Образцы радиоуглеродного датирования
С образцами, используемыми для радиоуглеродного датирования, следует обращаться осторожно, чтобы избежать загрязнения. Не все материалы можно датировать этим методом; могут быть протестированы только образцы, содержащие органические вещества: найденная дата будет датой смерти растений или животных, от которых первоначально был получен образец.
Образцы для датирования необходимо преобразовать в форму, пригодную для измерения 14
содержание С ; это может означать преобразование в газообразную, жидкую или твердую форму, в зависимости от используемого метода измерения. Однако прежде чем это можно будет сделать, образец необходимо обработать для удаления любых загрязнений и нежелательных компонентов. [1] Это включает в себя удаление видимых загрязнений, таких как корешки, которые могли проникнуть в образец после его захоронения. [2]
Предварительная обработка
[ редактировать ]Двумя распространенными загрязнителями являются гуминовая кислота, которую можно удалить промывкой щелочью, и карбонаты, которые можно удалить кислотой. Такая обработка может повредить структурную целостность образца и удалить значительные объемы материала, поэтому выбор точного метода обработки будет зависеть от размера образца и количества углерода, необходимого для выбранного метода измерения. [3]
Дерево и уголь
[ редактировать ]Древесина содержит целлюлозу , лигнин и другие соединения; из них целлюлоза с наименьшей вероятностью обменивает углерод с окружающей средой образца, поэтому перед тестированием обычно образец древесины уменьшают только до целлюлозного компонента. Однако это может уменьшить объем образца до 20% от первоначального размера, поэтому часто проводятся испытания и всей древесины. Древесный уголь с меньшей вероятностью, чем древесина, обменивает углерод с окружающей средой, но образец древесного угля, вероятно, поглотил гуминовую кислоту и/или карбонаты, которые необходимо удалить щелочными и кислотными промывками. [2] [3]
Кость
[ редактировать ]Необожженная кость когда-то считалась плохим кандидатом для радиоуглеродного датирования. [4] но теперь можно проверить это точно. В состав костей входят белки , содержащие углерод; Структурная прочность кости обусловлена гидроксиапатитом кальция , который легко загрязняется карбонатами из грунтовых вод. Удаление карбонатов также разрушает гидроксиапатит кальция, поэтому для датирования костей обычно используют оставшуюся белковую фракцию после вымывания гидроксиапатита кальция и примесей карбонатов. Этот белковый компонент называется коллагеном . Коллаген иногда разрушается, и в этом случае может возникнуть необходимость разделить белки на отдельные аминокислоты и измерить их соответствующие соотношения и 14
С активность. Определить, произошла ли деградация образца, можно путем сравнения относительного объема каждой аминокислоты с известным профилем для кости. Если это так, разделение аминокислот может оказаться необходимым, чтобы обеспечить независимое тестирование каждой из них — согласие между результатами нескольких разных аминокислот указывает на то, что датировка надежна. Гидроксипролин , одна из составляющих аминокислот костей, когда-то считался надежным индикатором, поскольку было известно, что он встречается только в костях, но с тех пор он был обнаружен в грунтовых водах. [2]
Для обожженной кости проверяемость зависит от условий, при которых кость была обожжена. Белки в обожженной кости обычно разрушаются, а это означает, что после обработки кислотой от кости не останется ничего, что можно было бы проверить. Деградация белковой фракции может также происходить в жарких и засушливых условиях без фактического сжигания; затем разложившиеся компоненты могут быть вымыты грунтовыми водами. Однако если кость была нагрета в восстановительных условиях , она (и связанное с ней органическое вещество) могла подвергнуться карбонизации. В этом случае образец часто можно использовать. [2]
Оболочка
