Jump to content

Радиоуглеродное датирование

Эта статья была опубликована в рецензируемом журнале WikiJournal of Science (2018). Нажмите, чтобы просмотреть опубликованную версию.
(Перенаправлено с датировки углерода 14 )

Длинный, рваный кусок старого пергамента с ивритскими надписями.
Радиоуглеродное датирование помогло подтвердить подлинность свитков Мертвого моря .

Радиоуглеродное датирование (также называемое радиоуглеродным датированием или датированием углерода-14 ) — это метод определения возраста объекта, содержащего органический материал, с использованием свойств радиоуглерода , радиоактивного изотопа углерода .

Метод был разработан в конце 1940-х годов в Чикагском университете Уиллардом Либби . Он основан на том, что радиоуглерод ( 14
В
) постоянно создается в атмосфере Земли при взаимодействии космических лучей с атмосферным азотом . В результате 14
C
соединяется с атмосферным кислородом с образованием радиоактивного углекислого газа , который попадает в растения в результате фотосинтеза ; животные затем приобретают 14
C
, поедая растения. Когда животное или растение умирает, оно перестает обмениваться углеродом с окружающей средой, и после этого количество 14
Содержащийся в нем C
начинает уменьшаться по мере того, как 14
C
подвергается радиоактивному распаду . Измерение доли 14
C
в образце мертвого растения или животного, например в куске дерева или фрагменте кости, дает информацию, которую можно использовать для расчета времени смерти животного или растения. Чем старше образец, тем меньше 14
C
должен быть обнаружен, и поскольку полураспада период 14
C
(период времени, после которого половина данного образца распадется) составляет около 5730 лет, самые старые даты, которые можно надежно измерить с помощью этого процесса, датируются примерно 50 000 лет назад (в этом интервале около 99,8% 14
C
разложится), хотя специальные методы подготовки иногда позволяют провести точный анализ старых образцов. В 1960 году Либби получил за свою работу Нобелевскую премию по химии .

Исследования продолжаются с 1960-х годов с целью определить, какова доля 14
C
в атмосфере сохранялся на протяжении последних 50 000 лет. Полученные данные в виде калибровочной кривой теперь используются для преобразования заданного измерения радиоуглерода в образце в оценку календарного возраста образца. Другие поправки должны быть сделаны для учета доли 14
C
в разных типах организмов (фракционирование), а также различные уровни 14
C
по всей биосфере (резервуарные эффекты). Дополнительные осложнения возникают из-за сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть, а также из-за наземных ядерных испытаний, проведенных в 1950-х и 1960-х годах.

Потому что время, необходимое для преобразования биологических материалов в ископаемое топливо , существенно больше, чем время, необходимое для их получения. 14
C
разлагается ниже обнаруживаемого уровня, ископаемое топливо почти не содержит 14
С.
​В результате, начиная с конца XIX века, произошло заметное снижение доли 14
C
в атмосфере, поскольку углекислый газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива, начал накапливаться. И наоборот, ядерные испытания увеличили количество 14
C
в атмосфере, который достиг максимума примерно в 1965 году, почти вдвое превышая его количество, присутствующее в атмосфере до ядерных испытаний.

Измерение радиоуглерода первоначально проводилось с помощью устройств для подсчета бета-излучения, которые подсчитывали количество бета-излучения, испускаемого при распаде. 14
Атомы C
в образце. Совсем недавно ускорительная масс-спектрометрия методом выбора стала ; он учитывает все 14
Атомы C
в образце, а не только те немногие, которые распадаются во время измерений; поэтому его можно использовать с образцами гораздо меньшего размера (например, с отдельными семенами растений), и он дает результаты гораздо быстрее. Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию . Помимо обеспечения более точного датирования археологических памятников, чем предыдущие методы, он позволяет сравнивать даты событий на больших расстояниях. В истории археологии ее влияние часто называют «радиоуглеродной революцией». Радиоуглеродное датирование позволило датировать ключевые переходы в доисторической эпохе, такие как конец последнего ледникового периода и начало неолита и бронзового века в различных регионах.

В 1939 году Мартин Камен и Сэмюэл Рубен из радиационной лаборатории Беркли начали эксперименты, чтобы определить, имеет ли какой-либо из элементов, распространенных в органическом веществе, изотопы с достаточно длительным периодом полураспада, чтобы иметь ценность для биомедицинских исследований. Они синтезировали 14
C,
используя лабораторный циклотронный ускоритель, и вскоре обнаружил, что период полураспада атома намного больше, чем считалось ранее. [1] За этим последовало предсказание Сержа А. Корфа , тогда работавшего в Институте Франклина в Филадельфии , о том, что взаимодействие тепловых нейтронов с 14
N
в верхних слоях атмосферы создаст 14
С.
[примечание 1] [3] [4] Раньше считалось, что 14
C,
скорее всего, будет создан дейтронами, взаимодействующими с 13
С.
[1] В какой-то момент во время Второй мировой войны Уиллард Либби , который тогда работал в Беркли, узнал об исследованиях Корфа и задумался о возможности использования радиоуглерода для датирования. [3] [4]

В 1945 году Либби перешёл в Чикагский университет , где начал работу по радиоуглеродному датированию. В 1946 году он опубликовал статью, в которой предположил, что углерод в живом веществе может включать 14
C,
а также нерадиоактивный углерод. [5] [6] Либби и несколько ее сотрудников приступили к экспериментам с метаном , собранным на очистных сооружениях в Балтиморе, и после изотопного обогащения своих образцов смогли продемонстрировать, что они содержат 14
С.
​Напротив, метан, полученный из нефти, не показал радиоуглеродной активности из-за своего возраста. Результаты были обобщены в статье в журнале Science в 1947 году, в которой авторы отметили, что их результаты позволяют датировать материалы, содержащие углерод органического происхождения. [5] [7]

Либби и Джеймс Арнольд приступили к проверке теории радиоуглеродного датирования, анализируя образцы известного возраста. Например, два образца, взятые из гробниц двух египетских царей, Джосера и Снеферу , независимо датированные 2625 годом до нашей эры плюс-минус 75 лет, были датированы радиоуглеродным измерением в среднем 2800 годом до нашей эры плюс-минус 250 лет. Эти результаты были опубликованы в журнале Science в декабре 1949 года. [8] [9] [примечание 2] В течение 11 лет после их объявления по всему миру было создано более 20 лабораторий радиоуглеродного датирования. [11] В 1960 году за эту работу Либби была удостоена Нобелевской премии по химии . [5]

Физические и химические детали

[ редактировать ]

В природе углерод существует в виде трёх изотопов: двух стабильных, нерадиоактивных ( углерод-12 ( 12
С
) и углерод-13 ( 13
С
) и один радиоактивный углерод-14 ( 14
C
), также известный как «радиоуглерод»). Период полураспада 14
C
(время, необходимое для получения половины заданного количества 14
C
до распада ) составляет около 5730 лет, поэтому можно ожидать, что его концентрация в атмосфере уменьшится в течение тысяч лет, но 14
C
постоянно производится в нижней стратосфере и верхней тропосфере , главным образом галактическими космическими лучами и в меньшей степени солнечными космическими лучами. [5] [12] Эти космические лучи генерируют нейтроны, проходя через атмосферу, которые могут поразить азот-14 ( 14
N
) атомы и превратить их в 14
С.
[5] Следующая ядерная реакция является основным путем, по которому 14
С
создается:

п + 14
7
Н
14
6
С
+ р

где n представляет собой нейтрон , а p представляет собой протон . [13] [14] [примечание 3]

Однажды произведенный, 14
C
быстро соединяется с кислородом ( O ) в атмосфере, образуя сначала окись углерода ( CO ), [14] и, в конечном итоге, углекислый газ ( CO
2
). [15]

14 С + О 2 14 СО + О

14 СО + ОН → 14 СО 2 + Н

Углекислый газ, образующийся таким образом, диффундирует в атмосфере, растворяется в океане и поглощается растениями посредством фотосинтеза . Животные поедают растения, и в конечном итоге радиоуглерод распространяется по всей биосфере . Соотношение 14
С
до 12
C
составляет примерно 1,25 части 14
С
до 10 12 части 12
С.
[16] Кроме того, около 1% атомов углерода относятся к стабильному изотопу. 13
С.
[5]

Уравнение радиоактивного распада 14
С
это: [17]

14
6
С
14
7
Н
+
и
+
н
и

Испуская бета-частицу (электрон , e ) и электронное антинейтрино (
н
д
), один из нейтронов в 14
Ядро С
превращается в протон и 14
Ядро C
превращается в стабильный (нерадиоактивный) изотоп. 14
Н.
[18]

Принципы

[ редактировать ]

В течение своей жизни растение или животное находится в равновесии с окружающей средой, обменивая углерод либо с атмосферой, либо с пищей. Следовательно, в нем будет та же пропорция 14
C
— это атмосфера или, в случае морских животных и растений, океан. Умирая, он перестает приобретать 14
С
, но 14
C
в его биологическом материале в это время будет продолжать распадаться, и поэтому соотношение 14
С
до 12
C
в его остатках будет постепенно уменьшаться. Потому что 14
C
распадается с известной скоростью, долю радиоуглерода можно использовать для определения того, сколько времени прошло с тех пор, как данный образец перестал обменивать углерод – чем старше образец, тем меньше 14
С
останется. [16]

Уравнение, определяющее распад радиоактивного изотопа: [5]

где N 0 — число атомов изотопа в исходном образце (в момент времени t = 0, когда организм, из которого был взят образец, погиб), а N — количество атомов, оставшихся после времени t . [5] λ — константа, зависящая от конкретного изотопа; для данного изотопа он равен обратному значению среднего срока жизни – т.е. среднему или ожидаемому времени, в течение которого данный атом выживет до того, как подвергнется радиоактивному распаду. [5] Средний срок службы, обозначаемый τ , 14
С
– 8267 лет, [примечание 4] поэтому приведенное выше уравнение можно переписать как: [20]

Предполагается, что образец изначально имел такое же 14
С
/ 12
Соотношение C
как соотношение в атмосфере, и поскольку размер образца известен, общее количество атомов в образце может быть рассчитано, что дает N 0 , количество 14
Атомы C
в исходном образце. Измерение N , количества 14
Атомы углерода,
находящиеся в настоящее время в образце, позволяют рассчитать t , возраст образца, используя приведенное выше уравнение. [16]

Период полураспада радиоактивного изотопа (обычно обозначаемый t 1/2 ) является более знакомым понятием, чем средний период жизни, поэтому, хотя приведенные выше уравнения выражаются через средний период жизни, чаще всего цитируют ценность 14
C
Период полураспада превышает его средний период жизни. Принятое в настоящее время значение периода полураспада 14
C
составляет 5700 ± 30 лет. [21] Это означает, что через 5700 лет только половина первоначального 14
C
останется; четверть останется через 11 400 лет; восьмой через 17 100 лет; и так далее.

Приведенные выше расчеты основаны на нескольких предположениях, например, о том, что уровень 14
C
в атмосфере оставался постоянным с течением времени. [5] Фактически уровень 14
Уровень содержания углерода
в атмосфере значительно изменился, и в результате значения, полученные в приведенном выше уравнении, необходимо скорректировать, используя данные из других источников. [22] Это делается с помощью калибровочных кривых (обсуждаемых ниже), которые преобразуют измерения 14
C
в выборке до предполагаемого календарного возраста. Расчеты состоят из нескольких этапов и включают промежуточное значение, называемое «радиоуглеродным возрастом», которое представляет собой возраст образца в «радиоуглеродных годах»: возраст, указанный в радиоуглеродных годах, означает, что калибровочная кривая не использовалась – расчеты для радиоуглеродных лет. предположить, что атмосферный 14
С
/ 12
Соотношение C
не изменилось с течением времени. [23] [24]

Поправочный коэффициент применяется к радиоуглеродным годам для получения калиброванной даты.

