Entsüklopeediline YouTube
1 / 5
Radiosüsiniku dateering, 1. osa
Radiosüsiniku dateerimine, 2. osa
Radioisotoopide tutvumine: kas tehnika põhialused on usaldusväärsed?
Torino surilina – radiosüsiniku dateerimine
Antikythera mehhanism: faktid ja väljamõeldis
Subtiitrid
Selles videos tahaksin keskenduda esiteks sellele, kuidas süsinik-14 ilmub ja kuidas see kõigisse elusolenditesse tungib. Ja siis, kas selles videos või tulevastes videotes, räägime sellest, kuidas seda kasutatakse tutvumiseks, st kuidas selle abil saab avastada, et see luu on 12 000 aastat vana või et see inimene suri 18 000 aastat tagasi – midagi. Joonistame Maa. See on Maa pind. Täpsemalt vaid väike osa sellest. Siis tuleb Maa atmosfäär. Ma värvin selle kollaseks. See on koht, kus meil on atmosfäär. Kirjutame sellele alla. Ja 78% - meie atmosfääri kõige levinum element on lämmastik. See on 78% lämmastikku. Panen selle kirja: "lämmastik". Selle sümbol on N. Sellel on 7 prootonit ja 7 neutronit. Niisiis aatommass on ligikaudu 14. Ja kõige levinum lämmastiku isotoop... Arutleme isotoobi mõiste üle keemiavideos. Isotoobis määravad prootonid, mis element see on. Kuid see arv võib muutuda olenevalt saadaolevast neutronite arvust. Valikud, mis sel viisil erinevad sellest elemendist nimetatakse isotoopideks. Ma arvan, et need on ühe elemendi versioonid. Igal juhul on meil atmosfäär ja ka meie päikesest lähtuv nn kosmiline kiirgus, kuid see pole tegelikult kiirgus. Need on kosmilised osakesed. Neid võib pidada üksikuteks prootoniteks, mis on samad, mis vesiniku tuumad. Need võivad olla ka alfaosakesed, mis on sama, mis heeliumi tuumad. Mõnikord on seal ka elektronid. Nad saabuvad, põrkuvad siis meie atmosfääri komponentidega ja tegelikult moodustavad neutroneid. Seega tekivad neutronid. Tähistame neutronit väikese tähega n, siis 1 on selle massiarv. Me ei kirjuta midagi, sest siin pole prootoneid. Erinevalt lämmastikust, kus oli 7 prootonit. Nii et rangelt võttes pole see element. Subatomiline osake. Seega tekivad neutronid. Ja aeg-ajalt... Olgem ausad, see ei tundu tüüpiline reaktsioon. Kuid aeg-ajalt põrkab mõni neist neutronitest teatud viisil kokku lämmastiku-14 aatomiga. See lööb ühe lämmastiku prootonitest välja ja võtab selle koha sisse ise. Ma selgitan nüüd. See lööb ühe prootonitest välja. Nüüd saame seitsme prootoni asemel 6. Kuid see arv 14 ei muutu 13-ks, sest on toimunud asendus. Nii et siia jääb 14. Aga nüüd, kuna prootoneid on ainult 6, ei ole see definitsiooni järgi enam lämmastik. Nüüd on see süsinik. Ja prooton, mis välja löödi, eraldub. Ma värvin selle teise värviga. See on pluss. Kosmosesse kiirgunud prooton... Võite seda nimetada vesinikuks 1. Kuidagi suudab see elektroni ligi tõmmata. Kui see elektroni ei saa, on see lihtsalt vesinikuioon, niikuinii positiivne ioon või vesiniku tuum. See protsess ei ole tüüpiline nähtus, kuid seda juhtub aeg-ajalt – nii tekib süsinik-14. Nii et siin on süsinik-14. Põhimõtteliselt võib seda pidada lämmastik-14-ks, kus üks prootonitest on asendatud neutroniga. Huvitav on see, et seda moodustub meie atmosfääris pidevalt, mitte tohututes, vaid märgatavates kogustes. Ma panen selle kirja. Pidev moodustumine. Hästi. Nüüd... ma tahan, et sa oleks selge. Vaatame perioodilisustabelit. Definitsiooni järgi on süsinikul 6 prootonit, kuid tüüpiline, kõige levinum süsiniku isotoop on süsinik-12. Süsinik-12 on kõige levinum. Suurem osa meie keha süsinikust on süsinik-12. Kuid huvitav on see, et see toodab väikese koguse süsinik-14 ja seejärel võib see süsinik-14 ühineda hapnikuga, moodustades süsinikdioksiidi. Seejärel neeldub süsinikdioksiid atmosfääri ja ookeani. Taimed võivad selle üle võtta. Kui inimesed räägivad süsiniku sidumisest, räägivad nad tegelikult energiakasutusest. päikesevalgus süsinikgaasi püüdmiseks ja selle muutmiseks orgaaniliseks koeks. Nii et süsinik-14 toodetakse pidevalt. See on ookeanides, see on õhus. Seguneb