Радиометрическое датирование

Возраст предмета можно определить, если он содержит продукты радиоактивного распада.

Ученым необходимо знать точный возраст объекта исследования. Археолога, например, интересует время изготовления найденного глиняного горшка, а палеонтолог хочет определить возраст какой-нибудь окаменелости. При стандартном методе определения возраста (этот процесс называется датированием) исследуют содержащиеся в объекте радиоактивные изотопы (см. Радиоактивный распад). Этот метод применим к объектам, содержащим изотопы с известным периодом полураспада. В таком случае, определив, сколько этого изотопа присутствовало в предмете в момент его изготовления (или в организме в момент гибели), и сравнив это количество с количеством, не подвергшимся радиоактивному распаду, можно определить, сколько периодов полураспада изотопа прошло со времени изготовления предмета и, следовательно, узнать возраст данного предмета. Например, если сейчас от исходного количества изотопов осталась лишь половина, значит, возраст предмета равен одному периоду полураспада.

Трудность состоит в вычислении исходного количества изотопа (периоды полураспадов измерить несложно). Когда метод радиометрического датирования, разработанный в середине ХХ века в Чикагском университете, был впервые применен на практике, в качестве изотопа использовался углерод-14. На этом примере можно понять, как вообще устроено радиометрическое датирование. Углерод-14 — это изотоп углерода, в ядре которого находится 6 протонов и 8 нейтронов. Этот изотоп немного тяжелее нормального углерода (углерода-12, в ядре которого 6 нейтронов) и участвует в таких же химических реакциях, что и углерод-12. Углерод-14 образуется высоко в атмосфере при столкновении космических лучей с ядрами азота. Когда он достигает поверхности, его поглощают растения, а затем — животные, поедающие эти растения. Таким образом углерод-14 попадает в ткани растений и животных. В живых организмах содержатся миллионы атомов углерода, и примерно каждый миллионный — это атом углерода-14.

Этот изотоп нестабилен, период его полураспада — 5700 лет. Пока организм жив, любой распавшийся атом углерода-14 замещается таким же атомом углерода-14 из окружающей среды. Однако после смерти живого существа круговорот углерода завершается (см. Круговорот углерода в природе), и начинается неотвратимый распад изотопа. Через 5700 лет в куске дерева останется только половина того количества углерода-14, какое было в дереве перед его гибелью. Если это дерево было спилено для изготовления мебели, измерение содержания углерода-14 позволит оценить возраст мебели. В большинстве случаев датирование органических материалов — папирусных свитков, частично сгоревшей древесины из древних кострищ, кожаных изделий — проводится таким методом.

Для углерода-14 исходное количество изотопа можно определить напрямую. Существуют виды деревьев — например, остистая сосна, — чей возраст достигает нескольких тысяч лет. Сравнивая образцы годичных колец у живых и погибших деревьев, ученые могут создать «летопись» колец, которая начинается около 10 тысяч лет назад (этот метод называется дендрохронологией). Подсчет колец позволяет точно определить, когда то или иное кольцо появилось на дереве. Измерив оставшийся в этом слое уровень углерода-14, мы можем понять, сколько углерода-14 было в окружающей среде, когда появилось это кольцо.

Датирование с помощью анализа углерода-14 (известное как радиоуглеродное датирование) широко используется для объектов, чей возраст не превышает нескольких десятков тысяч лет; сюда относится большинство археологических находок. Предел современных методов — около 50 тысяч лет. В более древних объектах, таких как горные породы и метеориты, остается слишком мало углерода-14. Для определения их возраста необходимо найти другие «часы».

И такие «часы» есть. Это прежде всего калий-аргоновый метод (или просто аргоновый метод) радиометрического датирования. Калий — широко распространенный элемент, который входит в состав многих минералов, а при распаде изотопа калия-40 с периодом полураспада 1,25 миллиарда лет образуется аргон-40 (аргон — благородный газ, проявляющий крайне низкую химическую активность). (Аргон остается запертым в горной породе, как в ловушке, потому что его атомы слишком велики и не могут выскочить сквозь кристаллическую решетку минерала.) Содержание калия в минерале определяется структурой этого минерала, а доля калия-40 в каждом минерале — своя. При калий-аргоновом методе исследуемый образец измельчается и определяется содержание аргона-40. Каждое ядро аргона-40 образуется при распаде одного ядра калия-40, поэтому можно определить число распадов (и, следовательно, число периодов полураспада), прошедших со времени образования минерала. Помимо калий-аргонового, широко используются подобные методы, основанные на распаде урана-238 до свинца-206 (период полураспада урана-238 — 4,5 миллиарда лет) и рубидия-87 до стронция-87 (период полураспада рубидия-87 — 49 миллиардов лет). Именно благодаря использованию этих методов при датировании метеоритов и лунных пород ученым удалось оценить возраст Солнечной системы.

При определения возраста горных пород путем радиометрического датирования необходимо учитывать два фактора. Во-первых, если порода расплавляется, радиометрические часы сбрасываются на ноль — например, накопившийся аргон-40 исчезает из расплавленного минерала. А радиометрический анализ показывает время, прошедшее с момента последнего перехода горной породы из жидкого состояния в твердое. (Одна и та же порода после первоначального образования может несколько раз расплавиться, а потом затвердеть.)

И во-вторых, радиометрический метод неприменим к осадочным породам, состоящим из частиц и кусочков различных пород (см. Цикл преобразования горной породы). Радиометрическое датирование позволит определить время кристаллизации каждой отдельной частицы, но не время их объединения в породу. Поскольку окаменелости встречаются только в осадочных породах, для определения их возраста требуется особая осторожность. Обычно пласт осадочных пород неизвестного возраста, содержащий окаменелости, залегает между слоями лавы или вулканического пепла, возраст которых можно определить. Следовательно, возраст этих окаменелостей находится в интервале между возрастами выше- и нижележащих слоев (см. Закон последовательности напластования горных пород).

