Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Марта 2014 в 23:56, лекция
Лекция 6. Изотопы. Уиллард Либби. Теория Либби. Эксперимент. Способы измерения активности радиоуглерода. Проверка точности метода. Присуждение Нобелевской премии. Трудности применения метода Либби. Радиоуглеродные парадоксы. Применение радиоуглеродного метода.
Использование трития
Метод углеродного анализа быстро получил применение в качестве основного способа установления дат событий, произошедших за последние 70 тысяч лет. Воздействие космических лучей на верхние слои атмосферы ведет также к образованию небольшого количества трития – радиоактивного изотопа водорода, ядро атома которого содержит 1 протон и 2 нейтрона, а период полураспада равен 12 годам. Концентрация трития может использоваться в качестве изотопного индикатора атмосферной влажности и гидрологической системы Земли. С помощью трития Либби исследовал круговорот воды в природе, состав океанических вод и возраст вин.
Нобелевская премия
В 1940 году Уиллард Либби женился на учительнице Леоноре Льюсинде Хики. У них родились две дочери. Впоследствии их брак распался, и Либби соединил свою судьбу с Леоне Маршалл, профессором по проблемам окружающей среды. Ученый был человеком высокого роста и крепкого телосложения. Американский физик и химик, лауреат Нобелевской премии по химии 1951 года, Гленн Т. Сиборг описывал его как «кропотливого, терпеливого и способного преподавателя», чья «профессиональная карьера вследствие его огромной любознательности отличалась чрезвычайной многосторонностью и широтой интересов».
1960 году Либби была присуждена
Нобелевская премия по химии «з
Уиллард Либби умер 8 сентября 1980 года [1].
Трудности применения метода
Однако по мере накопления радиоуглеродных дат вскрылись серьезные трудности применения метода. Интенсивность излучений, проходящих сквозь атмосферу, изменяется в зависимости от многих космических причин. Отсюда следует, что количество образующегося радиоактивного изотопа углерода колеблется во времени. Необходим способ, учитывающий эти колебания. Для того чтобы определить истинный возраст, нужны сложные поправки, отражающие изменение состава атмосферы на протяжении последнего тысячелетия. Наряду с некоторыми затруднениями технического характера эти вновь возникшие внешние условия поставили под сомнение точность метода радиоуглеродного анализа. Археологами было убедительно показано, что данный метод в его нынешнем состоянии дает множество ошибок до 1000-2000 лет. Причину расхождений во времени специалисты объясняли отсутствием калибровки. Без нее он неприемлем, так как не дает истинных дат в календарной шкале, и возникают парадоксы.
Радиоуглеродные парадоксы
Раковина живущего американского моллюска с радиоактивностью 13,8, если сравнивать ее со средней цифрой как абсолютной нормой (15,3), оказывается уже сегодня (переводя на годы) в солидном возрасте – ей около 1200 лет! Цветущая дикая роза из Северной Африки (радиоактивность 14,7) для физиков «мертва» уже 360 лет. И таких примеров множество [5].
Наиболее известными радиоуглеродными парадоксами являются пещера Шаве и Туринская плащаница.
Пещера Шаве
Анализ древесного угля, использованного при создании рисунков лошадей во французской пещере Шаве, указывает время их создания в 30000 лет. Рисунки отличаются высокой артистичностью и сложностью. Ученые считают, что подобная техника зародилась еще раньше. Датирование рисунков осложнялось недостаточным для анализа количеством углерода. Поэтому была применена иная технология, в ходе которой выделяются и подсчитываются изотопы углерода, найденные в мертвых животных и растительном материале. Результат исследования показал, что рисунки на 10000 лет старше по сравнению с предыдущими предположениями. Получается, что жившие здесь люди обладали такими же художественными навыками, как и их потомки, родившееся через 13 000 лет!
Туринская плащаница
В 1988 году большой резонанс получило сообщение о радиоуглеродной датировке знаменитой христианской святыни – Туринской плащаницы. Согласно традиционной версии, этот кусок ткани хранит на себе следы тела распятого Христа (I век н.э.), то есть возраст ткани, якобы, около двух тысяч лет. Радиоуглеродное датирование дало совсем другую дату: примерно XI-XIII века н.э. Напрашиваются выводы: либо Туринская плащаница – фальсификат, либо ошибки радиоуглеродного датирования могут достигать сотен или даже тысяч лет, либо Туринская плащаница – подлинник, но датируемый не I-м веком н.э., а XI-XIII веками н.э., но тогда возникает уже другой вопрос – в каком веке жил Христос?
«Зюсс эффект» и «бомбовый эффект»
Уиллард Либби полагал, что содержание радиоуглерода в атмосфере было постоянным в течение последних тысяч лет. В дальнейшем высокоточное датирование образцов с известным возрастом показало, что наблюдается систематическое расхождение в значениях радиоуглеродного и календарного возраста. Это расхождение связано во-первых с тем, что в нашу атмосферу непрерывно выбрасывается огромное количество углерода, образовавшегося за счет сжигания древесного топлива, каменного угля, нефти, торфа, горючих сланцев и продуктов их переработки (так называемый индустриальный эффект или «эффект Зюсса»).