kogu atmosfääriga. Kirjutame: ookeanid, õhk. Ja siis satub see taimedesse. Taimed koosnevad tegelikult sellest fikseeritud süsinikust, mis on kinni püütud gaasilisel kujul ja kantud nii-öelda tahkel kujul eluskoesse. Näiteks sellest tehakse puitu. Süsinik on ehitatud taimedesse ja jõuab seejärel neisse, kes taimi söövad. See võib olla meie. Miks see huvitav on? Olen juba selgitanud mehhanismi, isegi kui süsinik-12 on kõige levinum isotoop, kogub osa meie kehast süsinik-14 meie elu jooksul. Huvitav on see, et te saate seda süsinik-14 ainult siis, kui olete elus ja sööte toitu. Sest kui te surete ja olete maa alla maetud, ei saa süsinik-14 enam teie kudede osaks, sest te ei söö enam midagi, mis sisaldab süsinik-14. Ja kui te surete, ei saa te enam süsinik-14 täiendust. Ja süsinik-14, mis teil surmahetkel oli, laguneb β-lagunemise kaudu – me oleme seda juba uurinud – tagasi lämmastik-14-ks. See tähendab, et protsess kulgeb tagurpidi. Seega laguneb see lämmastik-14-ks ja β-lagunemine vabastab elektroni ja antineutriino. Ma ei hakka praegu detailidesse laskuma. Sisuliselt see siin toimub. Üks neutronitest muutub prootoniks ja reaktsiooni käigus kiirgab selle välja. Miks see huvitav on? Nagu ma ütlesin, nii kaua kui elate, tuleb süsinik-14 sisse. Süsinik-14 laguneb pidevalt. Aga kui sa oled läinud ja sa ei söö enam taimi ega hinga enam atmosfääri, kui oled ise taim, võtad õhust süsinikku – see on taimede eesmärk... Kui taim sureb , see ei tarbi enam atmosfäärist pärit süsinikdioksiidi ega lisa seda kangasse. Selle kanga süsinik-14 on "külmunud". Seejärel laguneb see teatud kiirusega. Seejärel saab selle abil kindlaks teha, kui kaua aega tagasi olend suri. Kiirus, millega see juhtub, kiirus, millega süsinik-14 laguneb, kuni pool sellest kaob või laguneb poole võrra, on umbes 5730 aastat. Seda nimetatakse poolväärtusajaks. Sellest räägime teistes videotes. Seda nimetatakse poolväärtusajaks. Ma tahan, et te sellest aru saaksite. Milline pool on kadunud, pole teada. See on tõenäosuslik kontseptsioon. Võite ainult eeldada, et kogu vasakpoolne süsinik-14 laguneb ja kogu paremal olev süsinik-14 ei lagune selle 5730 aasta jooksul. Sisuliselt tähendab see, et igal konkreetsel süsinik-14 aatomil on 50-protsendiline võimalus laguneda 5730 aasta jooksul lämmastik-14-ks. See tähendab, et 5730 aasta pärast umbes pooled neist lagunevad. Miks see oluline on? Kui teate, et kõigi elusolendite kudedes on teatud kogus süsinik-14 nende koostisainete osana, ja siis leiate mõne luu... Oletame, et leiate arheoloogilise kaevamise käigus luu. Te ütlete, et selles luus on pool teid ümbritsevatest elusolenditest süsinik-14. Oleks täiesti mõistlik eeldada, et see luu peab olema 5730 aastat vana. Veel parem on, kui kaevate veelgi sügavamale ja leiate teise luu. Võib-olla paar jalga sügavamal. Ja leiate, et see sisaldab 1/4 süsinikust-14, mida leidub elusolendites. Kui vana ta siis on? Kui see on ainult 1/4 süsinik-14, on see läbinud 2 poolestusaega. Pärast ühte poolväärtusaega jääks sellele 1/2 süsinikku. Seejärel, pärast teist poolväärtusaega, muutub pool sellest samuti lämmastik-14. Seega on siin toimunud 2 poolestusaega, mis annavad 2 korda 5730 aastat. Mis oleks järeldus eseme vanuse kohta? Pluss-miinus 11 460 aastat. Subtiitrid Amara.org kogukonnalt
Füüsilised alused
2015. aastal arvutasid Londoni Imperial College'i teadlased välja, et süsivesinike jätkuv kasutamine muudaks radiosüsiniku dateerimise olematuks.
Teadlased mõõtsid Jordaania lõunaosas kasvavate puude süsinik-14 sisaldust, määrasid nende vanuse ja võrdlesid saadud kuupäevi standardmeetodi skaalaga. Selle tulemusena leidsid nad lahknevusi keskmiselt 19 aastat. Suhteliselt väike ebatäpsus võib siiski avaldada märkimisväärset mõju varajastele piibli arheoloogilistele uuringutele ja paleoökoloogilistele rekonstruktsioonidele. Tulemused on esitatud ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences.