Для расчета возраста радиоуглерода также необходимо знать значение периода полураспада для 14
С.
​В статье Либби 1949 года он использовал значение 5720 ± 47 лет, основанное на исследовании Энгелькемейра и др. [25] Это было очень близко к современному значению, но вскоре после этого принятое значение было пересмотрено до 5568 ± 30 лет. [26] и это значение использовалось более десяти лет. В начале 1960-х годов он был снова пересмотрен до 5730 ± 40 лет. [27] [28] это означало, что многие расчетные даты в опубликованных до этого работах были неверными (погрешность периода полураспада составляет около 3%). [примечание 5] Для согласованности с этими ранними статьями на конференции по радиоуглероду 1962 года в Кембридже (Великобритания) было решено использовать «период полураспада Либби» в 5568 лет. Радиоуглеродный возраст до сих пор рассчитывается с использованием этого периода полураспада и известен как «традиционный радиоуглеродный возраст». Поскольку калибровочная кривая (IntCal) также отображает прошлые атмосферные 14
Концентрация углерода
с использованием этого условного возраста, любой обычный возраст, откалиброванный по кривой IntCal, даст правильный калиброванный возраст. Когда дата цитируется, читатель должен знать, что если это некалиброванная дата (термин, используемый для дат, выраженных в радиоуглеродных годах), она может существенно отличаться от наилучшей оценки фактической календарной даты, поскольку в ней используется неправильное значение. за период полураспада 14
C
, и поскольку никакая поправка (калибровка) не применялась к историческому изменению 14
C
в атмосфере с течением времени. [23] [24] [30] [примечание 6]

Углеродный резервуар

[ редактировать ]
Упрощенная версия углеродообменного резервуара, показывающая пропорции углерода и относительную активность 14
C
в каждом резервуаре [5] [примечание 7]

Углерод распространен в атмосфере, биосфере и океанах; вместе они называются резервуаром углеродного обмена, [33] и каждый компонент также отдельно называется резервуаром углеродного обмена. Различные элементы резервуара углеродного обмена различаются по тому, сколько углерода они хранят и сколько времени требуется для 14
C,
создаваемый космическими лучами, полностью с ними смешивается. Это влияет на соотношение 14
С
до 12
C
в разных резервуарах и, следовательно, радиоуглеродный возраст образцов, взятых из каждого резервуара. [5] Атмосфера, в которой 14
Генерируется С
, содержит около 1,9% от общего количества углерода в водоемах, а 14
C
он содержит смеси менее семи лет. [34] Соотношение 14
С
до 12
C
в атмосфере принимается за базовый уровень для других резервуаров: если другой резервуар имеет более низкое соотношение 14
С
до 12
C
, это указывает на то, что углерод старше и, следовательно, либо некоторые из 14
C
распался, или в резервуар поступает углерод, которого нет в базовой линии атмосферы. [22] Примером может служить поверхность океана: в обменном резервуаре она содержит 2,4% углерода, а в нем лишь около 95% этого количества. 14
C
, как и следовало ожидать, если бы соотношение было таким же, как в атмосфере. [5] Время, необходимое углероду из атмосферы для смешивания с поверхностью океана, составляет всего несколько лет. [35] но поверхностные воды также получают воду из глубин океана, в водоеме которого содержится более 90% углерода. [22] Воде в глубоком океане требуется около 1000 лет, чтобы циркулировать обратно через поверхностные воды, поэтому поверхностные воды содержат комбинацию более старых вод и истощенных вод. 14
C
и вода, недавно вышедшая на поверхность, с 14
C
в равновесии с атмосферой. [22]

То же самое есть и у существ, живущих на поверхности океана. 14
Соотношения углерода
в воде, в которой они живут, и в результате снижения 14
С
/ 12
Коэффициент C
радиоуглеродный возраст морской жизни обычно составляет около 400 лет. [36] [37] Организмы на суше находятся в более тесном равновесии с атмосферой и обладают одинаковыми 14
С
/ 12
Соотношение C
как атмосфера. [5] [примечание 8] Эти организмы содержат около 1,3% углерода водоема; морские организмы имеют массу менее 1% от наземных и на схеме не показаны. Накопленное мертвое органическое вещество как растений, так и животных превышает массу биосферы почти в 3 раза, и, поскольку это вещество больше не обменивается углеродом с окружающей средой, оно имеет 14
С
/ 12
Коэффициент C
ниже, чем в биосфере. [5]

Соображения о свиданиях

[ редактировать ]

Вариация в 14
С
/ 12
Соотношение С
в разных частях углеродообменного резервуара означает, что простой расчет возраста образца на основе количества 14
C,
который он содержит, часто дает неправильный результат. Есть еще несколько возможных источников ошибок, которые необходимо учитывать. Ошибки бывают четырех основных типов:

  • вариации в 14
    С
    / 12
    Соотношение углерода
    в атмосфере как географически, так и во времени;
  • изотопное фракционирование;
  • вариации в 14
    С
    / 12
    соотношение С
    в разных частях водоема;
  • загрязнение.

Атмосферные изменения

[ редактировать ]
Атмосферный 14
C
для северного и южного полушарий, что показывает процентное превышение уровня над уровнем до взрыва. Договор о частичном запрещении ядерных испытаний вступил в силу 10 октября 1963 года. [38]

В первые годы использования этой техники было понятно, что она зависит от атмосферных условий. 14
С
/ 12
Соотношение C
оставалось неизменным в течение предыдущих нескольких тысяч лет. Чтобы проверить точность метода, было протестировано несколько артефактов, датированных другими методами; Результаты тестирования находились в разумном соответствии с истинным возрастом объектов. Однако со временем стали появляться расхождения между известной хронологией древнейших египетских династий и радиоуглеродными датами египетских артефактов. Ни существовавшая ранее египетская хронология, ни новый метод радиоуглеродного датирования не могли считаться точными, но третья возможность заключалась в том, что 14
С
/ 12
Соотношение C
со временем изменилось. Вопрос решился изучением годичных колец : [39] [40] [41] Сравнение перекрывающихся серий годичных колец позволило построить непрерывную последовательность данных годичных колец, охватывающую 8000 лет. [39] (С тех пор ряд данных о годичных кольцах был расширен до 13 900 лет.) [30] В 1960-х годах Ганс Зюсс смог использовать последовательность годичных колец, чтобы показать, что даты, полученные с помощью радиоуглерода, соответствуют датам, установленным египтологами. Это стало возможным потому, что хотя однолетние растения, такие как кукуруза, имеют 14
С
/ 12
Коэффициент C
, который отражает атмосферное соотношение в то время, когда они росли, деревья добавляют материал только к своему внешнему годичному кольцу, в то время как внутренние древесные кольца не получают своего 14
C
пополняется и вместо этого только теряется 14
C
в результате радиоактивного распада. Следовательно, каждое кольцо сохраняет запись об атмосфере. 14
С
/ 12
Коэффициент
углерода года, в котором она выросла. Радиоуглеродное датирование древесины по самим древесным кольцам обеспечивает необходимую проверку атмосферных 14
С
/ 12
Соотношение C
: с образцом известной даты и измерением значения N (количества атомов 14
C,
оставшийся в образце), уравнение углеродного датирования позволяет рассчитать N 0 – количество атомов 14
C
в образце в момент формирования древесного кольца – и, следовательно, 14
С
/ 12
Соотношение C
в атмосфере в то время. [39] [41] Опираясь на результаты радиоуглеродного датирования годичных колец, стало возможным построить калибровочные кривые, предназначенные для исправления ошибок, вызванных изменением во времени колец деревьев. 14
С
/ 12
С.
Система [42] Эти кривые описаны более подробно ниже .

Уголь и нефть начали сжигать в больших количествах в 19 веке. Оба достаточно старые, поэтому содержат мало или вообще не содержат обнаруживаемых веществ. 14
C
и, как следствие, CO
2
выпущен существенно разбавил атмосферность 14
С
/ 12
С.
Коэффициент Таким образом, датировка объекта началом 20 века дает кажущуюся дату старше истинной. По той же причине, 14
Концентрации углерода
в окрестностях крупных городов ниже, чем в среднем в атмосфере. Этот эффект ископаемого топлива (также известный как эффект Зюсса, по имени Ганса Зюсса, который впервые сообщил о нем в 1955 году) составит всего лишь 0,2% сокращения выбросов. 14
Активность углерода
, если бы дополнительный углерод из ископаемого топлива был распределен по всему углеродообменному резервуару, но из-за длительной задержки смешивания с глубинами океана фактический эффект снижается на 3%. [39] [43]

Гораздо больший эффект дают наземные ядерные испытания, в результате которых в атмосферу было выброшено большое количество нейтронов, что привело к созданию 14
С.
​Примерно с 1950 по 1963 год, когда атмосферные ядерные испытания были запрещены , по оценкам, несколько тонн 14
C
были созданы. Если все это дополнительно 14
Если бы С
немедленно распространился по всему углеродообменному резервуару, это привело бы к увеличению 14
С
/ 12
Коэффициент C
составил всего лишь несколько процентов, но немедленный эффект заключался в почти удвоении количества 14
C
в атмосфере, с пиковым уровнем в 1964 году для северного полушария и в 1966 году для южного полушария. С тех пор уровень упал, поскольку этот бомбовый импульс или «бомбовый углерод» (как его иногда называют) просачивается в остальную часть резервуара. [39] [43] [44] [38]

Изотопное фракционирование

[ редактировать ]

Фотосинтез — это основной процесс, посредством которого углерод перемещается из атмосферы в живые существа. В путях фотосинтеза 12
C
усваивается несколько легче, чем 13
C
, который, в свою очередь, легче усваивается, чем 14
С.
​Дифференциальное поглощение трех изотопов углерода приводит к 13
С
/ 12
С
и 14
С
/ 12
Соотношения углерода
в растениях отличаются от соотношений в атмосфере. Этот эффект известен как изотопное фракционирование. [45] [46]

Чтобы определить степень фракционирования, происходящего в данном растении, количества обоих 12
С
и 13
Изотопы C
измеряются, и полученный результат 13
С
/ 12
Затем соотношение C
сравнивается со стандартным соотношением, известным как PDB. [примечание 9] 13
С
/ 12
Коэффициент C
используется вместо 14
С
/ 12
C,
потому что первое гораздо легче измерить, а второе можно легко вывести: истощение запасов 13
С
относительно 12
C
пропорционален разнице атомных масс двух изотопов, поэтому истощение 14
C
в два раза превышает истощение 13
С.
[22] Фракционирование 13
C
, известный как δ 13 C , рассчитывается следующим образом: [45]

где знак ‰ указывает части на тысячу . [45] Поскольку стандарт PDB содержит необычно высокую долю 13
С
, [примечание 10] наиболее измеренное δ 13 Значения C отрицательны.