Во-вторых, наблюдается увеличение удельной активности радиоуглерода вследствие экспериментальных взрывов термоядерных бомб, испытания атомных устройств («бомбовый эффект»). Неизвестно какое влияние оказывают эти эффекты на содержания углерода-14.
Калибровка
Радиоуглеродный метод до сих пор сомнителен потому, что он лишен калибровки. Без этого он не приемлем, не дает истинных дат. Радиоуглеродное датирование, возможно, является более или менее эффективным лишь при анализе чрезвычайно древних предметов, возраст которых достигает десятков или сотен тысяч лет. Здесь присущие методу ошибки в несколько тысяч лет не столь существенны. Однако механическое применение метода для датировок предметов, возраст которых не превышает двух тысяч лет, представляется нецелесообразным без проведения предварительных развернутых статистических и калибровочных исследований на образцах достоверно известного возраста.
В настоящее время для проведения процедуры калибровки необходимо иметь радиоуглеродную датировку, приведенную к значению величины полураспада и к точке отсчета 1950 году, а затем, используя оптимальную компьютерную программу, получить необходимые данные [6].
Применение радиоуглеродного метода
Археология
Исследователям из Израиля и Великобритании с помощью радиоуглеродного анализа датировки удалось доказать, что знаменитый Силоамский туннель, действительно был создан около 700 года до н.э., как это описано в Библии.
Икону из собрания Киевского музея русского искусства «Борис и Глеб», традиционно относят к новгородским памятникам. Датируемая ХІІІ веком икона принадлежит к одним из ранних живописных изображений святых Бориса и Глеба. Один из первых публикаторов иконы Н.М.Черногубов, проведя ряд аналогий с иконами домонгольского периода, датировал икону кон. ХІІ-нач. ХІІІ столетий.
Со временем сомнению подвергалось не только новгородское происхождение памятника (ряд искусствоведов относят икону к тверскому региону – первая четверть XIV века), но и его древность. Вопрос этот приобретал принципиальное значение, но разрешить его можно было бы с помощью дополнительных исследований. Такие исследования были проведены в 1999 и 2000 годах с помощью радиоуглеродного анализа. Радиоуглеродный анализ проводился параллельно в двух лабораториях – Киевского Научного центра Академии Наук и лаборатории в городе Упсала в Швеции для уточнения и проверки данных. Результаты обеих лабораторий совпали – возраст дерева позволяет датировать икону первой половиной, не позднее середины ХІІІ века.
Таким образом, категорически отрывать икону от новгородской почвы, где она по всей вероятности, была создана, нельзя. «Тверская версия» таким образом, должна быть пересмотрена. Икона, древность которой можно считать доказана, является пока одним из древних живописных изображений первых русских святых и, видимо, ближе других восходит к первоисточнику и протооригиналу, которым считается утерянный памятник – икона в мавзолее-усыпальнице святых в Вышгороде под Киевом.
Хронологические шкалы древних культур
Значение радиоуглеродного датирования особенно возрастает в случае отсутствия каких-либо исторических данных. В Европе, Африке и Азии ранние следы первобытного человека выходят за пределы времени, поддающегося радиоуглеродному датированию, т.е. оказываются старше 50 000 лет. Однако в рамки радиоуглеродного датирования попадают начальные этапы организации общества и первые постоянные поселения, а также возникновение древнейших городов и государств.
Радиоуглеродное датирование оказалось особенно успешным при разработке хронологической шкалы многих древних культур. Благодаря этому теперь возможно сравнивать ход развития культур и общества и устанавливать, какие группы людей первыми освоили те или иные орудия труда, создали новый тип поселений либо проложили новый торговый путь.
Наверное, главной заслугой метода следует считать установление времени ледниковых периодов. Радиоуглеродный анализ остатков деревьев, поваленных наступавшим ледником, показал, что самый последний холодный период на Земле завершился примерно 11 000 лет назад.
Астрофизика
Одной из центральных проблем в современной астрофизике является проблема солнечной активности и источников вариаций интенсивности космического излучения. Важнейшим источником информации о кратковременных и долговременных изменениях интенсивности космических лучей, солнечной активности, магнитного поля Земли и т.д. на длительной временной шкале являются данные прошлых эпох концентрации радиоуглерода в атмосфере Земли [4, с.4,6].
Заключение
Хотя со времени обоснования радиоуглеродного метода прошло мало времени, уже сейчас необычайно широк спектр применения радиоуглерода в различных областях науки: в археологии, в исследовании атмосферных процессов, в океанологии и т.д. В последние годы он нашел большое применение в изучении космического излучения, солнечной активности и климата в прошлом, в геофизике и астрофизике. Вполне определенно можно сказать, что ни один другой радиоактивный изотоп не является столь ценным источником информации во многих областях, как радиоуглерод.
Литература