Radiosüsiniku dateerimine on üks peamisi meetodeid orgaanilist materjali sisaldavate taimede ja arheoloogiliste objektide dateerimiseks. Teadlased on seda juba pikka aega kasutanud, mistõttu on nüüdseks välja töötatud põhja- ja lõunapoolkera jaoks standardskaalad, mida nimetatakse kalibreerimiskõverateks. Need esindavad kalendri- ja radiosüsiniku vanuse sõltuvust. Need kõverad on sirgjoonele üsna lähedased, kuid peegeldavad isotoopide suhete erinevusi erinevatel aegadel.
"Oleme hakanud katsetama eeldusi, millele tugineb kogu radiosüsiniku dateerimise valdkond," ütleb juhtiv autor Stuart Manning USA Cornelli ülikoolist. - Viimase 50 aasta õhumõõtmiste põhjal teame, et süsiniku isotoopide sisaldus on aastaringselt erinev, ja mõistame ka seda, et erinevaid punkte Põhjapoolkeral kasvavad taimed sageli aktiivselt erinevatel aegadel. "Tahtsime välja selgitada, kui palju [radiosüsiniku dateerimise täpsus] varieerub sõltuvalt uuritavast [geograafilisest] piirkonnast ja kas see võib mõjutada arheoloogilist dateerimist."
Uuringu materjaliks olid Jordaania lõunaosas kasvavad puud, mille vanus on teadlastele teada. Autorid mõõtsid oma puurõngaste vanust radiosüsiniku dateerimise abil ja leidsid 19-aastase nihke põhjapoolkera standardse kalibreerimiskõvera suhtes. Selle tulemusena väidavad teadlased, et paljud selle piirkonna ajalugu käsitlevad tööd, mis hõlmavad ka kaasaegne territoorium Iisrael võib põhineda valedel eeldustel. Näiteks on mõttekas üle kontrollida varajaste piiblisündmuste dateerimist, kuna paljudes uuringutes kasutatud kalibreerimiskõverad lihtsalt ei sobi sellesse piirkonda.
Autorid rakendasid tulemusi mitmele varem avaldatud kronoloogilisele tabelile ja leidsid, et isegi väike nihe dateeringutes võib kaasa tuua kalendrikuupäevade muutumise, millega tuleb arvestada vastuoluliste ajaloo-, arheoloogia- ja minevikukliima küsimuste lahendamisel. "Meie töö peaks olema algus piibliperioodi arheoloogia ja Lõuna-Levandi varase ajaloo uuesti läbivaatamisele ja ümbermõtlemisele," järeldab Manning.
Kas teile meeldis materjal? Yandex.Newsi jaotises Minu allikad ja lugege meid sagedamini.
Fossiilsete süsinikuheitmete mõju
Vaata ka
Kirjandus
- Gerasimov I.P. NSVL TA Geograafia Instituudi Radiomeetria Labori radiosüsiniku uuringud: Kommunikatsioon. 1-5: // Kvaternaariaja uurimise komisjoni bülletään. Sõnum 1: 1975. Nr 44. Lk 154-159; Sõnum 2: 1976. Nr 46. Lk 185-189; Sõnum 3: 1979. Nr 49. Lk 179-187; Sõnum 4: 1980. Nr 50. Lk 206-213; Sõnum 5: 1983. nr 52. lk 205-211.
- Wagner G. A. Teaduslikud dateerimismeetodid geoloogias, arheoloogias ja ajaloos: õpik. - M.: Tehnosfäär, 2006. - 534 lk. - ISBN 5-94836-037-7.
- Koronovski N.V.Üldgeoloogia: õpik. - 2. väljaanne - M.: Kirjastus "KDU", 2010. - Lk 122-124. - 526 s. - ISBN 978-5-98227-682-7.
- * L. Currie"Radiokarboniga tutvumise märkimisväärne metroloogiline ajalugu II". J. Res. Natl. Inst. Seisma. Technol. 109 (2004) 185-217.
Märkmed
- Godwin, H. (1962). "Raadiosüsiniku poolväärtusaeg." Loodus. 195 (4845): 984. Bibkood:
Paljud inimesed viitavad radiosüsiniku dateerimise tulemustele, kuid mitte kõik ei tea selle meetodi olemust ja rakendatavust. Lisaks on ka “lõkse”, millele tasuks kindlasti tähelepanu pöörata. Materjalide valikus tutvuvad lugejad kiirülevaatega radiosüsiniku meetodist ning poolt- ja vastuarvamustega.
Radiosüsiniku dateerimine – dateerimise meetod orgaanilised materjalid radioaktiivse süsiniku isotoobi 14C sisalduse mõõtmisega. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt arheoloogias ja geoteadustes.
Radiosüsiniku allikad
Maad ja selle atmosfääri pommitavad pidevalt radioaktiivsed voolud elementaarosakesed tähtedevahelisest ruumist. Tungides atmosfääri ülakihti, lõhestavad osakesed seal olevad aatomid, vabastades prootoneid ja neutroneid, aga ka suuremaid aatomistruktuure. Õhus olevad lämmastikuaatomid neelavad neutroneid ja vabastavad prootoneid. Nende aatomite mass on nagu varemgi 14, kuid neil on vähem positiivset laengut; nüüd on nende tasu kuus. Seega muudetakse algne lämmastikuaatom süsiniku radioaktiivseks isotoobiks:
kus n, N, C ja p tähistavad vastavalt neutronit, lämmastikku, süsinikku ja prootonit.