См. также:
Круговорот углерода в природе

7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • farruh  | 12.12.2009 | 11:13 Ответить
    Классный сайт! Я в восторге. Главное- фундаментальный!
    Есть один креационист и он говорит, что бог создал землю 7 тысяч лет назад. Он говорит, что археологи используют двойное аргументирование, мол останки животных имеют возраст пород, а породы- возраст останков.
    Нелепо, я согласен, но можно ли обмануть, обойти данный радиометрический метод и приблизить дату к 4400 г. до н.э., а может в самом датировании есть изьяны.
    Ответить
    • a_b > farruh | 23.12.2009 | 21:44 Ответить
      Посмотрите здесь же статью А.Маркова "Хронология далекого прошлого"
      (http://elementy.ru/lib/430055), особенно третью часть. Там честно говорится и о погрешностях методов датировки (изъянах, по-Вашему). Обмануть все эти методы можно, достаточно лишь в момент творения распределить нужные изотопы в соответствующих количествах по всей Земле, соорудить наслоения горных пород в нужном порядке, нашпиговать их ископаемыми останками. В сотворенных деревьях сразу изготовить годовые кольца коррелирующих размеров, ну и т.д., создать полную _иллюзию_ миллиардолетней истории. Да, чуть не забыл про свет от далеких галактик, он тоже должен изображать древность на миллиарды лет. Какие проблемы?
      Только это... неспортивно, что ли.
      Ответить
      • farruh > a_b | 25.12.2009 | 04:22 Ответить
        Огромное спасибо. Я готовлю бращюру про Дарвина и креационизм и новые факты как нельзя кстати. И еще не знаете ли вы сайтов атеистов, где говорилось об аргументах креационизма и вообще что они из себя представляют: сами-то они о себе одного мнения, а с другой стороны информации существенной про них я в нете не видал, ведь научные сайты даже не кидаются в этот темный религиозный омут, пусть даже "онаученный"))
        Еще раз спасибо за уделенное внимание.
        Ответить
        • a_b > farruh | 10.01.2010 | 21:53 Ответить
          Не стОит благодарности, честно. На сайтах атеистов я как-то не бываю, а вот креационисты на Элементы захаживают. Посмотрите вот эти обсуждения:
          http://elementy.ru/news?discuss=431107
          http://elementy.ru/news?discuss=430963
          http://elementy.ru/news?discuss=431082
          Кстати, водораздел лежит не на стыке религия - атеизм. Есть верующие, считающие теорию эволюции справедливой, а есть "атеисты" - сторонники творения жизни внеземной цивилизацией.
          Ответить
  • mlastov  | 26.12.2011 | 14:13 Ответить
    Непредвзятый анализ радиоуглеродного метода датирования см. на http://chronologia.org/xpon1/01_15.html
    Ответить
    • A.S.T.R.A.K.H.A.N > mlastov | 08.05.2013 | 22:50 Ответить
      "Непредвзятый" анализ Фоменко и Носовского антинаучная ахинея!!!
      http://www.chronologia.org/dcforum/DCForumID2/169.html:
      Рассмотрим софизм Фоменко: "Раскол Руси-Орды был крупнейшим событием всемирной истории. Поэтому его следы... нельзя искать среди мелких, второстепенных событий... Следовательно, оно должно было быть хорошо знакомо нам по "скалингеровскому учебнику" эпохи XVI-XVII вв. Но ПОД ДРУГИМ ИМЕНЕМ, в искаженном освещении. Что же это такое?.. Это - Реформация. Сегодня считается, что Реформация была в основном религиозным движением... Реформация... - ОДНО ИЗ КРУПНЕЙШИХ СОБЫТИЙ ВСЕМИРНОЙ ИСТОРИИ" (Носовский Г.В., Фоменко А.Т. "Библейская Русь". - М.: Факториал, 1998, том 1, с 12).
      Последуем подобной логике: "Все японцы - черноволосые. Поскольку Фоменко черноволосый, следовательно, он - японец. А поскольку в Японии женские имена заканчиваются на "-ко", следовательно, Фоменко - имя японской женщины! Итак, Фоменко - японка. Выше мы предъявили факты доказывающие, что Фоменко - японка. Это ПРЯМО следует из ее имени. Поэтому..."
      Фоменко - не японка. А большой шутник. Во время одного из диспутов его оппонент спросил: "Какие иностранные языки вы знаете?" На что последовал удивленный вопрос-ответ: "А зачем?"
      Подобные штуки многих готовы сбить с толку. ..."
      Ответить
      • mlastov > A.S.T.R.A.K.H.A.N | 11.05.2013 | 02:05 Ответить
        Какое-то время думал, стоит ли вам отвечать...
        Пожалуй, ограничусь советом.
        Прежде чем писать, научитесь читать.
        Ответить
Написать комментарий

1666
конец XVIII в.
1890, 1940-е
Радиометрическое датирование
1900
около 1930, 1980
1960-е
Туринская плащаница, в которую якобы было обернуто тело Христа и на которой запечатлен его образ. Проведенный в 1988 году радиоуглеродный анализ показал, что ткань было изготовлена не ранее 1260 года
Туринская плащаница, в которую якобы было обернуто тело Христа и на которой запечатлен его образ. Проведенный в 1988 году радиоуглеродный анализ показал, что ткань было изготовлена не ранее 1260 года
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»