[ редактировать ]Раковины как морских, так и наземных организмов почти полностью состоят из карбоната кальция, либо в виде арагонита , либо в виде кальцита , либо их смеси. Карбонат кальция очень подвержен растворению и перекристаллизации; перекристаллизованный материал будет содержать углерод из окружающей среды образца, который может иметь геологическое происхождение. Рекристаллизованный карбонат кальция обычно имеет форму кальцита и часто имеет порошкообразный вид; образцы блестящего вида являются предпочтительными, и в случае сомнений исследование с помощью светового или электронного микроскопа или с помощью дифракции рентгеновских лучей и инфракрасной спектроскопии может определить, произошла ли рекристаллизация. [5]
В тех случаях, когда не удается найти образцы, свободные от рекристаллизации, можно использовать кислотные промывки возрастающей силы с последующим датированием части образца после каждой промывки: даты, полученные по каждому образцу, будут различаться в зависимости от степени загрязнения. , но при удалении загрязненных слоев последовательные измерения будут согласовываться друг с другом. Также можно проверить конхиолин , органический белок, содержащийся в скорлупе, но он составляет лишь 1-2% материала скорлупы. [3]
Другие материалы
[ редактировать ]- Торф . Тремя основными компонентами торфа являются гуминовая кислота, гумины и фульвокислота. Из них гумины дают наиболее надежные данные, поскольку они нерастворимы в щелочах и с меньшей вероятностью содержат загрязняющие вещества из окружающей среды образца. [3] Особую трудность при использовании высушенного торфа представляет собой удаление корешков, которые трудно отличить от материала пробы. [2]
- Почва и отложения . Почва содержит органический материал, но из-за загрязнения гуминовыми кислотами более позднего происхождения очень трудно получить удовлетворительные радиоуглеродные даты. Предпочтительно просеять почву на предмет фрагментов органического происхождения и датировать фрагменты методами, устойчивыми к небольшим размерам проб. [3]
- Другие типы образцов, которые были успешно датированы, включают слоновую кость, бумагу, ткани, отдельные семена и зерна, солому из глиняных кирпичей и обугленные остатки пищи, найденные в керамике. [3]
Изотопное обогащение
[ редактировать ]В частности, для старых образцов может быть полезно увеличить количество 14
C в образце перед испытанием. Это можно сделать с помощью термодиффузионной колонки. Этот процесс занимает около месяца и требует выборки примерно в десять раз большего размера, чем потребовалось бы в противном случае, но он позволяет более точно измерить 14
С / 12
Соотношение C в старом материале и увеличивает максимальный возраст, о котором можно достоверно сообщить. [6]
Подготовка
[ редактировать ]После удаления загрязнений образцы должны быть преобразованы в форму, подходящую для используемой измерительной технологии. [7] Распространенным подходом является производство газа для устройств счета газа: CO.
2 широко используется, но возможно использование и других газов, включая метан , этан , этилен и ацетилен . [7] [8] Для образцов в жидкой форме, для использования в жидкостных сцинтилляционных счетчиках , углерод в образце преобразуется в бензол , хотя в первые десятилетия развития этого метода были опробованы и другие жидкости. Первые измерения Либби были сделаны с ламповой сажей. [7] но эта техника больше не используется; эти методы были подвержены проблемам, вызванным 14
C создан в результате ядерных испытаний в 1950-х и 1960-х годах. [7] Однако твердые мишени можно использовать для масс-спектрометрии на ускорителе; обычно это графит, хотя CO
2 и карбид железа также могут быть использованы. [9] [10]
Шаги по преобразованию образца в подходящую форму для тестирования могут быть долгими и сложными. Чтобы создать ламповую сажу, Либби начала с промывки кислотой, если необходимо, для удаления карбоната, а затем превратила углерод в образце в CO.
2 либо сжиганием (для органических проб), либо добавлением соляной кислоты (для материала скорлупы). Полученный газ пропускали через горячий оксид меди для преобразования угарного газа в CO.
2 , а затем высушили для удаления водяного пара. Затем газ конденсировали и превращали в карбонат кальция, чтобы обеспечить удаление радона и любых других продуктов сгорания, таких как оксиды азота и серы. Карбонат кальция затем снова превращался в CO.