Radioaktiivsete süsiniku nukliidide teke õhulämmastikust kosmiliste kiirte mõjul toimub keskmiselt ca. 2,4 at./s maapinna iga ruutsentimeetri kohta. Päikese aktiivsuse muutused võivad põhjustada selle väärtuse mõningaid kõikumisi. Kuna süsinik-14 on radioaktiivne, on see ebastabiilne ja muutub järk-järgult lämmastiku-14 aatomiteks, millest see tekkis; sellise transformatsiooni käigus vabastab see elektroni - negatiivse osakese, mis võimaldab seda protsessi ennast salvestada.
Radiosüsiniku aatomite moodustumine kosmiliste kiirte mõjul toimub tavaliselt aastal ülemised kihid atmosfäär 8–18 km kõrgusel. Nagu tavaline süsinik, oksüdeerub ka radiosüsinik õhus, moodustades radioaktiivse dioksiidi (süsinikdioksiidi). Tuule mõjul atmosfäär pidevalt seguneb ja lõpuks jaotub kosmiliste kiirte mõjul tekkinud radioaktiivne süsinikdioksiid atmosfääri süsihappegaasis ühtlaselt. Radiosüsiniku 14C suhteline sisaldus atmosfääris jääb aga äärmiselt madalaks – ca. 1,2*10–12 g tavalise süsiniku 12C grammi kohta.
Radiosüsinik elusorganismides
Kõik taimsed ja loomsed koed sisaldavad süsinikku. Taimed saavad seda atmosfäärist ja kuna loomad söövad taimi, satub süsihappegaas kaudselt ka nende organismi. Seega on kosmilised kiired kõigi elusorganismide radioaktiivsuse allikaks.
Surm võtab elusainelt radiosüsiniku absorbeerimise võime. Surnud orgaanilistes kudedes toimuvad sisemised muutused, sealhulgas radiosüsiniku aatomite lagunemine. Selle protsessi käigus muudetakse 5730 aasta jooksul pool algsest 14C nukliidide arvust 14N aatomiteks. Seda ajavahemikku nimetatakse 14C poolväärtusajaks. Pärast teist poolväärtusaega on 14C nukliidide sisaldus vaid 1/4 nende esialgsest arvust, pärast järgmist poolväärtusaega - 1/8 jne. Selle tulemusena saab 14C isotoobi sisaldust proovis võrrelda radioaktiivse lagunemise kõveraga ja seega määrata ajaperioodi, mis on möödunud organismi surmast (süsinikuringest väljaarvamisest). Proovi absoluutse vanuse selliseks määramiseks tuleb aga eeldada, et 14C esialgne sisaldus organismides viimase 50 000 aasta jooksul (radiosüsiniku dateeringu ressurss) ei ole muutunud. Tegelikult muutus 14C moodustumine kosmiliste kiirte mõjul ja selle neeldumine organismide poolt mõnevõrra. Selle tulemusena annab proovi 14C isotoopide sisalduse mõõtmine ainult ligikaudse kuupäeva. Algse 14C sisalduse muutuste mõju arvessevõtmiseks saab kasutada dendrokronoloogilisi andmeid 14C sisalduse kohta puurõngastes.
Radiosüsiniku dateerimise meetodi pakkus välja W. Libby (1950). 1960. aastaks oli radiosüsiniku dateerimine saanud laialdase tunnustuse, kogu maailmas olid rajatud radiosüsiniku laborid ja Libbyle anti Nobeli keemiaauhind.
meetod
Radiosüsiniku dateerimiseks mõeldud proov tuleks võtta absoluutselt puhtad tööriistad ja hoida kuivas steriilses kohas kilekott. Vajalik on täpne info valiku asukoha ja tingimuste kohta. Ideaalne puiduproov süsi või kude peaks kaaluma umbes 30 g. Karpide puhul on soovitav kaal 50 g ja luude puhul 500 g (uusimad tehnikad võimaldavad aga määrata vanust palju väiksemate proovide põhjal). Iga proov tuleb põhjalikult puhastada vanematest ja noorematest süsinikku sisaldavatest saasteainetest, näiteks hilisema kasvuga taimede juurtest või iidsete karbonaatkivimite fragmentidest. Taga eelpuhastus Seejärel töödeldakse proovi laboris keemiliselt. Happelist või leeliselist lahust kasutatakse võõrsüsi sisaldavate mineraalide ja lahustuva orgaanilise aine eemaldamiseks, mis võis proovi tungida. Pärast seda orgaanilised proovid põletatakse ja kestad lahustatakse happes. Mõlemad protseduurid põhjustavad süsinikdioksiidi eraldumist. See sisaldab kogu puhastatud proovis sisalduvat süsinikku ja mõnikord muudetakse see muuks aineks, mis sobib radiosüsiniku dateerimiseks.