Овцы Норт-Роналдсей на пляже в Норт-Роналдсей . Зимой эти овцы едят морские водоросли, у которых более высокое значение δ. 13 Содержание C выше, чем в траве; образцы от этих овец имеют δ 13 Значение C около −13‰, что намного выше, чем у овец, питающихся травами. [45]
Материал Типичное δ 13 С Диапазон
ПДБ 0‰
Морской планктон от −22 ‰ до −17 ‰ [46]
C3 растения от −30 ‰ до −22 ‰ [46]
С4 растения от −15 ‰ до −9 ‰ [46]
Атмосферный CO
2
−8‰ [45]
Морской CO
2
от −32 ‰ до −13 ‰ [46]

Для морских организмов детали реакций фотосинтеза менее изучены, и δ 13 Значения C для морских фотосинтезирующих организмов зависят от температуры. При более высоких температурах CO
2
плохо растворяется в воде, а значит, меньше CO.
2
доступны для реакций фотосинтеза. В этих условиях фракционирование снижается, а при температуре выше 14 ° C (57 ° F) δ 13 Значения C соответственно выше, а при более низких температурах CO
2
становится более растворимым и, следовательно, более доступным для морских организмов. [46]

д 13 Значение C для животных зависит от их рациона. Животное, питающееся пищей с высоким δ 13 C Значения будут иметь более высокое δ 13 C, чем тот, кто ест пищу с более низким δ 13 С. Значения [45] Собственные биохимические процессы животного также могут влиять на результаты: например, и костные минералы, и костный коллаген обычно имеют более высокую концентрацию 13
C,
чем содержится в рационе животных, хотя и по другим биохимическим причинам. Обогащение кости 13
C
также подразумевает, что выделяемый материал истощается в 13
C
относительно диеты. [49]

С 13
C
составляет около 1% углерода в образце, 13
С
/ 12
Соотношение C
можно точно измерить с помощью масс-спектрометрии . [22] Типичные значения δ 13 C были обнаружены экспериментально для многих растений, а также для различных частей животных, таких как костный коллаген , но при датировании данного образца лучше определить δ 13 Значение C для этого образца напрямую, чем полагаться на опубликованные значения. [45]

Углеродный обмен между атмосферным CO
2
и карбонат на поверхности океана также подвергаются фракционированию, при этом 14
C
в атмосфере более вероятен, чем 12
C
раствориться в океане. Результатом является общее увеличение 14
С
/ 12
Коэффициент углерода
в океане 1,5% по отношению к 14
С
/ 12
Коэффициент C
в атмосфере. Это увеличение 14
Концентрация C
почти точно компенсирует уменьшение, вызванное подъемом воды (содержащей старые, а значит, и 14
C
-обеднённый углерод) из глубин океана, так что прямые измерения 14
Излучение C
аналогично измерениям для остальной части биосферы. Поправка на изотопное фракционирование, как это делается для всех радиоуглеродных дат, чтобы обеспечить сравнение результатов из разных частей биосферы, дает видимый возраст поверхностных вод океана примерно в 400 лет. [22] [37]

Эффекты резервуара

[ редактировать ]

Первоначальная гипотеза обменного резервуара Либби предполагала, что 14
С
/ 12
Коэффициент углерода
в обменном резервуаре постоянен во всем мире, [50] но с тех пор было обнаружено, что существует несколько причин изменения соотношения в резервуаре. [36]

Морской эффект

[ редактировать ]

СО
2
в атмосфере переносится в океан путем растворения в поверхностных водах в виде ионов карбоната и бикарбоната; в то же время ионы карбоната в воде возвращаются в воздух в виде CO.
2
. [50] Этот процесс обмена приносит 14
C
из атмосферы в поверхностные воды океана, но 14
Внесенному таким образом С
требуется много времени, чтобы проникнуть через весь объем океана. Самые глубокие части океана очень медленно смешиваются с поверхностными водами, причем перемешивание происходит неравномерно. Основным механизмом вывода глубокой воды на поверхность является апвеллинг, который чаще встречается в регионах, расположенных ближе к экватору. На апвеллинг также влияют такие факторы, как топография местного дна и береговой линии океана, климат и характер ветра. В целом смешивание глубинных и поверхностных вод занимает гораздо больше времени, чем смешивание атмосферного CO.
2
с поверхностными водами, и в результате вода из некоторых глубоководных районов океана имеет кажущийся радиоуглеродный возраст в несколько тысяч лет. В результате апвеллинга эта «старая» вода смешивается с поверхностными водами, в результате чего возраст поверхностных вод составляет около нескольких сотен лет (с поправкой на фракционирование). [36] Этот эффект неоднороден – средний эффект составляет около 400 лет, но имеются локальные отклонения в несколько сотен лет для территорий, географически близких друг к другу. [36] [37] Эти отклонения можно учесть при калибровке, а пользователи программного обеспечения, такого как CALIB, могут ввести в качестве входных данных соответствующую поправку на местоположение своих образцов. [15] Этот эффект также распространяется на морские организмы, такие как ракушки, и морские млекопитающие, такие как киты и тюлени, радиоуглеродный возраст которых оценивается в сотни лет. [36]

Эффект полушария

[ редактировать ]

В северном и южном полушариях существуют системы атмосферной циркуляции , которые настолько независимы друг от друга, что между ними существует заметная задержка во времени. Атмосферный 14
С
/ 12
Коэффициент C
ниже в южном полушарии, с очевидным дополнительным возрастом около 40 лет по результатам радиоуглеродного анализа с юга по сравнению с севером. [примечание 11] Это связано с тем, что большая площадь поверхности океана в южном полушарии означает, что между океаном и атмосферой происходит больший обмен углерода, чем на севере. Поскольку поверхность океана обеднена 14
C
из-за морского эффекта, 14
C
удаляется из южной атмосферы быстрее, чем из северной. [36] [51] Эффект усиливается сильным апвеллингом вокруг Антарктиды. [12]

Другие эффекты

[ редактировать ]

Если углерод в пресной воде частично усваивается из состаренного углерода, например, из горных пород, то результатом будет снижение содержания углерода в пресной воде. 14
С
/ 12
Соотношение С
в воде. Например, реки, протекающие по известняку , который в основном состоит из карбоната кальция , приобретут ионы карбоната. Точно так же грунтовые воды могут содержать углерод, полученный из горных пород, через которые он прошел. Эти породы обычно настолько стары, что уже не содержат никаких измеримых веществ. 14
C
, поэтому этот углерод снижает 14
С
/ 12
Соотношение углерода
в воде, в которую он попадает, что может привести к видимому возрасту в тысячи лет как для затронутой воды, так и для растений и пресноводных организмов, которые в ней живут. [22] Это явление известно как эффект жесткой воды , поскольку оно часто связано с ионами кальция, характерными для жесткой воды; другие источники углерода, такие как гумус, могут дать аналогичные результаты, а также могут уменьшить видимый возраст, если они имеют более позднее происхождение, чем образец. [36] Эффект сильно варьируется, и общего смещения, которое можно было бы применить, не существует; Для определения размера смещения обычно необходимы дополнительные исследования, например, путем сравнения радиоуглеродного возраста отложенных пресноводных раковин с соответствующим органическим материалом. [52]

Извержения вулканов выбрасывают в воздух большое количество углерода. Углерод имеет геологическое происхождение и не обнаруживается. 14
С
, поэтому 14
С
/ 12
Коэффициент углерода
в окрестностях вулкана понижен по сравнению с прилегающими территориями. Спящие вулканы также могут выделять старый углерод. Растения, фотосинтезирующие этот углерод, также имеют более низкий уровень 14
С
/ 12
Соотношения углерода
: например, было обнаружено, что растения в окрестностях кальдеры Фурнас на Азорских островах имеют видимый возраст от 250 до 3320 лет. [53]

Загрязнение

[ редактировать ]

Любое добавление углерода в образец другого возраста приведет к неточной дате измерения. Загрязнение современным углеродом приводит к тому, что образец кажется моложе, чем он есть на самом деле: эффект сильнее для более старых образцов. Если образец возрастом 17 000 лет загрязнен так, что 1% образца составляет современный углерод, он окажется на 600 лет моложе; для образца возрастом 34 000 лет такое же количество загрязнения вызовет ошибку в 4 000 лет. Загрязнение старым углеродом, без остатков 14
C
вызывает ошибку в другом направлении, независимо от возраста: образец, загрязненный 1% старого углерода, будет выглядеть примерно на 80 лет старше, чем он есть на самом деле, независимо от даты образца. [54]

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. Прежде чем это можно будет сделать, образец необходимо обработать для удаления любых загрязнений и нежелательных компонентов. [55] Это включает в себя удаление видимых загрязнений, таких как корешки, которые могли проникнуть в образец после его захоронения. [55] кислотами и карбонатами можно использовать щелочные и кислотные промывки Для удаления загрязнений гуминовыми , но следует соблюдать осторожность, чтобы не удалить часть образца, содержащую испытуемый углерод. [56]

Материальные соображения

[ редактировать ]
  • Обычно перед испытанием образец древесины уменьшают только до целлюлозного компонента, но, поскольку это может уменьшить объем образца до 20% от его первоначального размера, часто также проводят тестирование всей древесины. Древесный уголь часто подвергается испытаниям, но, вероятно, потребуется обработка для удаления загрязнений. [55] [56]
  • Необожженную кость можно проверить; Обычно ее датируют с помощью коллагена — белковой фракции, которая остается после вымывания структурного материала кости. 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. [55]
  • Для обожженной кости проверяемость зависит от условий, при которых кость была обожжена. Если кость была нагрета в восстановительных условиях , она (и связанное с ней органическое вещество) могла обуглиться. В этом случае образец часто можно использовать. [55]
  • 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. Если тестирование рекристаллизованной оболочки неизбежно, иногда можно идентифицировать исходный материал оболочки из серии испытаний. [57] Также можно проверить конхиолин — органический белок, содержащийся в скорлупе, но он составляет лишь 1–2% материала скорлупы. [56]
  • 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. [56] Особую трудность при использовании высушенного торфа представляет собой удаление корешков, которые трудно отличить от материала пробы. [55]
  • Почва содержит органический материал, но из-за вероятности загрязнения гуминовыми кислотами более позднего происхождения очень трудно получить удовлетворительные радиоуглеродные даты. Предпочтительно просеять почву на наличие фрагментов органического происхождения и датировать фрагменты методами, устойчивыми к небольшим размерам выборки. [56]
  • Другие материалы, которые были успешно датированы, включают слоновую кость, бумагу, текстиль, отдельные семена и зерна, солому из глиняных кирпичей и обугленные остатки пищи, найденные в керамике. [56]

Подготовка и размер

[ 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. [58]

После удаления загрязнений образцы должны быть преобразованы в форму, подходящую для используемой измерительной технологии. [59] Там, где требуется газ, CO
2
широко используется. [59] [60] Для использования образцов в жидкостных сцинтилляционных счетчиках углерод должен находиться в жидкой форме; образец обычно преобразуется в бензол . Для ускорительной масс-спектрометрии наиболее распространены твердые графитовые мишени, хотя газообразный CO
2
также можно использовать. [59] [61]

Количество материала, необходимого для тестирования, зависит от типа образца и используемой технологии. Существует два типа технологий тестирования: детекторы, регистрирующие радиоактивность, известные как бета-счетчики, и ускорительные масс-спектрометры. Для бета-счетчиков обычно требуется образец весом не менее 10 граммов (0,35 унции). [59] Ускорительная масс-спектрометрия гораздо более чувствительна, и можно использовать образцы, содержащие всего 0,5 миллиграмма углерода. [62]

Измерение и результаты

[ редактировать ]
Измерение 14
C
сейчас чаще всего выполняется с помощью ускорительного масс-спектрометра.

