектометр очень плохо измерял содержание 14С, так как его содержание в образце небольшое и еще его было трудно отделить от сигнала, даваемого азотом. Но здесь мы применяем не простой масс спектометр, а ускорительный, что позволяет делить сигналы достаточно четко. Смесь изотопов ионизируют, разгоняют в магнитном поле в вакууме и измеряют разницу в кривизне траекторий – у легких изотопов траектория более крутая так как они сильнее отклоняются под воздействием центробежной силы. На выходе траектории частиц фокусируются так, чтобы образовалось два потока частиц, сигнал усиливается и измеряется величина ионных токов, она пропорциональна содержанию изотопов. В АМС сравнение идет 14С и 13С, чтобы сделать величины более близкими друг к другу и замеримыми одним прибором. С помощью АМС считаются не акты распада, а сами атомы 14C, что позволяет обходиться гораздо меньшим объемом образца.

Химическая подготовка образца к анализу не менее сложная чем в обычном методе. Все посторонние загрязнители удаляются с помощью кислот и щелочей, поверхность образца зачищается механически (например, если исследуется ископаемая веточка, с нее снимается стружка). Как правило, исследуемое вещество превращают в графит. Для этого образец сжигают чтобы получить углекислый газ, потом преобразуют его в графит, как именно, зависит от лаборатории. Например, получают ацитилен с попутным осаждением графита на нагретой проволоке. Испытываются методики работы непосредственно с газом, но пока графитовый способ работает лучше.

Далее нужно получить отрицательные ионы углерода и по возможности отделить 14С от азота, имеющего сходную массу и способного исказить измерения. Слой графита бомбардируется положительными ионами из источника ионов (рис. 13, 14).

 

Рис. 13 схема работы реального ускорительного масс-спектометра

Рис. 14 элементы установки АМС 

Образовавшиеся отрицательные ионы углерода, пока еще в смеси друг с другом и с другими атомами и молекулами, проходят через первый лучеотклоняющий (инъекционный) магнит, где ионы разделяются по массе. Оставшийся поток поступает в зону высокого напряжения – 2.5 миллиона вольт, ускоряется, проходит через газовую и вакуумную трубки, второй магнит, электростатический разделитель и в итоге мы имеем отдельные пучки ионов из 14С и 13С, разница в содержании которых и есть цель измерения.

Один образец измеряется около 20 минут, причем можно одновременно закладывать в прибор несколько образцов. Пропускная способность масс-спектометра конечно выше, но стоимость самого прибора и сверх высокого напряжения и источника ионов повышает стоимость анализа, в чем есть основной его недостаток. Однако, новые лаборатории богатых университетов оборудуются АМС, за ним будущее. Делаются попытки построить установки требующие меньшего напряжения тока по 0.5 миллиона вольт.

Ошибки измерений

Любая дата, которую выдает лаборатория вне зависимости от того каким методом, традиционным или АМС она пользуется, сопровождается ошибкой (рис. 5)

Чем моложе образец тем обычно меньше ошибка, но она может также зависить от состояния образца, его веса, погрешности прибора и других факторов. Наличие ошибки ограничивает сферу применения радиоуглерода. Реальный случай из практики. В Магадане нашли труп неизвестного человека, чтобы определить его возраст, следователь послал образец кости в радиоуглеродную лабораторию. Пришел ответ: образец современный, ± 50 лет. Единственная полезная информация из этого анализа это то что случай действительно криминальный, а не находка неандертальца из вечной мерзлоты, о чем, впрочем, следователь догадывался и без анализа. В данном случае точный возраст выдал дантист по степени стертости зубов. Но бывают и другие случаи. Так, в 1991 году туристы нашли труп на леднике в Альпах, сперва они решили что это тело их современника, погибшего недавно в горах. Некотрые странности побудили сделать радиоуглеродный анализ и тут результат оказался сенсацией – человек погиб около 5 тысяч лет назад. Мумия подверглась всестороннему обследованию, изучили образцы крови (сохранились клетки крови, самые древние в мире), ДНК (уже проследили родственников), содержимое желудка, строение мышц и волос, татуировку, одежду (рис. 15). Огромный материал для исследователей и популярной литературы, а без датировки так бы и пропустили находку.

Возраст ледяного человека Эци выглядит так: от 4500±30 BPдо 4580±30 BP14Cчто означает интервал от 5300 – 5050 калиброванных лет (Spindler, 1994). Здесь ±30 означает ошибка измерения, как мы видим, она небольшая, разброс в значениях тоже небольшой, возраст определялся по разным образцам и они почти перекрываются, BP14C означает до современности (beforepresent), по радиокарбону. Это тот результат, который выдается в лаборатории. Иногда пишут BC- до рождения Христа, значит отнимаем 2 тысячи лет.

Теперь что значит калиброванная дата, на которую ссылаются все популярные издания – 5300. Как мы видим, она из всех трех самая древняя, оттого именно на нее и ссылаются, хотя калиброванный возраст показывает интервал 5300-5050. На самом деле, ссылаться прилично было бы на среднее значение 5175.