Radiosüsiniku aktiivsuse mõõtmiseks on mitu meetodit. Üks neist põhineb 14C lagunemisel vabanevate elektronide arvu määramisel. Nende vabanemise intensiivsus vastab 14C kogusele uuritavas proovis. Loendusaeg on kuni mitu päeva, kuna proovis sisalduvatest 14C aatomitest laguneb päevas vaid umbes veerandmiljondik. Teine meetod nõuab massispektromeetri kasutamist, mis tuvastab kõik aatomid massiga 14; spetsiaalne filter võimaldab eristada 14N ja 14C. Kuna lagunemist pole vaja oodata, saab 14C loenduse teha vähem kui tunniga; Piisab 1 mg kaaluvast proovist. Otsest massispektromeetrilist meetodit nimetatakse AMS-dateerimiseks. Sel juhul kasutatakse keerulisi, väga tundlikke instrumente, mis reeglina asuvad tuumafüüsika alast uurimistööd tegevates keskustes.
Traditsiooniline meetod nõuab palju vähem mahukaid seadmeid. Esiteks kasutati loendurit, mis määras gaasi koostise ja oli põhimõtteliselt sarnane Geigeri loenduriga. Loendur täideti proovist saadud süsihappegaasi või muu gaasiga (metaan või atsetüleen). Seadme sees toimuv radioaktiivne lagunemine tekitab nõrga elektriimpulsi. Taustkiirguse energia keskkond kõigub tavaliselt laialdaselt, erinevalt 14C lagunemisest põhjustatud kiirgusest, mille energia on tavaliselt foonspektri alampiiri lähedal. Väga ebasoovitavat taustaväärtuste ja 14C andmete suhet saab parandada, isoleerides loenduri väliskiirguse eest. Selleks kaetakse lett mitme sentimeetri paksusest rauast või ülipuhast pliist valmistatud ekraanidega. Lisaks varjestavad loenduri enda seinu üksteise lähedal asuvad Geigeri loendurid, mis kogu kosmilist kiirgust edasi lükates deaktiveerivad proovi sisaldava loenduri enda umbes 0,0001 sekundiks. Sõelumismeetod vähendab taustasignaali mõne lagunemiseni minutis (18. sajandist pärit 3-g puiduproov annab ~40 14C lagunemist minutis), mis võimaldab dateerida üsna iidseid proove.
Alates umbes 1965. aastast on vedelstsintillatsioonimeetod dateerimisel laialt levinud. See muudab proovist toodetud süsinikugaasi vedelikuks, mida saab hoida ja uurida väikeses klaasanumas. Vedelikule lisatakse spetsiaalne aine – stsintillaator –, mis laetakse 14C radionukliidide lagunemisel vabanevate elektronide energiaga. Stsintillaator vabastab salvestatud energia peaaegu koheselt valguslainete puhangutena. Valgust saab püüda fotokordisti abil. Stsintillatsiooniloendur sisaldab kahte sellist toru. Valesignaali saab tuvastada ja kõrvaldada, kuna seda saadab ainult üks toru. Kaasaegseid stsintillatsiooniloendureid iseloomustab väga madal, peaaegu null, taustkiirgus, mis võimaldab dateerida alates kõrge täpsus proovid kuni 50 000 aastat vanad.
Stsintillatsioonimeetod nõuab proovi hoolikat ettevalmistamist, sest süsinik tuleb muundada benseeniks. Protsess algab süsinikdioksiidi ja sula liitiumi vahelise reaktsiooniga liitiumkarbiidi moodustamiseks. Karbiidile lisatakse vähehaaval vett ja see lahustub, vabastades atsetüleeni. See gaas, mis sisaldab kogu proovis sisalduvat süsinikku, muudetakse katalüsaatori mõjul läbipaistvaks vedelikuks - benseeniks. Järgmine kett keemilised valemid näitab, kuidas süsinik selles protsessis liigub ühest ühendist teise:
Kõiki vanuse määramisi, mis põhinevad 14C laboratoorsetel mõõtmistel, nimetatakse radiosüsiniku kuupäevadeks. Need on antud aastate arvuna enne tänapäeva (BP) ja lähtepunktiks on võetud ümmargune tänapäevane kuupäev (1950 või 2000). Radiosüsiniku kuupäevad esitatakse alati koos võimaliku statistilise veaga (näiteks 1760 ± 40 BP).
Rakendus
Tavaliselt kasutatakse sündmuse vanuse määramiseks mitut meetodit, eriti kui me räägime suhteliselt hiljutise sündmuse kohta. Suure, hästi säilinud proovi vanust saab määrata kümne aasta täpsusega, kuid proovi korduvanalüüs nõuab mitu päeva. Tavaliselt saadakse tulemus 1% täpsusega määratud vanusest.
Radiosüsiniku dateerimise tähtsus suureneb eriti ajalooliste andmete puudumisel. Euroopas, Aafrikas ja Aasias varased jäljed ürgne meesületada radiosüsiniku dateerimise ajapiiranguid, st. osutuvad vanemaks kui 50 000 aastat. Radiosüsiniku dateering kuulub siiski kohaldamisalasse esialgsed etapidühiskonnakorraldus ja esimesed püsiasustused, aga ka muistsete linnade ja osariikide teke.