Спустя десятилетия после того, как Либби провела первые эксперименты по радиоуглеродному датированию, это был единственный способ измерить 14
C
в образце должен был обнаружить радиоактивный распад отдельных атомов углерода. [59] В этом подходе измеряется активность образца, выраженная в количестве событий распада на единицу массы за период времени. [60] Этот метод также известен как «бета-подсчет», поскольку в нем рассматриваются бета-частицы, испускаемые распадом. 14
C.
Обнаруженные атомы [63] В конце 1970-х годов стал доступен альтернативный подход: прямой подсчет количества 14
С
и 12
Атомы C
в данном образце, измеренные с помощью масс-спектрометрии на ускорителе, обычно называемой AMS. [59] AMS подсчитывает 14
С
/ 12
Коэффициент C
напрямую, а не активность образца, а измерения активности и 14
С
/ 12
Соотношения C
могут быть точно преобразованы друг в друга. [60] Некоторое время методы подсчета бета-излучения были более точными, чем AMS, но теперь AMS стал более точным и стал методом выбора для радиоуглеродных измерений. [64] [65] Помимо повышенной точности, AMS имеет еще два существенных преимущества перед подсчетом бета-излучения: он может выполнять точное тестирование на образцах, слишком маленьких для подсчета бета-излучения, и это намного быстрее – точность в 1% может быть достигнута за несколько минут с помощью AMS, что гораздо быстрее, чем было бы достижимо с помощью старой технологии. [66]

Бета-подсчет

[ редактировать ]

Первым детектором Либби был счетчик Гейгера его собственной конструкции. Он превратил углерод в своем образце в ламповую сажу (сажу) и покрыл ею внутреннюю поверхность цилиндра. Этот цилиндр вставлялся в счетчик таким образом, чтобы счетная проволока находилась внутри цилиндра с образцом, чтобы между образцом и проволокой не было материала. [59] Любой промежуточный материал помешал бы обнаружению радиоактивности, поскольку бета-частицы, испускаемые при распаде 14
C
настолько слабы, что половину из них останавливает алюминий толщиной 0,01 мм (0,00039 дюйма). [60]

Метод Либби вскоре был заменен газовыми пропорциональными счетчиками , на которые меньше влиял углерод бомбы (дополнительный 14
C,
созданный в результате испытаний ядерного оружия). Эти счетчики регистрируют всплески ионизации, вызванные бета-частицами, испускаемыми распадающимися частицами. 14
атомы С
; всплески пропорциональны энергии частицы, поэтому другие источники ионизации, такие как фоновое излучение, можно идентифицировать и игнорировать. Счетчики окружены свинцовой или стальной защитой для устранения фонового излучения и уменьшения падения космических лучей. Кроме того, антисовпадений используются детекторы ; эти события записи за пределами счетчика, и любое событие, записанное одновременно как внутри, так и за пределами счетчика, рассматривается как постороннее событие и игнорируется. [60]

Другая распространенная технология, используемая для измерения 14
Активность C
- это жидкостный сцинтилляционный счетчик, который был изобретен в 1950 году, но которому пришлось подождать до начала 1960-х годов, когда были разработаны эффективные методы синтеза бензола, чтобы стать конкурентоспособными по сравнению с газовым счетчиком; после 1970 года жидкостные счетчики стали более распространенным технологическим выбором для недавно построенных лабораторий датирования. Счетчики работают, обнаруживая вспышки света, вызванные бета-частицами, испускаемыми 14
C,
поскольку они взаимодействуют с флуоресцентным агентом, добавленным к бензолу. Как и газовые счетчики, жидкостные сцинтилляционные счетчики требуют экранирования и счетчиков антисовпадений. [67] [68]

Как для газового пропорционального счетчика, так и для жидкостного сцинтилляционного счетчика измеряется количество бета-частиц, обнаруженных за определенный период времени. Поскольку масса образца известна, ее можно преобразовать в стандартную меру активности в единицах либо количества импульсов в минуту на грамм углерода (импульсов в минуту/г C), либо беккерелей на кг (Бк/кг C, в единицах СИ). ). Каждое измерительное устройство также используется для измерения активности холостого образца – образца, приготовленного из углерода, достаточно старого, чтобы не иметь активности. Это дает значение фонового излучения, которое необходимо вычесть из измеренной активности датируемого образца, чтобы получить активность, относящуюся исключительно к этому образцу. 14
С.
​Кроме того, измеряется образец со стандартной активностью, чтобы обеспечить основу для сравнения. [69]

Ускорительная масс-спектрометрия

[ редактировать ]
Упрощенная схематическая схема ускорительного масс-спектрометра, используемого для подсчета изотопов углерода для углеродного датирования.

AMS считает атомы 14
С
и 12
C
в данном образце, определяя 14
С
/ 12
Коэффициент C
напрямую. Образец, часто в форме графита, излучает C. ионы (атомы углерода с одним отрицательным зарядом), которые инжектируются в ускоритель . Ионы ускоряются и проходят через стриппер, который удаляет несколько электронов, так что ионы выходят с положительным зарядом. Ионы, которые могут иметь от 1 до 4 положительных зарядов (C + до С 4+ ), в зависимости от конструкции ускорителя, затем проходят через магнит, который искривляет их траекторию; более тяжелые ионы искривлены меньше, чем более легкие, поэтому разные изотопы возникают как отдельные потоки ионов. Затем детектор частиц регистрирует количество ионов, обнаруженных в 14
C
поток, но поскольку объем 12
С
13
C
, необходимый для калибровки) слишком велик для обнаружения отдельных ионов, количество определяется путем измерения электрического тока, создаваемого в чашке Фарадея . [70] Большой положительный заряд, индуцированный стриппером, заставляет молекулы, такие как 13
CH
, который имеет вес, достаточно близкий к 14
C
мешать измерениям, диссоциировать, чтобы их не обнаружили. [71] образца. Большинство машин AMS также измеряют δ 13 C для использования при расчете радиоуглеродного возраста образца. [72] Использование AMS, в отличие от более простых форм масс-спектрометрии, необходимо из-за необходимости отличать изотопы углерода от других атомов или молекул, очень близких по массе, таких как 14
Н
и 13
Ч.
[59] Как и при подсчете бета-излучения, используются как холостые, так и стандартные образцы. [70] Могут быть измерены два разных типа бланка: образец мертвого углерода, который не подвергался химической обработке, для обнаружения каких-либо машинных фонов, и образец, известный как технологический бланк, изготовленный из мертвого углерода, который точно таким же образом перерабатывается в целевой материал. как образец, который датируется. Любой 14
Сигнал C
от фонового бланка машины, скорее всего, будет вызван либо пучками ионов, которые не прошли ожидаемый путь внутри детектора, либо гидридами углерода, такими как 12
СН
2
или 13
Ч.
​А 14
Сигнал C
от технологической заготовки измеряет количество загрязнений, внесенных во время подготовки пробы. Эти измерения используются при последующем расчете возраста образца. [73]

Расчеты, которые необходимо выполнить на основе проведенных измерений, зависят от используемой технологии, поскольку бета-счетчики измеряют радиоактивность образца, тогда как AMS определяет соотношение трех различных изотопов углерода в образце. [73]

Чтобы определить возраст образца, активность которого измеряли методом бета-счета, необходимо найти отношение его активности к активности стандарта. Чтобы определить это, измеряется пустой образец (старого или мертвого углерода), а также образец с известной активностью. Дополнительные образцы позволяют обнаружить и исправить такие ошибки, как фоновое излучение и систематические ошибки в лабораторной установке. [69] Наиболее распространенным стандартным образцом материала является щавелевая кислота, например стандарт HOxII, 1000 фунтов (450 кг) которой было приготовлено Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) в 1977 году из урожая французской свеклы. [74] [75]

Результаты тестирования AMS представлены в виде соотношений 12
С
, 13
С
и 14
C
, которые используются для расчета Fm, «современной фракции». Это определяется как соотношение между 14
С
/ 12
Соотношение C
в образце и 14
С
/ 12
Соотношение C
в современном углероде, которое, в свою очередь, определяется как 14
С
/ 12
Коэффициент углерода
, который был бы измерен в 1950 году, если бы не было эффекта ископаемого топлива. [73]

Как бета-подсчет, так и результаты AMS должны быть скорректированы с учетом фракционирования. Это необходимо, поскольку разные материалы одного возраста, которые из-за фракционирования имеют, естественно, разные 14
С
/ 12
Соотношения C
будут иметь разный возраст, потому что 14
С
/ 12
Коэффициент C
принимается за показатель возраста. Чтобы избежать этого, все радиоуглеродные измерения преобразуются в измерения, которые можно было бы увидеть, если бы образец был изготовлен из дерева, имеющего известное значение δ. 13
Значение C
-25 ‰. [23]

Как только исправлено 14
С
/ 12
Коэффициент C
известен, «радиоуглеродный возраст» рассчитывается по формуле: [76]

В расчетах используется 8033 года, средний срок службы, полученный на основе периода полураспада Либби, составляющего 5568 лет, а не 8267 лет, средний срок службы, полученный на основе более точного современного значения 5730 лет. Значение Либби для периода полураспада используется для обеспечения согласованности с ранними результатами радиоуглеродного тестирования; калибровочные кривые включают поправку на это, поэтому гарантируется точность окончательных сообщаемых календарных возрастов. [76]

Ошибки и надежность

[ редактировать ]

Достоверность результатов можно повысить за счет увеличения времени тестирования. Например, если подсчета бета-распадов в течение 250 минут достаточно, чтобы дать ошибку ± 80 лет с достоверностью 68%, то удвоение времени счета до 500 минут позволит получить образец только вдвое меньшего размера. 14
C
будет измеряться с той же погрешностью в 80 лет. [77]

Радиоуглеродное датирование обычно ограничивается датированием образцов возрастом не более 50 000 лет, поскольку образцы старше этого возраста имеют недостаточную 14
C
быть измеримым. Более старые даты были получены с использованием специальных методов подготовки проб, больших образцов и очень длительного времени измерения. Эти методы могут позволить измерить даты до 60 000, а в некоторых случаях и до 75 000 лет до настоящего времени. [64]

Радиоуглеродные даты обычно представлены в диапазоне одного стандартного отклонения (обычно обозначаемого греческой буквой сигма как 1σ) по обе стороны от среднего значения. Однако диапазон дат 1σ представляет собой уровень достоверности только 68%, поэтому истинный возраст измеряемого объекта может лежать за пределами указанного диапазона дат. Это было продемонстрировано в 1970 году экспериментом, проведенным радиоуглеродной лабораторией Британского музея, в ходе которого еженедельные измерения одного и того же образца проводились в течение шести месяцев. Результаты сильно различались (хотя и соответствовали нормальному распределению ошибок измерений) и включали несколько диапазонов дат (с достоверностью 1σ), которые не перекрывались друг с другом. Измерения включали одно с диапазоном от примерно 4250 до примерно 4390 лет назад и другое с диапазоном от примерно 4520 до примерно 4690 лет назад. [78]

Ошибки в процедуре также могут привести к ошибкам в результатах. Если 1% бензола в современном эталонном образце случайно испарится, сцинтилляционный подсчет даст радиоуглеродный возраст, который слишком молод примерно на 80 лет. [79]

Калибровка

[ редактировать ]
Пень очень старой щетинистой сосны. Годичные кольца этих деревьев (помимо прочих) используются при построении калибровочных кривых.