2 , снова высушили и превратили в углерод, пропуская его над нагретым магнием. К полученной смеси магния, оксида магния и углерода добавляли соляную кислоту и после многократного кипячения, фильтрования и промывки дистиллированной водой уголь растирали в ступке пестиком, а полутораграммовую пробу отбирали, взвешивали и сжигали. Это позволило Либби определить, какая часть образца была пеплом, и, следовательно, определить чистоту исследуемого образца углерода. [11]
Процесс создания бензола для жидкостных сцинтилляционных счетчиков начинается с сжигания, при котором углерод в пробе превращается в CO.
2 . Затем он превращается в карбид лития, затем в ацетилен и, наконец, в бензол. [7] Мишени для ускорительной масс-спектрометрии создаются из CO.
2 , катализируя восстановление газа в присутствии водорода. В результате на порошкообразном катализаторе образуется покрытие из нитевидного углерода (обычно называемого графитом) — обычно из кобальта или железа. [10]
Размеры выборки
[ редактировать ]Сколько образца материала необходимо для проведения тестирования, зависит от того, что тестируется, а также от того, какая из двух технологий тестирования используется: детекторы, регистрирующие радиоактивность, известные как бета-счетчики, или ускорительные масс-спектрометры (AMS). Далее следует примерное руководство; Вес указан в граммах для сухих образцов и предполагает, что был проведен визуальный осмотр для удаления посторонних предметов. [7]
| Образец материала | Масса (г) | |
|---|---|---|
| Для бета-версии счетчики | Для АМС | |
| Цельное дерево | 10–25 | 0.05–0.1 |
| Древесина (для тестирования целлюлозы) | 50–100 | 0.2–0.5 |
| Древесный уголь | 10–20 | 0.01–0.1 |
| Торф | 50–100 | 0.1–0.2 |
| Текстиль | 20–50 | 0.02–0.05 |
| Кость | 100–400 | 0.5–1.0 |
| Оболочка | 50–100 | 0.05–0.1 |
| Отложения/почвы | 100–500 | 5.0–25.0 |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Боуман, Радиоуглеродное датирование , стр. 27–28.
- ^ Jump up to: а б с д и Боуман, Радиоуглеродное датирование , стр. 28-30.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Эйткен, Научно-обоснованное датирование в археологии , стр. 86-89.
- ^ Либби, Радиоуглеродное датирование , с. 45.
- ^ Ян Шилар, «Применение радионуклидов окружающей среды в радиохронологии», в Тыкве и Берге, ред., « Техногенная и естественная радиоактивность в загрязнении окружающей среды и радиохронологии» , стр. 166.
- ^ Боуман, Радиоуглеродное датирование , стр. 37-42.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Боуман, Радиоуглеродное датирование , стр. 31-33.
- ^ Эйткен, Научно-обоснованное датирование в археологии , стр. 76–78.
- ^ Боуман, Радиоуглеродное датирование , стр. 34-37.
- ^ Jump up to: а б Сьюзен Э. Трамбор, «Применение ускорительной масс-спектрометрии в почвоведении», в Boutton & Yamasaki, Масс-спектрометрия почв , стр. 318.
- ^ Либби, Радиоуглеродное датирование , стр. 45-51.
Источники
[ редактировать ]- Эйткен, MJ (1990). Научно-обоснованное датирование в археологии . Лондон: Лонгман. ISBN 0-582-49309-9 .
- Буттон, Томас В. и Ямасаки, Синъити (ред.) (1996). Масс-спектрометрия почв . Нью-Йорк: Марсель Деккер, Inc. ISBN 0-8247-9699-3
- Боуман, Шеридан (1995) [1990]. Радиоуглеродное датирование . Лондон: Издательство Британского музея. ISBN 0-7141-2047-2 .
- Либби, Уиллард Ф. (1965) [1952]. Радиоуглеродное датирование (2-е (1955 г.) изд.). Чикаго: Феникс.