Калибровка это необходимая поправка к данным анализа, позволяющая получить более или менее реальный возраст. Результаты измерения сравниваются с современным содержанием изотопа 14C в атмосфре, а оно могло в прошлом отличаться. Количество 14C зависит от следующих причин: вариации потока галактических космических лучей, солнечной активности, геомагнитного поля, неравномерность перемешивания газов в атмосфере и океане в зависимости от климата, ядерные испытания, сжигание ископаемого топлива и сведение лесов.

Эти влияния можно смоделировать (что делается) или посчитать, идеальный способ вычисления поправок это определение возраста материала, возраст которого уже известен. Но геологи доверяют больше не историческим свидетельствам со слов человека, а свидетельствам природным, таким как годовые кольца деревьев, линии нарастания кораллов или моллюсков, ленточные глины. Во всех этих случаях природное образование несет следы годовой, а иногда и суточной активности. Так, рост деревьев приурочен к вегетативному сезону, по количеству колец мы определяем сколько лет дереву, а по толщине колец условия его роста. Из каждого кольца, при современном небольшом объеме материала для АМС, можно померить возраст и сравнить его с реальным. Начало отсчета ведется от современных деревьев, желательно старых. Допустим, дереву 200 лет и на 132 году его жизни было особенно теплое и влажное лето, которое отразилось на росте благотворно, прирост получился большой, а через 10 лет лето было плохим и кольцо получилось узкое. Все эти изменения записываются на дендрограмме, получается нечто штрих-кода, по которому можно надстраивать кривую. Похожие кольца роста с вариациями имеются у кораллов. Для надстройки служат ископаемые стволы деревьев (рис. 16) или ископаемые кораллы.

Рис. 16 ископаемые стволы деревьев помогают сделать калибровку радиоуглеродных дат. Разрез Хидден Длафф, Юкон, возраст ранний плейстоцен.

 

Так постепенно с перекрытием, калибровка дошла до 50 тысяч лет, практически предела радиоуглеродного метода (Fairbanksetal., 2005).

Для того чтобы вычислить калиброванный возраст еще несколько лет назад приходилось обращаться к специалистам. Потом появились специальные кривые в открытом доступе и любой студент мог откалибровать свои данные. Сейчас стало еще проще, есть специальный сайт, куда надо ввести радиоуглеродный возраст с диапазоном ошибки (без диапозона система отказывается работать) и получаешь за долю секунды калиброванные даты. Разница между лабораторным возрастом и откалиброванным может составлять пару тысяч лет, как правило в сторону удревнения. Поэтому на калиброванные даты в массовом порядке перешли археологи, у которых чем древнее находка тем интереснее. Но в среде четвертичных геологов осталась старая привязанность к простым радиоуглеродным датам и именно их помещают в таблице, а добавлять или нет калиброванные решает автор. Главное, в статье должно быть четко указано проводилась калибровка или нет проводилась. Если автор забыл указать, рецензент заметит и сделает замечание. Иное дело научно популярные статьи, которые пишутся по несколько иному принципу, без утомительных деталей, но яркими красками. Именно калибровка была виной кажущегося удревнения ряда событий человеческой истории.

Другая известная крайность это новая хронология по Фоменко. Научные круги уже прекратили ее обсуждать так как сочти ошибочность теории доказанной достаточным образом, но среди народа она еще пользуется популярностью. Фоменко поворачивает основные события истории в сторону омолаживания. В качестве доказательства приводятся астрономические данные (некоторые события запечатлены в летописях и на картинах) и сопоставления рукописей. При этом данные радиоуглеродного датирования, как и многие другие, но речь сейчас идет о радиоуглероде, игнорируются, или используются избирательно. Например, возраст туринской плащаницы последователи новой хронологии сочли верным, так как он согласовывается с их теорией омоложения событий. Возраста античных артефактов, пусть даже датированные теми же технологиями в тех же лабораториях, новая хронология объявляет неверными.

Несомненная польза от новой хронологии и подобных воззрений заключается в подогреве интереса публики к научной проблеме. По крайней мере, она обсуждается, студенты охотно идут на лекции, а правительства выделяет дополнительные деньги на оборудование лабораторий. Кроме радиоуглерода, развиваются альтернативные методы датирования, устраняются погрешности, в общем, наука идет вперед, иногда не без помощи «снежного человека».

 

Литература

Cook G.T. and van der Plicht, J., 2007. Conventional Method. In: Elias, S.A. (Ed.), Encyclopaedia of Quaternary Science, Elsevier, London, pp 2899-2911

Jull, A.J.T., 2007. AMS Methods. In: Elias, S.A. (Ed.), Encyclopaedia of Quaternary Science, pp 2911-2918

Sher, A.V., Plakht, I.R. 1988. Radiocarbon dating and problems of the Pleistocene stratigraphy in lowlands of the Northeast USSR. Izvestiya AN SSSR, ser. Geol. 8, 17–31 (in Russian); In English: International Geology Review 30, 8, 853–867.

Spindler, K. (1994). The Man in the Ice. The Preserved Body of Neolithic Man Reveals the Secret of the Stone Age. Weidenfeld and Nicolso, London.

Fairbanks, R. G., Mortlock, R. A., Chiu, T.-C., et al. (2005). Radiocarbon Calibration Curve Spanning 0 to 50,000 Years B.P. Based on Paired 230Th/234U/238U and 14C Dates on Pristine Corals. Quaternary Science Reviews 24(16–17),1781–1796.