Приведенные выше расчеты дают даты в радиоуглеродных годах: т.е. даты, которые представляют возраст образца, если бы 14
С
/ 12
Коэффициент C
исторически был постоянным. [80] Хотя Либби еще в 1955 году указывала на возможность того, что это предположение неверно, только когда начали накапливаться расхождения между измеренным возрастом и известными историческими датами артефактов, стало ясно, что к радиоуглеродному возрасту необходимо будет применить поправку, чтобы получить календарные даты. [81]

Чтобы построить кривую, которую можно использовать для соотнесения календарных лет с радиоуглеродными годами, необходима последовательность надежно датированных образцов, которые можно протестировать для определения их радиоуглеродного возраста. Изучение колец деревьев привело к первой такой последовательности: на отдельных кусках древесины наблюдаются характерные последовательности колец, толщина которых варьируется из-за факторов окружающей среды, таких как количество осадков в данном году. Эти факторы влияют на все деревья на территории, поэтому изучение последовательностей годичных колец старой древесины позволяет выявить перекрывающиеся последовательности. Таким образом, непрерывная последовательность годичных колец может быть продлена далеко в прошлое. Первая такая опубликованная последовательность, основанная на кольцах сосны с щетинками, была создана Уэсли Фергюсоном . [41] Ганс Зюсс использовал эти данные для публикации первой калибровочной кривой для радиоуглеродного датирования в 1967 году. [39] [40] [81] Кривая показала два типа отклонения от прямой линии: долгосрочное колебание с периодом около 9000 лет и краткосрочное колебание, часто называемое «покачиваниями», с периодом в десятилетия. Зюсс сказал, что он провел линию, показывающую колебания «космическим швунгом », имея в виду, что изменения были вызваны внеземными силами. Некоторое время было неясно, были ли эти покачивания реальными или нет, но теперь они хорошо известны. [39] [40] [82] Эти кратковременные колебания калибровочной кривой теперь известны как эффекты де Фриза, в честь Хесселя де Фриза . [83]

Калибровочная кривая используется путем взятия радиоуглеродной даты, сообщенной лабораторией, и ее отсчета от этой даты на вертикальной оси графика. Точка пересечения этой горизонтальной линии с кривой даст календарный возраст выборки на горизонтальной оси. Это обратный способ построения кривой: точка на графике получается из образца известного возраста, такого как древесное кольцо; когда он проверяется, полученный радиоуглеродный возраст дает точку данных для графика. [42]

Кривая северного полушария по данным IntCal20. По состоянию на 2020 год это самая последняя версия стандартной калибровочной кривой. Диагональная линия показывает, где бы находилась кривая, если бы радиоуглеродный и календарный возраст были одинаковыми. [84]

В течение следующих тридцати лет было опубликовано множество калибровочных кривых с использованием различных методов и статистических подходов. [42] Они были заменены серией кривых IntCal, начиная с IntCal98, опубликованной в 1998 году и обновленной в 2004, 2009, 2013 и 2020 годах. [84] Улучшения этих кривых основаны на новых данных, собранных по древесным кольцам, ветвям , кораллам растений , макроископаемым , образованиям и фораминиферам . Существуют отдельные кривые для северного (IntCal20) и южного полушарий (SHCal20), поскольку они систематически различаются из-за эффекта полушария. Непрерывная последовательность дат годичных колец для северного полушария восходит к 13 910 годам назад по состоянию на 2020 год, и это обеспечивает близкое к ежегодному датированию для IntCal20 большую часть периода, уменьшенное там, где есть калибровочные плато, и увеличенное в краткосрочных периодах. 14 Всплески C, вызванные событиями Мияке, обеспечивают дополнительную корреляцию. Радиоуглеродное датирование раньше, чем непрерывная последовательность годичных колец, основано на корреляции с более приблизительными записями. [85] SHCal20 основан на независимых данных, где это возможно, и получен из северной кривой путем добавления среднего смещения для южного полушария, где прямые данные не были доступны. Существует также отдельная морская калибровочная кривая MARINE20. [86] [87] Для набора образцов, образующих последовательность с известным разделением во времени, эти образцы образуют подмножество калибровочной кривой. Последовательность можно сравнить с калибровочной кривой и установить наилучшее соответствие последовательности. Этот метод «покачивания» может привести к более точному датированию, чем это возможно при использовании индивидуальных радиоуглеродных дат. [88] Согласование покачиваний можно использовать в местах, где на калибровочной кривой имеется плато. [примечание 12] и, следовательно, может предоставить гораздо более точную дату, чем могут дать методы перехвата или вероятности. [90] Этот метод не ограничивается годичными кольцами; например, слоистая последовательность тефры в Новой Зеландии, которая, как полагают, возникла до колонизации островов человеком, была датирована 1314 годом нашей эры ± 12 годами с помощью сопоставления покачиваний. [91] Покачивания также означают, что чтение даты по калибровочной кривой может дать более одного ответа: это происходит, когда кривая колеблется вверх и вниз настолько, что радиоуглеродный возраст пересекает кривую более чем в одном месте, что может привести к тому, что результат радиоуглеродного анализа будет неверным. сообщается как два отдельных возрастных диапазона, соответствующих двум частям кривой, на которых пересекается радиоуглеродный возраст. [42]

Байесовские статистические методы можно применять, когда необходимо калибровать несколько радиоуглеродных дат. Например, если серия радиоуглеродных дат взята с разных уровней стратиграфической последовательности, байесовский анализ можно использовать для оценки дат, которые являются выбросами, и можно рассчитать улучшенные распределения вероятностей на основе предварительной информации о том, что последовательность должна быть упорядочена во времени. . [88] Когда был представлен байесовский анализ, его использование было ограничено необходимостью использования мэйнфреймов для выполнения вычислений, но с тех пор этот метод был реализован в программах, доступных для персональных компьютеров, таких как OxCal. [92]

Отчетные даты

[ редактировать ]

С момента датировки первых образцов использовалось несколько форматов цитирования результатов радиоуглеродного анализа. По состоянию на 2019 год стандартный формат, требуемый журналом Radiocarbon, выглядит следующим образом. [93]

Некалиброванные данные следует указывать как « лабораторные : год ± диапазон BP", где:

  • Лаборатория идентифицирует лабораторию, которая протестировала образец, и идентификатор образца.
  • год — определение лабораторией возраста образца в радиоуглеродных годах.
  • диапазон — это лабораторная оценка ошибки возраста с достоверностью 1σ.
  • «BP» означает « до настоящего времени », имея в виду базисную дату 1950 года, так что «500 BP» означает 1450 год нашей эры.

Например, некалиброванная дата «UtC-2020: 3510 ± 60 BP» указывает на то, что образец был протестирован Утрехтской лабораторией ван дер Граафа («UtC»), где он имеет номер образца «2020», и что некалиброванная дата возраст 3510 лет до настоящего времени, ±60 лет. Иногда используются родственные формы: например, «2,3 тыс. лет назад» означает 2300 радиоуглеродных лет до настоящего времени (т. е. 350 г. до н. э.), а « 14
C
yr BP» можно использовать, чтобы отличить некалиброванную дату от даты, полученной с помощью другого метода датирования, такого как термолюминесценция . [93]

Калиброванный 14
Даты C
часто обозначаются как «cal BP», «cal BC» или «cal AD», опять же, где «BP» относится к 1950 году как к нулевой дате. [94] Радиоуглерод дает два варианта сообщения калиброванных дат. Распространенным форматом является « диапазона дат достоверность калибровки », где:

  • диапазон дат  — это диапазон дат, соответствующий заданному уровню достоверности.
  • доверие указывает уровень достоверности для данного диапазона дат.

Например, «1220–1281 год нашей эры (1σ)» означает калиброванную дату, для которой истинная дата находится между 1220 и 1281 годами нашей эры, с уровнем достоверности «1 сигма», или примерно 68% . Калиброванные даты также могут быть выражены как «BP» вместо использования «BC» и «AD». Кривая, используемая для калибровки результатов, должна быть последней доступной кривой IntCal. Даты калибровки также должны указывать любые программы, такие как OxCal, которые использовались для выполнения калибровки. [93] Кроме того, в статье в журнале Radiocarbon за 2014 год о правилах представления радиоуглеродных данных рекомендуется предоставлять информацию об обработке проб, включая материал пробы, методы предварительной обработки и измерения контроля качества; что в ссылке на программное обеспечение, используемое для калибровки, должен быть указан номер версии и любые используемые опции или модели; и что калиброванная дата должна быть указана с соответствующими вероятностями для каждого диапазона. [95]

Использование в археологии

[ редактировать ]

Интерпретация

[ редактировать ]

Ключевой концепцией интерпретации радиоуглеродных дат является археологическая ассоциация : какова истинная связь между двумя или более объектами на археологическом участке? Часто бывает, что образец для радиоуглеродного датирования можно взять непосредственно с интересующего объекта, но бывает и много случаев, когда это невозможно. Металлические погребальные предметы, например, не могут быть датированы радиоуглеродом, но их можно найти в могиле вместе с гробом, углем или другим материалом, который, как можно предположить, отложился в то же время. В этих случаях дата гроба или угля указывает на дату захоронения погребального инвентаря из-за прямой функциональной связи между ними. Бывают также случаи, когда функциональной связи нет, но связь достаточно сильна: например, слой древесного угля в мусорной яме дает дату, имеющую отношение к мусорной яме. [96]

Загрязнение вызывает особую озабоченность при датировании очень древнего материала, полученного в результате археологических раскопок, и требуется большая осторожность при выборе и подготовке образцов. В 2014 году Томас Хайэм и его коллеги предположили, что многие из дат, опубликованных для неандертальских артефактов, слишком недавние из-за загрязнения «молодым углеродом». [97]

По мере роста дерева только самое внешнее древесное кольцо обменивается углеродом с окружающей средой, поэтому возраст, измеренный для образца древесины, зависит от того, откуда он был взят. Это означает, что радиоуглеродные даты на образцах древесины могут быть старше даты, когда дерево было срублено. Кроме того, если кусок дерева используется для нескольких целей, между вырубкой дерева и его окончательным использованием в контексте, в котором он находится, может пройти значительная задержка. [98] Это часто называют проблемой старой древесины . [5] бронзового века Одним из примеров является тропа в Уити-Бед-Копсе в Англии; путь был построен из дерева, которое явно было обработано для других целей, прежде чем его повторно использовали в качестве пути. Другой пример — коряги , которые можно использовать в качестве строительного материала. Не всегда можно распознать повторное использование. Другие материалы могут представлять ту же проблему: например, известно, что битум использовался некоторыми неолитическими общинами для водонепроницаемости корзин; Радиоуглеродный возраст битума будет больше, чем можно измерить в лаборатории, независимо от фактического возраста контекста, поэтому тестирование материала корзины даст ошибочный возраст, если не принять меры предосторожности. Отдельным вопросом, связанным с повторным использованием, является вопрос длительного использования или отложенного депонирования. Например, деревянный предмет, который используется в течение длительного периода, будет иметь видимый возраст, превышающий фактический возраст окружающей среды, в которой он хранится. [98]

Использование внешней археологии

[ редактировать ]

Археология — не единственная область, в которой используется радиоуглеродное датирование. Радиоуглеродные даты также можно использовать, например, в геологии, седиментологии и исследованиях озер. Возможность датировать мельчайшие образцы с помощью AMS означает, что палеоботаники и палеоклиматологи могут использовать радиоуглеродное датирование непосредственно на пыльце, очищенной из отложений, или на небольших количествах растительного материала или древесного угля. Даты органического материала, извлеченного из интересующих пластов, можно использовать для сопоставления пластов в разных местах, которые кажутся схожими по геологическим признакам. Материал для датирования одного места дает информацию о дате другого места, и эти даты также используются для размещения пластов на общей геологической временной шкале. [99]

Радиоуглерод также используется для определения даты выброса углерода из экосистем, в частности, для мониторинга выброса старого углерода, который ранее хранился в почвах в результате вмешательства человека или изменения климата. [100] Последние достижения в области полевых методов сбора также позволяют проводить радиоуглеродное датирование метана и углекислого газа , которые являются важными парниковыми газами . [101] [102]

Известные приложения

[ редактировать ]

Граница плейстоцена и голоцена в ископаемых лесах Ту-Крикс

[ редактировать ]