Radiosüsiniku dateerimine on olnud eriti edukas paljude iidsete kultuuride ajakava väljatöötamisel. Tänu sellele on nüüd võimalik võrrelda kultuuride ja ühiskonna arengukäiku ning teha kindlaks, millised inimrühmad omandasid esimesena teatud tööriistu, lõid uut tüüpi asulaid või sillutasid uue kaubatee.
Vanuse määramine radiosüsiniku abil on muutunud universaalseks. Pärast atmosfääri ülemistes kihtides tekkimist tungivad 14C radionukliidid erinevatesse keskkondadesse. Õhuvoolud ja turbulents madalamates atmosfäärikihtides tagavad radiosüsiniku globaalse leviku. Läbides õhuvoolud üle ookeani, siseneb 14C esmalt vee pinnakihti ja seejärel tungib sügavamatesse kihtidesse. Üle mandrite toovad vihm ja lumi 14C maapinnale, kus see koguneb järk-järgult jõgedesse ja järvedesse, aga ka liustikesse, kus see võib säilida tuhandeid aastaid. Radiosüsiniku kontsentratsioonide uurimine nendes keskkondades täiendab meie teadmisi maailma ookeanide veeringest ja möödunud ajastute, sealhulgas viimase jääaja kliima kohta. Edasiliikuva liustiku langetatud puude jäänuste radiosüsiniku dateering näitas, et külm periood Maal lõppes umbes 11 000 aastat tagasi.
Taimed neelavad igal aastal kasvuperioodil atmosfäärist süsinikdioksiidi ning isotoobid 12C, 13C ja 14C esinevad taimerakkudes ligikaudu samas proportsioonis kui atmosfääris. 12C ja 13C aatomid sisalduvad atmosfääris peaaegu muutumatutes vahekordades, kuid 14C isotoobi hulk kõigub sõltuvalt selle tekke intensiivsusest. Neid erinevusi peegeldavad aastase kasvukihid, mida nimetatakse puurõngasteks. Ühe puu aastarõngaste pidev järjestus võib ulatuda tamme puhul 500 aastani ning sekvoias ja harjasmännil üle 2000 aasta. USA loodeosa kuivades mägipiirkondades ning Iirimaa ja Saksamaa turbarabades on avastatud surnud puutüvedega horisonte erinevas vanuses. Need leiud võimaldavad meil ühendada teavet 14C kontsentratsiooni kõikumiste kohta atmosfääris peaaegu 10 000 aasta jooksul. Proovide vanuse õige määramine laboriuuringute käigus sõltub teadmisest 14C kontsentratsiooni kohta organismi eluea jooksul. Viimase 10 000 aasta jooksul on selliseid andmeid kogutud ja need esitatakse tavaliselt kalibreerimiskõvera kujul, mis näitab erinevust atmosfääri 14C taseme vahel 1950. aastal ja minevikus. Radiosüsiniku ja kalibreeritud kuupäevade vaheline lahknevus ei ületa ± 150 aastat ajavahemikus 1950. a pKr. ja 500 eKr Iidsemate aegade jooksul see lahknevus suureneb ja radiosüsiniku vanusega 6000 aastat ulatub 800 aastani.
Kirjandus:
Libby V.F. Vanuse määramine radiosüsiniku abil. – Kogumikus: Isotoobid geoloogias. M., 1954
Rankama K. Isotoobid geoloogias. M., 1956
Hõbedane L.R. Radiosüsiniku meetod ja selle rakendamine kvaternaari perioodi paleograafia uurimisel. M., 1961
Vanamees I.E. Tuumageokronoloogia. L., 1961
Hõbedane L.R. Radiosüsiniku meetodi rakendamine kvaternaarigeoloogias. M., 1965
Ilves E.O., Liiva A.A., Punning J.-M.K. Radiosüsiniku meetod ja selle rakendamine kvaternaari geoloogias ja arheoloogias. Tallinn, 1977
Arslanov H.A. Radiosüsinik: geokeemia ja geokronoloogia. L., 1987
Viimasel ajal on linnas olnud palju vaidlusi sellistel teemadel nagu alternatiivajalugu, kronoloogia, kreatsionism ja evolutsiooniteooria. Vaidluste käigus tõstatub teema "kas teaduslikud/üldtunnustatud tõendid konkreetse artefakti, nähtuse, sündmuse vms vanuse kohta on usaldusväärsed?"
Seetõttu juhin teie tähelepanu radiosüsiniku dateerimise meetodi kirjeldusele, mis on üks levinumaid esemete vanuse määramisel.
Radiosüsiniku dateerimise meetod on radiomeetriline meetod, mis kasutab süsinikku sisaldavate materjalide vanuse määramiseks isotoobi süsinik-14 looduslikku arvukust (14 C). Kasutusala - kuni 50 000 aastat.Vanuse algandmed, s.o. andmeid, mida pole kalibreeritud, nimetatakse tavaliselt radiosüsiniku aastad"kuni praeguseni". Nullviitena, st. "praegune aeg", loetakse aastaks 1950 pKr.
