«Чем докажешь?» Как радиоуглеродный анализ помогает палеонтологам
20.05.20

«Чем докажешь?» Как радиоуглеродный анализ помогает палеонтологам

Палеонтология – удивительная доказательная наука. Строя теории систем классификаций и цепочек хронологического развития организмов и геологических пород, она при этом не теряет своей глубокой практической стороны, так как именно успех «полевых» исследований и точного анализа найденных на раскопках когда-то живых свидетельств и толкает эту науку вперёд.

Палеонтологи изучают ископаемые организмы по всему земному шару, преследуя при раскопках различных окаменелостей, или фоссилий, свою главную научную цель – реконструировать органический мир древности и попытаться понять законы его развития.

Уже давно палеонтология – это не только молоток и лопата, но и новейшие приборные и компьютерные исследования на стыке химии, физики, биологии, математики и других наук с последующей возможностью цифрового и радиометрического анализа артефакта. Среди них термолюминисцентный метод, радиоуглеродный анализ, пробы на фтор/азот/уран, метод магнитно-резонансного сканирования, инфракрасная спектрометрия и другие.

Одним из последних и наиболее прогрессивных подходов к определению хроноса как геологических пород, так и ископаемых биологических остатков является метод радиоуглеродного анализа.

Радиоуглеродный анализ – широко применяемая «производная» от своей основной «функции» — радиоизотопного или радиометрического датирования. Такое измерение позволяет определить возраст любого ископаемого объекта, содержащего хотя бы один из наиболее часто встречающихся радиоактивных изотопов веществ: углерода, калия, аргона, урана, тория, свинца и других. В 1905 году американские учёные Эрнест Резерфорд, Бертрам Болтвуд и Артур Холмс впервые сформулировали предположение о том, что определять возраст горных пород можно, используя явление радиоактивного распада. Таким образом, применив свойства «распадающегося» урана, учёные впервые радиометрически вычислили довольно «солидный» на то время геологический возраст одного из минералов – 500 млн лет.

Как выяснилось, самое главное в радиоизотопном датировании – «схватить за хвост» нужный изотоп и понять, какая его часть успела распасться с момента образования ископаемого остатка. Зная период полураспада вещества, палеонтологи могут определить период продолжительности «жизни» находки. Происходит такая датировка «методом от обратного»: полураспавшийся углерод указывает временной промежуток, прошедший между гибелью организма и настоящим временем. Далее становится нетрудно предположить примерный возраст ископаемого объекта. Ценно то, что на интерпретацию анализа времени полураспада углерода в интересующем ископаемом объекте практически не влияет температура, при которой сохранился данный артефакт, а также происходящие после гибели организма химические реакции.

Чаще всего «пропускать через углерод» учёные-палеонтологи предпочитают части костей, морские раковины и каменный уголь, однако самыми нашумевшими находками среди датированных таким способом стали обрядовый артефакт «Туринская плащаница», древние рукописи Корана, плащ короля Людовика IX, а также египетские мумии.

Но обратимся к истории появления метода радиоуглеродного анализа.

Радиоуглеродная датировка позволяет определять возраст находок с 2000-летней историей, однако сам метод впервые официально представили только в 1949 году. Американский физико-химик Уиллард Либби ещё в 40-х годах XX века теоретически сформулировал гипотезу о том, что азот в атмосфере под воздействием солнечных лучей имеет свойство превращаться в радиоактивный изотоп углерода C14. Либби провёл множество лабораторных исследований, целью которых было измерение периода полураспада радиоактивного углерода и определение «поведения» этого вещества в составе того или иного фрагмента животного или растительного происхождения. К слову сказать, период полураспада радиоактивного углерода определён, и он равен 5730 +/- 40 земным годам. А уже в 1960 году за своё исследование Уиллард Либби был удостоен Нобелевской премии в области химии.

Итак, мы уже знаем, что под воздействием солнечной радиации в атмосфере появляется радиоактивный углерод С14. Вместе с нерадиоактивным углеродом-12 углерод-14 попадает в состав растений. Растения становятся звеном в природной пищевой цепочке, а их потребители, травоядные животные, в свою очередь – пищей для хищников. После прекращения жизнедеятельности в организме начинается распад С14, а количество углерода С12 остаётся прежним. Именно соотношение между количеством углерода-12 и углерода-14 и даёт нам расчёт времени гибели организма к настоящему моменту, а отсюда и примерный возраст находки.

Методу радиоуглеродного анализа всегда необходима «калибровка». Всё дело в том, что содержание радиоактивного углерода С14 в ископаемом фрагменте зависит от большого количества внешних факторов: литосферный (вулканический), географический (широта местности), сила космического и солнечного излучений, состояние атмосферы, обмен и движение углекислого газа в различных слоях атмо- и литосферы и другое.

Можно сказать, что, как и многие другие, основанные на радиометрике научные подходы в датировании, радиоуглеродный анализ «точен, как часы», и в этом заключается его бесспорное преимущество. Однако при восстановлении точной хронологической ниши объекта никогда не помешает учитывать факторы калибровки, начиная от таких простых вещей, как сильная загрязнённость ископаемого артефакта, и заканчивая точным измерением уровня солнечной и космической радиоактивности в атмосфере.