Плейстоцен . — геологическая эпоха, начавшаяся около 2,6 миллиона лет назад Голоцен , нынешняя геологическая эпоха, начинается около 11 700 лет назад , когда заканчивается плейстоцен. [103] Установить как можно более точную дату этой границы, которая определяется резким потеплением климата, было целью геологов на протяжении большей части 20-го века. [103] [104] В Ту-Крикс , штат Висконсин, был обнаружен ископаемый лес ( Государственная природная зона Ту-Крикс-Погребенный лес ), и последующие исследования установили, что разрушение леса было вызвано продвижением льда Вальдерса, последним движением льда на юг перед концом Плейстоцен на этой территории. До появления радиоуглеродного датирования окаменелые деревья датировались путем сопоставления последовательностей ежегодно отлагающихся слоев отложений в Ту-Крикс с последовательностями в Скандинавии. Это привело к оценкам, что деревьям было от 24 000 до 19 000 лет. [103] и поэтому это было принято за дату последнего наступления висконсинского оледенения перед тем, как его окончательное отступление ознаменовало конец плейстоцена в Северной Америке. [105] В 1952 году Либби опубликовала радиоуглеродные даты для нескольких образцов с участка Ту-Крикс и двух аналогичных участков поблизости; даты были усреднены до 11 404 лет назад со стандартной ошибкой 350 лет. Этот результат не был откалиброван, поскольку необходимость калибровки радиоуглеродного возраста еще не была понята. Дальнейшие результаты, полученные в течение следующего десятилетия, подтвердили, что средняя дата составляет 11 350 лет назад, при этом результаты считаются наиболее точными и составляют в среднем 11 600 лет назад. Поначалу эти результаты сопротивлялись со стороны Эрнста Антевса , палеоботаника, работавшего над скандинавскими сериями варв, но его возражения в конечном итоге были проигнорированы другими геологами. В 1990-х годах образцы были протестированы с помощью AMS, и были получены (некалиброванные) даты в диапазоне от 11 640 до 11 800 лет назад, обе со стандартной ошибкой 160 лет. Впоследствии образец из ископаемого леса был использован в межлабораторном тесте, результаты которого предоставили более 70 лабораторий. Эти тесты дали средний возраст 11 788 ± 8 лет назад (достоверность 2σ), что при калибровке дает диапазон дат от 13 730 до 13 550 кал. лет назад. [103] Радиоуглеродные даты Ту-Крик теперь считаются ключевым результатом в развитии современного понимания оледенения Северной Америки в конце плейстоцена. [105]

Свитки Мертвого моря

[ редактировать ]
Часть Великого свитка Исайи, одного из свитков Мертвого моря.

В 1947 году были обнаружены свитки в пещерах возле Мертвого моря , содержащие письмена на иврите и арамейском языке , большинство из которых, как полагают, были созданы ессеями , небольшой еврейской сектой. Эти свитки имеют большое значение при изучении библейских текстов, поскольку многие из них содержат самые ранние известные версии книг еврейской Библии. [106] Образец льняной обертки одного из этих свитков, Великого свитка Исайи , был включен в анализ Либби в 1955 году, его предполагаемый возраст составляет 1917 ± 200 лет. [106] [107] На основе анализа стиля письма была сделана палеографическая оценка возраста свитков 21 год, а образцы из большинства из них, а также других свитков, которые не были палеографически датированы, были проверены двумя лабораториями AMS в 1990-х годах. Результаты варьировались по возрасту от начала 4 века до нашей эры до середины 4 века нашей эры. Во всех случаях, кроме двух, возраст свитков был установлен в пределах 100 лет от палеографически определенного возраста. Свиток Исайи был включен в тестирование, и было обнаружено, что он имеет два возможных диапазона дат с уровнем достоверности 2σ из-за формы калибровочной кривой в этой точке: существует 15% вероятность того, что он датируется периодом с 355 по 295 год до нашей эры. и с вероятностью 84% он датируется периодом с 210 по 45 год до нашей эры. Впоследствии эти даты подверглись критике на том основании, что перед испытанием свитков их обрабатывали современным касторовым маслом , чтобы облегчить чтение написанного; Утверждалось, что неспособность удалить касторовое масло в достаточной степени привела бы к тому, что финики были бы слишком молодыми. Было опубликовано множество статей, как в поддержку, так и против критики. [106]

Вскоре после публикации статьи Либби в журнале Science в 1949 году университеты по всему миру начали создавать лаборатории радиоуглеродного датирования, и к концу 1950-х годов насчитывалось более 20 активных лабораторий. 14
C
исследовательские лаборатории. Быстро стало очевидно, что принципы радиоуглеродного датирования верны, несмотря на некоторые разногласия, причины которых тогда остались неизвестными. [108]

Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию, которое часто называют «радиоуглеродной революцией». [109] По словам антрополога Р. Э. Тейлора: « 14
C
Данные сделали возможной мировую предысторию, создав временную шкалу, которая выходит за рамки местных, региональных и континентальных границ». Они обеспечивают более точную датировку внутри памятников, чем предыдущие методы, которые обычно основывались либо на стратиграфии, либо на типологиях (например, каменных орудий или керамики). это также позволяет сравнивать и синхронизировать события на больших расстояниях. Появление радиоуглеродного датирования, возможно, даже привело к появлению более совершенных полевых методов в археологии, поскольку лучшая запись данных приводит к более прочной связи объектов с образцами, подлежащими тестированию. иногда были мотивированы попытками доказать, что 14
Дата C
была неверной. Тейлор также предполагает, что наличие информации о точных датах освободило археологов от необходимости сосредотачивать большую часть своей энергии на определении дат их находок и привело к расширению вопросов, которые археологи были готовы исследовать. Например, с 1970-х годов вопросы об эволюции человеческого поведения стали гораздо чаще встречаться в археологии. [110]

Система датирования, полученная с помощью радиоуглерода, привела к изменению преобладающего взгляда на то, как инновации распространялись по доисторической Европе. Ранее исследователи считали, что многие идеи распространяются путем распространения по континенту или путем вторжений народов, приносящих с собой новые культурные идеи. Когда радиоуглеродный анализ во многих случаях начал доказывать ошибочность этих идей, стало очевидно, что эти инновации иногда должны были возникать локально. Это было описано как «вторая радиоуглеродная революция», а что касается британской предыстории, археолог Ричард Аткинсон охарактеризовал воздействие радиоуглеродного датирования как «радикальную   [...] терапию» «прогрессирующей болезни инвазии». В более широком смысле, успех радиоуглеродного датирования стимулировал интерес к аналитическим и статистическим подходам к археологическим данным. [110] Тейлор также описал влияние AMS и возможность получать точные измерения на очень маленьких образцах как начало третьей радиоуглеродной революции. [111]

Иногда методы радиоуглеродного датирования датируют объект, представляющий общественный интерес, например, Туринскую плащаницу , кусок льняной ткани, на котором, по мнению некоторых, был изображен Иисус Христос после его распятия. Три отдельные лаборатории датировали образцы полотна с Плащаницы в 1988 году ; Результаты указали на происхождение плащаницы из XIV века, что вызвало сомнения в подлинности плащаницы как предполагаемой реликвии I века. [17]

Исследователи изучили другие изотопы, созданные космическими лучами, чтобы определить, можно ли их также использовать для датировки объектов, представляющих археологический интерес; такие изотопы включают 3
Он
, 10
Быть
, 21
Ne
, 26
Ал
, и 36
кл
. С развитием AMS в 1980-х годах стало возможным измерять эти изотопы достаточно точно, чтобы они могли стать основой полезных методов датирования, которые в основном применялись для датирования горных пород. [112] Встречающиеся в природе радиоактивные изотопы также могут составлять основу методов датирования, например, датирования калием-аргоном , датирования аргоном-аргоном и датирования серий урана . [113] Другие методы датирования, представляющие интерес для археологов, включают термолюминесценцию , оптически стимулированную люминесценцию , электронный спиновый резонанс и датирование по трекам деления , а также методы, которые зависят от годовых полос или слоев, такие как дендрохронология , тефрохронология и варвная хронология. [114]

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. В статье Корфа фактически упоминаются медленные нейтроны, термин, который со времен Корфа приобрел более конкретное значение, относясь к диапазону энергий нейтронов, который не пересекается с тепловыми нейтронами. [2]
  2. ^ Некоторые из оригинальных образцов Либби с тех пор были повторно протестированы, и результаты, опубликованные в 2018 году, в целом хорошо согласовались с первоначальными результатами Либби. [10]
  3. ^ Взаимодействие космических лучей с азотом и кислородом под поверхностью Земли также может создавать 14
    C
    , а в некоторых случаях (например, вблизи поверхности скоплений снега, проницаемых для газов) это 14
    C
    мигрирует в атмосферу. Однако, по оценкам, на этот путь приходится менее 0,1% общего производства 14
    С.
    [14]
  4. ^ Период полураспада 14
    В 1952 году C
    (который определяет средний срок жизни) считался равным 5568 ± 30 лет. [19] Средний период жизни и период полураспада связаны следующим уравнением: [5]
  5. ^ Два экспериментально определенных значения начала 1950-х годов не были включены в значение, использованное Либби: ~ 6090 лет и 5900 ± 250 лет. [29]
  6. ^ Также используется термин «условный радиоуглеродный возраст». Определение радиоуглеродных лет следующее: возраст рассчитывается с использованием следующих стандартов : а) с использованием периода полураспада Либби, равного 5568 годам, а не принятого в настоящее время фактического периода полураспада в 5730 лет; (б) использование стандарта NIST, известного как HOxII, для определения активности радиоуглерода в 1950 году; (c) использование 1950 года в качестве даты, от которой отсчитываются годы «до настоящего времени»; (d) поправка на фракционирование , основанная на стандартном соотношении изотопов, и (e) предположение, что 14
    С
    / 12
    Соотношение C
    не изменилось с течением времени. [31]
  7. ^ Данные о процентном содержании углерода в каждой части водохранилища взяты из оценки содержания углерода в водохранилище на середину 1990-х годов; оценки распределения углерода в доиндустриальные времена существенно различаются. [32]
  8. ^ Возраст морской жизни составляет 400 лет только с учетом поправки на фракционирование . Этот эффект учитывается во время калибровки с использованием другой морской калибровочной кривой; без этой кривой возраст современной морской жизни по радиоуглеродному датированию показался бы 400-летним. Точно так же утверждение о наземных организмах верно только в том случае, если принять во внимание фракционирование.
  9. ^ «PDB» означает «Белемнит Пи Ди», окаменелость из формации Пи Ди в Южной Каролине. [47]
  10. ^ Значение PDB составляет 11,2372 ‰. [48]
  11. ^ Две недавние оценки включали 8–80 радиоуглеродных лет за последние 1000 лет, в среднем 41 ± 14 лет; и от -2 до 83 радиоуглеродных лет за последние 2000 лет, в среднем 44 ± 17 лет. По оценкам, для более старых наборов данных сдвиг составляет около 50 лет. [51]
  12. ^ Плато на калибровочной кривой возникает, когда соотношение 14
    С
    / 12
    C
    в атмосфере уменьшается с той же скоростью, что и снижение за счет распада радиоуглерода в образце. Например, между 750 и 400 гг. до н.э. существовало плато, что делает радиоуглеродное датирование менее точным для образцов, датируемых этим периодом. [89]

Эта статья была отправлена ​​в WikiJournal of Science для внешнего академического рецензирования в 2017 году ( отчеты рецензента ). Обновленный контент был реинтегрирован на страницу Википедии по лицензии CC-BY-SA-3.0 ( 2018 ). Проверенная версия записи: Майк Кристи; и др. (1 июня 2018 г.). «Радиоуглеродное датирование» (PDF) . Викижурнал науки . 1 (1): 6. дои : 10.15347/WJS/2018.006 . ISSN   2470-6345 . Викиданные   Q55120317 .

