Радиоуглеродный метод.

Углерод является одной из основных составляющих биологических организмов. Два его изотопа: ¹²С и ¹³С стабильны, а изотоп ¹⁴Срадиоактивен, то есть, проще говоря, распадается. Изотоп ¹⁴С постоянно образуется в атмосфере, в основном под действием космических лучей, то есть таких высокоэнергетических частиц, которые прилетают к нам из космоса.

Если мы возьмем какое-то конкретное место на Земле, то живущие и жившие там организмы участвуют в общем круговороте веществ, в том числе в так называемом «углеродном обмене». Углерод поглощается из окружающей среды растениями, потом попадает в организм растительноядных животных, потом в организм плотоядных животных, то есть в итоге принимает участие в построении всех живых организмов. В одном и том же месте в один и тот же исторический период соотношение изотопов углерода в атмосфере и биосфере одно и то же, ведь изотопы обладают практически неотличимыми химическими свойствами, поэтому какое соотношение изотопов в атмосфере, такое и в организмах.

Когда организм погибает, все процессы обмена в нем прекращаются, и с этого момента радиоактивные изотопы остаются на своих местах и начинают распадаться на том же самом месте. Радиоактивный ¹⁴С испытывает бета-распад с периодом полураспада равным 5730±40 лет, и, таким образом, каждые 5730 лет его концентрация в общем количестве углерода уменьшается в два раза. Допустим, мы нашли старую кость, в которой концентрация ¹⁴С в 16 раз меньше, чем сейчас. Значит, за первый период полураспада (то есть за первые 5730 лет) концентрация ¹⁴С уменьшилась в 2 раза. За вторые 5730 лет концентрация оставшегося ¹⁴С еще уменьшилась в два раза, итого – уже в четыре раза меньше, чем сейчас. За третьи 5730 лет то, что осталось, уменьшилось еще в два раза, итого - в 8 раз. Значит, поскольку в итоге концентрация уменьшилась в 16 раз, то прошло 4 периода, так что в качестве первого грубого приближения мы можем считать, что этой кости 5730×4 = 22920 лет. С помощью этого метода можно определять и возраст геологических пород, если в слое земли удается найти хоть какой-нибудь органический остаток, но чем меньше концентрация ¹⁴С, тем менее точен результат вычислений.

Более точное определение возраста требует внесения специальных поправок на изменения фона радиоактивности в атмосфере и т.д. К примеру, около 41 тысячи лет назад Земля оказалась на пути мощнейшего потока космического излучения от взрыва Сверхновой звезды – соответственно в таблицу поправок нужно внести существенные корректировки для этого времени. Внесение таких поправок называется «калибровка». Самый эффективный способ калибровки – это измерить возраст некоторого объекта, возраст которого точно известен, с помощью радиоуглеродного метода. Также можно сопоставлять измерения, проведенные в результате анализа содержания изотопов других элементов. Религиозные фанатики любят опровергать радиоуглеродный метод, и не случайно, ведь с их точки зрения Земля существует лишь несколько тысяч лет! Нет, это не шутка, они и в самом деле так считают!

В середине XVII века Джеймс Ашер, весьма уважаемый ученый и прелат Англиканской церкви, широко известный в Англии и Ирландии, вычислил, что Земля была сотворена в 4004 году до нашей эры. Он основывался на хронологии Ветхого Завета, само собой. Другие ученые его времени подтвердили его вычисления, и даже уточнили, что Земля была сотворена в 9 утра 26-го октября. Зато у нас появился новый смешной праздник - геологи теперь празднуют 26 октября как день рождения Земли.

Одним из способов калибровки таблиц радиоуглеродного метода является, как ни удивительно, «дендрохронология», то есть датирование на основании исследования годичных колец деревьев. Разновидность дендрохронологии - «дендроклиматология», изучает закономерности сложения годичных слоев древесных пород для того, чтобы узнать – какой был климат в ту или иную прошлую геологическую эпоху. Дендрохронология может показаться ненадежным источником информации, но это не так, а совсем даже наоборот. Вдаваться в детали я здесь не буду, чтобы не уходить слишком далеко от атомной физики:)

Так как период полураспада урана огромен – 4.5 миллиарда лет, то его удобно использовать для измерения очень длительных периодов времени. Известно, что средний атомный вес обыкновенного, не радиоактивного свинца, равен 207,2. Также известно, что свинец, получающийся путем радиоактивного распада урана, имеет атомный вес почти ровно 206. В некоторых урановых минералах мы находим свинец с атомной массой, также очень близкой к 206. Из этого можно сделать элементарный вывод: весь этот свинец образован именно радиоактивным распадом урана. Зная период полураспада урана, мы легко определяем и возраст породы, из которого он добыт.

Этот метод очень удобен тем, что уран, вопреки распространенным представлениям, является очень распространенным элементом. На основании подобных измерений, проводимых не только с ураном, но и с торием и калием, мы и определили, что возраст Земли составляет более 4 миллиардов лет, то есть твердая кора образовалась примерно в это время.