Radiosüsiniku dateerimise leiutas Chicago ülikooli professor Willard Libby ja tema kolleegid 1949. aastal. 1960. aastal sai ta Nobeli preemia keemias oma leiutise eest.
Meetodi olemus seisneb selles, et stabiilne lämmastiku isotoop (14 N) atmosfääris puutub kokku kosmiliste kiirtega, muutes selle süsiniku isotoobiks 14 C, mille poolestusaeg on 5730 ± 40 aastat. Elusorganismid omastavad elutegevuse käigus atmosfääri süsinikku, akumuleerides oma kudedesse teatud koguse 14 C, mis seejärel järk-järgult laguneb (eeldatakse, et pärast organismi surma ei toimu uut 14 C sisenemist kehasse. koed). Piisab, kui teadlane teab, kui palju on keskmiselt 14 C seda tüüpi organismid kogunevad oma eluea jooksul ja määravad, kui palju sellest kudedesse jääb – nende andmete põhjal arvutatakse vanus radiosüsiniku aastates.
Üks esimesi meetodi tõhususe ja täpsuse demonstratsioone oli puidu vanuse mõõtmine Vana-Egiptuse vaarao matmisest, kelle vanus oli ajaloodokumentidest ette teada.
Protsessi füüsika
Süsinikul on 2 stabiilset isotoopi – 12 C (98,89%) ja 13 C (1,11%). Lisaks leidub Maal jälgi ebastabiilset isotoopi 14 C (0,0000000001%). Selle isotoobi poolestusaeg on umbes 5730 aastat ja seega oleks see pidanud Maa pinnalt juba ammu kaduma. Maa atmosfääri pommitavad pidevad kosmiliste kiirte vood aga uuendavad seda varu. Kosmiliste kiirte poolt atmosfääri pommitamisel tekkivad neutronid sisenevad tuumareaktsioon lämmastikuaatomite tuumadega:
n+ 14 7 N → 14 6 C+p
Suurim kogus 14 C on atmosfääris täheldatud 9 - 15 km kõrgusel ja kõrgetel laiuskraadidel, kust see levib kogu atmosfääris ja lahustub ookeanides. Sest umbkaudne analüüs arvatakse, et 14 C "tootmine" toimub ligikaudu konstantse kiirusega ja 14 C sisaldus atmosfääris on ligikaudu konstantne (600 miljardit 14 C aatomit mooli kohta).
Saadud süsinik oksüdeerub kiiresti 14 CO 2-ks ja seejärel neelavad taimed ja mikroorganismid, sisenedes seejärel teiste organismide toiduahelasse. Seega saab iga elusorganism kogu oma elu jooksul pidevalt teatud koguse 14 C. Niipea kui see sureb, see vahetus peatub ja kogunenud 14 C laguneb järk-järgult beeta-lagunemisreaktsioonis:
14 6 C → 14 7 N + e - +v e
Elektroni ja antineutriinot kiirgades muutub 14 C stabiilseks lämmastikuks.
1958. aastal näitas Hessel de Vries, et 14 C kontsentratsioon atmosfääris võib nii eri aegadel kui ka erinevates kohtades vägagi kõikuda. Täpsemate mõõtmiste jaoks võetakse neid muutusi arvesse kalibreerimiskõverate kujul. Allolev joonis näitab 14 CO2 kontsentratsiooni muutuste dünaamikat atmosfääris Austraalia ja Uus-Meremaa kohal – märkimisväärne tõus on tingitud paljudest rakendustest tuumarelvad atmosfääris.
Lisaks on teada, et mereorganismid võivad saada süsinikku vees lahustunud karbonaatidest, mille vanus võib olla vägagi märkimisväärne – tänu sellele võib neil tekkida 14C isotoobi “puudus”, mis muudab radiosüsiniku meetodi paljuks. seda tüüpi materjali jaoks vähem usaldusväärne.
Vanuse arvutamine14 C lagunemine järgib eksponentsiaalseadust. Teisisõnu, teatud perioodi jooksul lagunevate aatomite arv sõltub aatomite esialgsest arvust selle perioodi alguses. Ülejäänud aatomite arv KOOS pärast aja möödumist t , väljendatakse järgmise valemiga:
C = C 0 e -t/T
Kus Alates 0 - aatomite esialgne arv, T - keskmine lagunemisaeg = t 1/2 (pool elu) *ln2 , e on naturaallogaritmi alus.
Seega radiosüsiniku vanus t RV (ilma kõikumiste korrigeerimiseta summas 14 C) väljendatakse valemiga:
t RV= -t 1/2 * logi 2 (C/C 0 )
Mõõtmised ja kaalud
Traditsioonilised meetodid proovidesse jääva 14 C materjali arvutused põhinevad endiselt lagunevate aatomite loendamisel (gaasi ja vedeliku meetodidstsintillatsioon, mis põhineb üksikute 14 C-aatomi lagunemisel tekkivate "sähvatuste" otsesel loendamisel spetsiaalsetes anduritega varustatud stsintillatsioonikambrites), kuid need on tundlikud ja võivad väikeste proovide (alla 1 grammi süsiniku) uurimisel põhjustada suuri vigu. Näiteks 10 000 aasta vanuses proovis oleks keskmine lagunemiste arv 4 aatomit sekundis süsiniku mooli kohta (puidu puhul umbes 30-40 grammi), mis on kas liiga madal usaldusväärse statistika saamiseks või võtab liiga kaua aega. (mis võib samuti põhjustada kõrvalistest stsintillatsioonidest tingitud vigade kuhjumist).