  1. ^ Jump up to: а б Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 268.
  2. ^ Корф, С.А. (1940). «О вкладе в ионизацию на уровне моря, производимую нейтронами космического излучения». Журнал Института Франклина . 230 (6): 777–779. Бибкод : 1940TeMAE..45..133K . дои : 10.1016/s0016-0032(40)90838-9 .
  3. ^ Jump up to: а б Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 269.
  4. ^ Jump up to: а б «Радиоуглеродное датирование - Американское химическое общество» . Американское химическое общество . Проверено 9 октября 2016 г.
  5. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Боуман (1995) , стр. 9–15.
  6. ^ Либби, ВФ (1946). «Атмосферный гелий три и радиоуглерод космического излучения». Физический обзор . 69 (11–12): 671–672. Бибкод : 1946PhRv...69..671L . дои : 10.1103/PhysRev.69.671.2 .
  7. ^ Андерсон, ЕС; Либби, ВФ; Вайнхаус, С.; Рид, А.Ф.; Киршенбаум, А.Д.; Гросс, А. В. (1947). «Радиоуглерод от космического излучения». Наука . 105 (2765): 576–577. Бибкод : 1947Sci...105..576A . дои : 10.1126/science.105.2735.576 . ПМИД   17746224 .
  8. ^ Арнольд-младший; Либби, ВФ (1949). «Определение возраста по содержанию радиоуглерода: проверки с образцами известного возраста» . Наука . 110 (2869): 678–680. Бибкод : 1949Sci...110..678A . дои : 10.1126/science.110.2869.678 . JSTOR   1677049 . ПМИД   15407879 .
  9. ^ Эйткен (1990) , стр. 60–61.
  10. ^ Джул, AJT; Пирсон, CL; Тейлор, Р.Э.; Саутон, младший; Сантос, генеральный менеджер; Коль, КП; Хайдас, И.; Мольнар, М.; Байсан, К.; Ланге, Т.Э.; Круз, Р.; Яновичс, Р.; Майор И. (2018). «Радиоуглеродное датирование и взаимное сравнение некоторых ранних исторических образцов радиоуглерода». Радиоуглерод . 60 (2): 535–548. Бибкод : 2018Radcb..60..535J . дои : 10.1017/RDC.2018.18 . hdl : 20.500.11850/263957 . S2CID   134723966 .
  11. ^ «Метод» . www.c14dating.com . Архивировано из оригинала 12 октября 2018 г. Проверено 9 октября 2016 г.
  12. ^ Jump up to: а б Рассел, Никола (2011). Эффекты морских резервуаров радиоуглерода (MRE) в археологии: временные и пространственные изменения в прибрежной среде Великобритании в голоцене (докторская диссертация) (PDF) . Глазго, Шотландия, Великобритания: Университет Глазго. п. 16 . Проверено 11 декабря 2017 г.
  13. ^ Бьянки, Томас С .; Кануэль, Элизабет А. (2011). Химические маркеры в водных экосистемах . Принстон: Издательство Принстонского университета. п. 35. ISBN  978-0-691-13414-7 .
  14. ^ Jump up to: а б с Лал, Д.; Джул, AJT (2001). «In-situ космогенный 14
    C
    : производство и примеры его уникального применения в исследованиях земных и внеземных процессов»
    . Radiocarbon . 43 (2B): 731–742. Bibcode : 2001Radcb..43..731L . doi : 10.1017/S0033822200041394 .
  15. ^ Jump up to: а б Кейруш-Алвес, Эдуардо; Макарио, Кита; Аскоу, Филиппа; Бронк Рэмси, Кристофер (2018). «Мировой эффект резервуара морского радиоуглерода: определения, механизмы и перспективы» (PDF) . Обзоры геофизики . 56 (1): 278–305. Бибкод : 2018RvGeo..56..278A . дои : 10.1002/2017RG000588 . S2CID   59153548 .
  16. ^ Jump up to: а б с Ципенюк, Юрий М. (1997). Ядерные методы в науке и технике . Бристоль, Великобритания: Издательство Института физики. п. 343. ИСБН  978-0750304221 .
  17. ^ Jump up to: а б Карри, Ллойд А. (2004). «Замечательная метрологическая история радиоуглеродного датирования II» . Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 109 (2): 185–217. дои : 10.6028/jres.109.013 . ПМЦ   4853109 . ПМИД   27366605 .
  18. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 33.
  19. ^ Либби (1965) , с. 42.
  20. ^ Эйткен (1990) , с. 59.
  21. ^ Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001-22. дои : 10.1088/1674-1137/abddae .
  22. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Эйткен (1990) , стр. 61–66.
  23. ^ Jump up to: а б с Эйткен (1990) , стр. 92–95.
  24. ^ Jump up to: а б Боуман (1995) , с. 42.
  25. ^ Энгелькемейр, Антуанетта Г.; Хэмилл, Вашингтон; Ингрэм, Марк Г.; Либби, ВФ (1949). «Период полураспада радиоуглерода (C 14 )". Physical Review . 75 (12): 1825. Бибкод : 1949PhRv...75.1825E . doi : 10.1103/PhysRev.75.1825 .
  26. ^ Джонсон, Фредерик (1951). "Введение" . Мемуары Общества американской археологии . 8 (8): 1–19. дои : 10.1017/S0081130000000873 . JSTOR   25146610 .
  27. ^ Годвин, Х. (1962). «Период полураспада радиоуглерода» . Природа . 195 (4845): 984. Бибкод : 1962Natur.195..984G . дои : 10.1038/195984a0 . S2CID   27534222 .
  28. ^ ван дер Плихт, Дж.; Хогг, А. (2006). «Примечание об отчетности по радиоуглероду» (PDF) . Четвертичная геохронология . 1 (4): 237–240. Бибкод : 2006QuGeo...1..237V . дои : 10.1016/j.quageo.2006.07.001 . S2CID   128628228 . Проверено 9 декабря 2017 г.
  29. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 287.
  30. ^ Jump up to: а б Реймер, Паула Дж.; Бард, Эдуард; Бэйлисс, Алекс; Бек, Дж. Уоррен; Блэквелл, Пол Г.; Рэмси, Кристофер Бронк; Бак, Кейтлин Э.; Ченг, Хай; Эдвардс, Р. Лоуренс (2013). «Радиоуглеродные калибровочные кривые возраста IntCal13 и Marine13, 0–50 000 лет, калибровка BP» . Радиоуглерод . 55 (4): 1869–1887. Бибкод : 2013Radcb..55.1869R . дои : 10.2458/azu_js_rc.55.16947 . hdl : 10289/8955 .
  31. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 26–27.
  32. ^ Пост, Уилфред М. (2001). «Углеродный цикл». В Гуди, Эндрю; Кафф, Дэвид Дж. (ред.). Энциклопедия глобальных изменений: изменения окружающей среды и человеческое общество, том 1 . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр. 128–129. ISBN  978-0-19-514518-2 .
  33. ^ Эйткен, Мартин Дж. (2003). «Радиоуглеродное датирование». В Эллисе, Линда (ред.). Археологический метод и теория . Нью-Йорк: Издательство Garland Publishing. п. 506.
  34. ^ Варнек, Питер (2000). Химия природной атмосферы . Лондон: Академическая пресса. п. 690. ИСБН  978-0-12-735632-7 .
  35. ^ Ферронский, В.И.; Поляков, В.А. (2012). Изотопы гидросферы Земли . Нью-Йорк: Спрингер. п. 372. ИСБН  978-94-007-2855-4 .
  36. ^ Jump up to: а б с д и ж г Боуман (1995) , стр. 24–27.
  37. ^ Jump up to: а б с Кронин, Томас М. (2010). Палеоклиматы: понимание изменения климата в прошлом и настоящем . Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. п. 35. ISBN  978-0-231-14494-0 .
  38. ^ Jump up to: а б Хуа, Цюань; Барбетти, Майк; Раковский, Анджей З. (2013). «Атмосферный радиоуглерод за период 1950–2010 гг.» . Радиоуглерод . 55 (4): 2059–2072. Бибкод : 2013Radcb..55.2059H . doi : 10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177 .
  39. ^ Jump up to: а б с д и ж г Боуман (1995) , стр. 16–20.
  40. ^ Jump up to: а б с Зюсс, HE (1970). «Калибровка радиоуглеродной шкалы времени от 5200 г. до н.э. до наших дней». В Олссоне, Ингрид У. (ред.). Радиоуглеродные вариации и абсолютная хронология . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 303.
  41. ^ Jump up to: а б с Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 50–52.
  42. ^ Jump up to: а б с д Боуман (1995) , стр. 43–49.
  43. ^ Jump up to: а б Эйткен (1990) , стр. 71–72.
  44. ^ «Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой» . Государственный департамент США . Проверено 2 февраля 2015 г.
  45. ^ Jump up to: а б с д и ж г Боуман (1995) , стр. 20–23.
  46. ^ Jump up to: а б с д и ж Маслин, Марк А.; Суонн, Джордж Э.А. (2006). «Изотопы в морских отложениях». В Ленг, Мелани Дж. (ред.). Изотопы в палеоэкологических исследованиях . Дордрехт: Спрингер. п. 246. дои : 10.1007/1-4020-2504-1_06 . ISBN  978-1-4020-2503-7 .
  47. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 125.
  48. ^ Дасс, Чхабил (2007). Основы современной масс-спектрометрии . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. п. 276. ИСБН  978-0-471-68229-5 .
  49. ^ Шёнингер, Маргарет Дж. (2010). «Реконструкция диеты и экология с использованием соотношений стабильных изотопов» . В Ларсене, Кларк Спенсер (ред.). Компаньон биологической антропологии . Оксфорд: Блэквелл. п. 446. дои : 10.1002/9781444320039.ch25 . ISBN  978-1-4051-8900-2 .
  50. ^ Jump up to: а б Либби (1965) , с. 6.
  51. ^ Jump up to: а б Хогг, АГ; Хуа, Ц.; Блэквелл, PG; Ню, М.; Бак, CE; Гилдерсон, ТП; Хитон, Ти Джей; Палмер, Дж. Г.; Реймер, П.Дж.; Реймер, RW; Терни, CSM; Циммерман, СРЗ (2013). «SHCal13 Калибровка южного полушария, 0–50 000 лет кал. лет назад» . Радиоуглерод . 55 (4): 1889–1903. Бибкод : 2013Radcb..55.1889H . дои : 10.2458/azu_js_rc.55.16783 . hdl : 10289/7799 . S2CID   59269731 .
  52. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 74–75.
  53. ^ Паскье-Карден, Алин; Аллард, Патрик; Феррейра, Тереза; Было, Кристина; Коутиньо, Руи; Фонтюнь, Мишель; Жодон, Мишель (1999). «Полученный из магмы 14
    СО
    2
    выброса зафиксированы в 14
    С
    и 13
    Содержание углерода
    в растениях, растущих в кальдере Фурнас, Азорские острова». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 92 (1–2): 200–201. doi : 10.1016/S0377-0273(99)00076-1 .
  54. ^ Эйткен (1990) , стр. 85–86.
  55. ^ Jump up to: а б с д и ж Боуман (1995) , стр. 27–30.
  56. ^ Jump up to: а б с д и ж Эйткен (1990) , стр. 86–89.
  57. ^ Шилар, Ян (2004). «Применение радионуклидов окружающей среды в радиохронологии: Радиоуглерод». В Тыкве Ричард; Берг, Дитер (ред.). Техногенная и естественная радиоактивность в загрязнении окружающей среды и радиохронология . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. п. 166. ИСБН  978-1-4020-1860-2 .
  58. ^ Боуман (1995) , стр. 37–42.
  59. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Боуман (1995) , стр. 31–37.
  60. ^ Jump up to: а б с д и Эйткен (1990) , стр. 76–78.
  61. ^ Трамбор, Сьюзен Э. (1996). «Применение ускорительной масс-спектрометрии в почвоведении». В Буттоне, Томас В.; Ямасаки, Синъити (ред.). Масс-спектрометрия почв . Нью-Йорк: Марсель Деккер. п. 318. ИСБН  978-0-8247-9699-0 .
  62. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 103–104.
  63. ^ Уокер (2005) , с. 20.
  64. ^ Jump up to: а б Уокер (2005) , с. 23.
  65. ^ Киллик, Дэвид (2014). «Использование данных естественных наук в археологии». В Чепмене, Роберте; Элисон, Уайли (ред.). Вещественные доказательства: уроки археологической практики . Абингдон, Великобритания: Рутледж. п. 166. ИСБН  978-0-415-83745-3 .
  66. ^ Малейни, Мэри Э. (2010). Путеводитель для потребителей по археологической науке . Нью-Йорк: Спрингер. п. 96. ИСБН  978-1-4419-5704-7 .
  67. ^ Теодорссон, Палл (1996). Измерение слабой радиоактивности . Сингапур: Мировое научное издательство. п. 24. ISBN  978-9810223151 .
  68. ^ Л'Аннунциата, Майкл Ф.; Кесслер, Майкл Дж. (2012). «Жидкостный сцинтилляционный анализ: принципы и практика». В L'Annunziata, Майкл Ф. (ред.). Справочник по анализу радиоактивности (3-е изд.). Оксфорд: Академическая пресса. С. 423–573 [424]. дои : 10.1016/b978-012436603-9/50010-7 . ISBN  978-0-12-384873-4 .
  69. ^ Jump up to: а б Эрикссон Стенстрем, Кристина; Ског, Горан; Георгиаду, Елизавета; Генберг, Йохан; Йоханссон, Анетт (2011). Справочник по радиоуглеродным единицам и расчетам . Лунд: Лундский университет. п. 3.
  70. ^ Jump up to: а б Эйткен (1990) , стр. 82–85.
  71. ^ Виберт, Андерс (1995). Разработка Лундской системы AMS и оценка нового метода обнаружения AMS . Лунд: Университет Лунда. п. 16.
  72. ^ Туниз, К.; Зоппи, У.; Барбетти, М. (2004). «Радионуклидное датирование в археологии методом ускорительной масс-спектрометрии». Ин Мартини, М.; Милаццо, М.; Пьячентини, М. (ред.). Физические методы в археометрии . Амстердам: IOS Press. п. 395. ИСБН  978-1-58603-424-5 .
  73. ^ Jump up to: а б с МакНикол, AP; Джул, АТС; Берр, Дж.С. (2001). «Преобразование данных AMS в значения радиоуглерода: соображения и соглашения» . Радиоуглерод . 43 (2А): 313–320. Бибкод : 2001Radcb..43..313M . дои : 10.1017/S0033822200038169 .
  74. ^ Терасме, Дж. (1984). «Радиоуглеродное датирование: некоторые проблемы и потенциальные разработки». В Махани, WC (ред.). Четвертичные методы датирования . Амстердам: Эльзевир. п. 5. ISBN  978-0-444-42392-4 .
  75. ^ Л'Аннунциата, Майкл Ф. (2007). Радиоактивность: Введение и история . Амстердам: Эльзевир. п. 528. ИСБН  978-0-444-52715-8 .
  76. ^ Jump up to: а б «Расчеты по радиоуглеродным данным: NOSAMS» . Океанографический институт Вудс-Хоул. 2007 . Проверено 27 августа 2013 г.
  77. ^ Боуман (1995) , стр. 38–39.
  78. ^ Тейлор, RE (1987). Радиоуглеродное датирование . Лондон: Академическая пресса. стр. 125–126. ISBN  978-0-12-433663-6 .
  79. ^ Боуман (1995) , стр. 40–41.
  80. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 155.
  81. ^ Jump up to: а б Эйткен (1990) , с. 66–67.
  82. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 59.
  83. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 53–54.
  84. ^ Jump up to: а б Реймер, П.Дж.; и др. (2020). «Калибровочная кривая радиоуглеродного возраста IntCal20 Северного полушария (0–55 кал кБП)» . Радиоуглерод . 62 (4): 725–757. Бибкод : 2020Radcb..62..725R . дои : 10.1017/RDC.2020.41 . hdl : 10023/20465 .
  85. ^ ван дер Плихт, Дж; и др. (2020). «Последние разработки в области калибровки археологических и экологических образцов» . Радиоуглерод . 62 (4): 1095. Бибкод : 2020Radcb..62.1095V . дои : 10.1017/RDC.2020.22 . hdl : 11585/770537 . S2CID   219087775 .
  86. ^ Хогг, Алан Г.; Хитон, Тимоти Дж.; Хуа, Цюань; Палмер, Джонатан Г.; Терни, Крис С.М.; Саутон, Джон; Бэйлисс, Алекс; Блэквелл, Пол Г.; Босвейк, Гретель; Рэмси, Кристофер Бронк; Пирсон, Шарлотта (август 2020 г.). «SHCal20 Калибровка южного полушария, 0–55 000 лет кал. лет назад» . Радиоуглерод . 62 (4): 759–778. Бибкод : 2020Radcb..62..759H . дои : 10.1017/RDC.2020.59 . hdl : 1893/31560 .
  87. ^ Хитон, Тимоти Дж.; Колер, Питер; Буцин, Мартин; Бард, Эдвард; Реймер, Рон В.; Остин, Уильям Э.Н.; Рэмси, Кристофер Бронк; Гроутс, Питер М.; Хьюэн, Конрад А.; Кромер, Бернд; Реймер, Паула Дж. (август 2020 г.). «Marine20 — Калибровочная кривая морского радиоуглеродного возраста (0–55 000 кал. лет назад)» . Радиоуглерод . 62 (4): 779–820. Бибкод : 2020Radcb..62..779H дои : 10.1017/RDC.2020.68 . hdl : 10023/20464 .
  88. ^ Jump up to: а б Уокер (2005) , стр. 35–37.
  89. ^ Гилдерсон, Том; Реймер, Паула; Браун, Том (21 января 2005 г.). «Благо и губительное радиоуглеродное датирование» . Наука . 307 (5708): 363. doi : 10.1126/science.1104164 . JSTOR   3840039 . ПМИД   15661996 . S2CID   128466798 .
  90. ^ Эйткен (1990) , стр. 103–105.
  91. ^ Уокер (2005) , стр. 207–209.
  92. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 148–149.
  93. ^ Jump up to: а б с «Радиоуглерод: Информация для авторов» (PDF) . Радиоуглерод . Университет Аризоны. 25 мая 2011 г. стр. 5–7. Архивировано из оригинала (PDF) 10 августа 2013 года . Проверено 1 января 2014 г.
  94. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 29.
  95. ^ Миллард, Эндрю Р. (2014). «Соглашения о предоставлении отчетов об определениях радиоуглерода» (PDF) . Радиоуглерод . 56 (2): 555–559. Бибкод : 2014Radcb..56..555M . дои : 10.2458/56.17455 .
  96. ^ Мук, В.Г.; Уотерболк, ХТ (1985). Справочники для археологов: №3: Радиоуглеродное датирование . Страсбург: Европейский научный фонд. стр. 48–49. ISBN  978-2-903148-44-7 .
  97. ^ Хайэм, Т.; и др. (2014). «Время и пространственно-временная закономерность исчезновения неандертальцев». Природа . 512 (7514): 306–309. Бибкод : 2014Natur.512..306H . дои : 10.1038/nature13621 . ПМИД   25143113 . S2CID   205239973 .
  98. ^ Jump up to: а б Боуман (1995) , стр. 53–54.
  99. ^ Годвин, Гарри (1961). «Крунианская лекция: радиоуглеродное датирование и четвертичная история Великобритании». Труды Лондонского королевского общества B: Биологические науки . 153 (952): 287–320. Бибкод : 1961РСПСБ.153..287Г . дои : 10.1098/rspb.1961.0001 . S2CID   140692260 .
  100. ^ Дин, Джошуа Ф.; Гарнетт, Марк Х.; Спиракос, Евангелос; Биллетт, Майкл Ф. (2019). «Потенциальный скрытый возраст растворенного органического углерода, выносимого потоками торфяников» . Журнал геофизических исследований: Биогеонауки . 124 (2): 328–341. Бибкод : 2019JGRG..124..328D . дои : 10.1029/2018JG004650 . hdl : 1893/28684 .
  101. ^ Старейшина, Клейтон Д.; Сюй, Сяомэй; Уокер, Дженнифер; Шнелл, Джордан Л.; Хинкель, Кеннет М.; Таунсенд-Смолл, Эми; Арп, Кристофер Д.; Полман, Джон В.; Гальоти, Бенджамин В. (2018). «В выбросах парниковых газов из различных арктических озер Аляски преобладает молодой углерод» . Природа Изменение климата . 8 (2): 166–171. Бибкод : 2018NatCC...8..166E . дои : 10.1038/s41558-017-0066-9 . S2CID   90232027 .
  102. ^ Дин, Джошуа Ф.; Биллетт, Майкл Ф.; Мюррей, Каллум; Гарнетт, Марк Х. (2017). «Древний растворенный метан во внутренних водах обнаружен с помощью нового метода сбора при низких концентрациях поля для радиоуглеродного (14 C) анализа» . Исследования воды . 115 : 236–244. Бибкод : 2017WatRe.115..236D . дои : 10.1016/j.watres.2017.03.009 . ПМИД   28284090 .
  103. ^ Jump up to: а б с д Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 34–37.
  104. ^ Боусман, К. Бритт; Вьерра, Брэдли Дж. (2012). «Хронология, окружающая среда и взгляды на культурные переходы в конечном плейстоцене и раннем голоцене в Северной Америке». В Боусмане, К. Бритт; Вьерра, Брэдли Дж. (ред.). От плейстоцена к голоцену: человеческая организация и культурные трансформации в доисторической Северной Америке . Колледж-Стейшн, Техас: Издательство Техасского университета A&M. п. 4. ISBN  978-1-60344-760-7 .
  105. ^ Jump up to: а б Макдугалл, Дуг (2008). Природные часы: как ученые измеряют возраст практически всего . Беркли, Калифорния: Издательство Калифорнийского университета. стр. 94–95. ISBN  978-0-520-24975-2 .
  106. ^ Jump up to: а б с Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , стр. 38–42.
  107. ^ Либби (1965) , с. 84.
  108. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 288.
  109. ^ Тейлор, RE (1997). «Радиоуглеродное датирование». В Тейлоре, RE; Эйткен, Мартин Дж. (ред.). Хронометрическая датировка в археологии . Нью-Йорк: Пленум Пресс. стр. 65–97. ISBN  978-0-306-45715-9 .
  110. ^ Jump up to: а б Тейлор, RE (1987). Радиоуглеродное датирование . Лондон: Академическая пресса. стр. 143–146. ISBN  978-0-12-433663-6 .
  111. ^ Тейлор и Бар-Йосеф (2014) , с. 13.
  112. ^ Уокер (2005) , стр. 77–79.
  113. ^ Уокер (2005) , стр. 57–77.
  114. ^ Уокер (2005) , стр. 93–162.

Источники

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b50e60d6f9d4d3eb960e61f72c90da23__1720871040
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b5/23/b50e60d6f9d4d3eb960e61f72c90da23.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Radiocarbon dating - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)