Isotoopide massispektromeetria
V viimased aastad on saanud peamiseks vahendiks radiosüsiniku dateerimisel. See meetod põhineb asjaolul, et erinevate isotoopide aatomitel (ja neist koosnevatel ainetel) on erinev mass. Aine proovid oksüdeeritakse moodustumiseks süsinikdioksiid(ülejäänud oksiidid eemaldatakse), seejärel tekkiv gaas ioniseeritakse ja suur kiirus läbib magnetkambri, kus laetud molekulid kalduvad kõrvale algsest trajektoorist. Mida suurem on hälve, seda kergem on molekul ja seda vähem sisaldab see 14 C. Nõrgalt ja tugevalt hälbivate molekulide suhte arvutamisel on võimalik suure täpsusega määrata 14 C kontsentratsiooni proovis. See meetod võimaldab vaid mõne milligrammi massiga proove dateerida vahemikku kuni 60 000 aastat (2005. aasta andmed).
Kalibreerimine
Nagu korduvalt öeldud, sõltub see meetod oluliselt eeldusest, et 14 C sisaldus atmosfääris on ligikaudu konstantne. Praktikas see aga nii ei ole. 14 C tase sõltub paljudest teguritest. Esiteks kosmilise kiirguse intensiivsusest, mis muutub sõltuvalt muutustest Maa magnetväljas, mida omakorda mõjutavad päikesekiired. Lisaks võib 14 C tasakaal olla häiritud ookeanist (gaasi kondensaadist), vulkaanilisest ja muudest tegevustest tulenevate suurte süsinikuheitmete tõttu atmosfääri. Kliimamuutused ja inimtegevus võivad samuti selle tasakaalu rikkuda.
Peamised viisid meetodi kalibreerimiseks ehk 14 C bilansi arvutamiseks vajalikul perioodil on radiosüsiniku meetodi tulemuste võrdlemine teiste sõltumatute meetoditega - dendrokronoloogia, põhiuuringud. iidne jää, põhjasetted, iidsete korallide proovid, koobasalad ja setted.
Kalibreerimisgraafik näitab proovide radiosüsiniku vanuse sõltuvust nende vanusest, mis on arvutatud teiste meetodite kombinatsiooniga. Kaasaegne (2004. aasta andmetel) kalibreerimistäpsus on ±16 aastat vanuses kuni 6000 aastat ja mitte rohkem kui ±160 aastat vanuses kuni 26 000 aastat.
Seega on tänapäevane radiosüsiniku dateerimise meetod päris täpne isendite vanuse ligikaudseks määramiseks, eriti aastal ajalooline periood tsivilisatsiooni areng (4000 eKr) Siiski arvukalt vigu puudub või on vale kalibreerimine, vananenud meetodid 14 C isotoobi koguse arvutamiseks ja sellest tulenevalt toimunud “vastuse korrigeerimised” andsid rikkalik alus kahtlusteks selle meetodiga tutvumise õigsuses.Kuid nüüd (teatud mööndusega) see meetod võib pidada usaldusväärseks, seda enam, et maailmas on seda uuringut teostamas ligikaudu 130 sõltumatut laborit ning töö kalibreerimise parandamiseks käib pidevalt.
Kirjandus
- Arnold, J. R. ja Libby, W. F. (1949)Vanuse määramine radiosüsiniku sisalduse järgi: kontrollid teadaoleva vanuse proovidega , Teadus 110, 678-680.
- Libby, W.F. Radiosüsiniku dateering, 2. väljaanne, Chicago, University of Chicago Press, 1955.
- C. Crowe, Süsinik-14 aktiivsus viimase 5000 aasta jooksul, Loodus, 182, (1958): 470 + ümberlükkamised samas numbris: a) K. O. Münnich, H. G. Östlund ja H. de Vries, Loodus, 182, (1958): 1432 ja b) H. Barker, Loodus, 182, (1958): 1433 – mõlemad annavad tunnistust laialdaste muutuste kohta 14 C tasemetes ja vastavalt arvutusi, mis annavad C. Crowe esitatud proovide jaoks palju noorema vanuse.
- de Vries, H. L. (1958). Radiosüsiniku kontsentratsiooni muutumine aja ja asukoha järgi Maal, Proceedings Koninlijke Nederlandse Akademie Wetenschhappen B, 61: 94-102; ja Researches in Geochemistry, P. H. Abelson (Ed.) (1959) Wiley, New York, lk. 180
- Aitken, M.J. Füüsika ja arheoloogia, New York, Interscience Publishers, 1961.
- Libby, W.F. Radiosüsinik; aatomikell, iga-aastane ajakiri Science and Humanity, 1962.
- Kovar, A. J. (1966)
