Датирование с помощью углерода 14

Многие люди предполагают, что возраст некоторых горных пород, установленный с помощью радиоуглеродного датирования (углеродом-14) насчитывает «миллионы лет». Однако на самом деле это не так. Причина проста. С помощью углерода-14 до его распада можно измерить возраст лишь в «тысячи лет».

Самым известным из всех существующих методов радиометрического датирования является радиоуглеродное датирование. Хотя многие люди считают, что с помощью радиоуглеродного датирования можно установить возраст горные породы, этот способ применим лишь к предметам, содержащим углеродный материал и которые когда-то были живы (например, окаменевшие остатки).

Датирование с помощью углерода -14

Часть 1. Понимание основ

Часть 3. Загадка для креацианистов: окаменелости в возрасте 50 тысяч лет?

Как образуется радиоуглерод

В отличие от радиоуглерода ( 14 C), другие радиоактивные элементы, которые применяются для датирования горных пород, – например, уран ( 238 U), калий ( 40 K), и рубидий ( 87 Rb), насколько нам известно, не формируются в земных условиях. Можно предположить, что Бог создал эти элементы, творя Землю в ее первозданном виде.

Радиоуглерод же, напротив, продолжает формироваться и сегодня в верхних слоях атмосферы. Насколько нам известно, он продолжает формироваться в верхних слоях земной атмосферы с момента ее сотворения на второй день недели сотворения (в виде части пространства, или тверди, описанной в книге Бытия 1:6–8).

Так как же образовывается радиоуглерод? Космические лучи постоянно «бомбардируют» верхние слои земной атмосферы, создавая быстро движущиеся нейтроны (субатомные частицы, не несущие электрического заряда) (Рисунок 1a). 1 Эти быстро движущиеся нейтроны сталкиваются с атомами азота-14, наиболее распространенного элемента в верхних слоях атмосферы, и превращают их в радиоуглеродные атомы (углерод-14).

Формирование УГЛЕРОДА -14 (рисунок 1a): Когда космические лучи бомбардируют атмосферу Земли, в результате получаются нейтроны. Когда эти высвободившиеся нейтроны сталкиваются с атомами азота в атмосфере, эти атомы превращаются в атомы радиоактивного углерода -14.

Поглощение УГЛЕРОДА-14 (Рисунок1b): Растения поглощают углерод -14 в процессе фотосинтеза. Когда животные поедают растения, углерод-14 проникает в их кости и распадается на азот -14 с такой же скоростью, как вырабатывается новый углерод-14. Таким образом, уровень углерода-14 остается стабильным.

Разрушение УГЛЕРОДА-14 (Рисунок 1c): Когда животное умирает, углерод-14 продолжает распадаться на азот-14 и испаряться, в то время как новый углерод-14 в мертвый организм больше не поступает. Путем сравнения оставшегося количества углерода-14 с его изначальным содержанием ученые могут рассчитать, как давно это животное погибло.

Поскольку атмосфера приблизительно на 78% состоит из азота, 2 вырабатывается достаточно большое количество атомов радиоуглерода – в среднем, около 7,5 кг в год. Эти атомы быстро смешиваются с атомами кислорода (второго по количеству элемента в атмосфере – около 21%) и образуют углекислый газ (CO2).

Этот углекислый газ, ставший теперь радиоактивным благодаря углероду-14, практически неотличим от обычного углекислого газа, находящегося в атмосфере (однако обычный углекислый газ более легкий по весу, поскольку содержит углерод-12). Радиоактивный и нерадиоактивный углекислый газ смешиваются в атмосфере и растворяются в океанах.

В процессе фотосинтеза углекислый газ поступает в растения и водоросли, и, таким образом, радиоуглерод попадает в цепь питания. Затем радиоуглерод попадает в тела животных, когда они поедают растения (Рисунок 1б). Даже мы, люди, радиоактивны, поскольку незначительное количество радиоуглерода попадает и в наши тела.

Определение скорости распада радиоуглерода

Ядра атомов сформированного углерода -14 нестабильны, поэтому со временем они прогрессивно распадаются на стабильные ядра азота-14. 3 Нейтрон распадается на протон и электрон, а электрон выбрасывается во внешнюю среду. Этот процесс называют бета-распадом. Выброшенные электроны называются бета-частицами, которые производят так называемую бета-радиацию.

Поскольку углерод-14 распадается так быстро, его можно использовать для датирования живых существ, умерших на протяжении последних нескольких тысяч, а не нескольких миллионов лет.

Не все атомы радиоуглерода распадаются одновременно. Различные атомы углерода-14 распадаются на азот-14 за различное время, и это объясняет, почему распад радиоуглерода считается произвольным процессом.

Чтобы измерить период распада, специальный детектор определяет количество бета-частиц, выброшенных определенным количеством углерода за определенный промежуток времени, например, за месяц (для иллюстрации). Поскольку выброс каждой бета-частица означает распад одного атома углерода-14, мы можем узнать, сколько атомов углерода-14 распалось за один месяц.

Ученые-химики уже определили, сколько атомов содержится в определенной массе каждого элемента, например, углерода. 4 Поэтому, взвесив определенный объем углерода, мы сможем рассчитать, сколько в нем атомов углерода.

Зная, что какое-то количество атомов углерода радиоактивны, мы также сможем рассчитать, сколько атомов радиоуглерода содержится в этом образце. А зная количество атомов, распавшихся в нашем образце на протяжении месяца, мы можем рассчитать скорость распада радиоуглерода.

Стандартный способ выражения скорости распада называется периодом полураспада. 5 Он определяется, как период времени, за который распадается половина определенного количества радиоактивного элемента. Итак, если на начальном этапе у нас было 2 миллиона атомов углерода-14 в определенном нами количестве углерода, то периодом полураспада радиоуглерода будет период времени, необходимый для распада половины, то есть 1 миллиона атомов. Период полураспада радиоуглерода или скорость распада, как было определено учеными, составляет 5730 лет.

Использование радиоуглерода для датирования

Далее возникает вопрос: как ученые используют эти знания для датирования различных образцов? Если углерод-14 формировался с неизменной интенсивностью на протяжении довольно длительного периода и постоянно смешивался с биосферой, то уровень углерода-14 в атмосфере должен оставаться неизменным.

Если этот уровень не меняется, в живых растениях и животных должен поддерживаться постоянный уровень содержания углерода-14. Причина заключается в том, что пока организм жив, любые молекулы углерода в нем распадаются на азот.

После гибели растения или животного, они больше не замещают молекулы, подвергнутые радиоуглеродному распаду. Вместо этого атомы радиоуглерода в этих телах постепенно разрушаются, и соотношение атомов углерода -14 с атомами обычного углерода со временем постепенно уменьшается (Рисунок 1c).

Предположим, что мы обнаружили череп мамонта и хотим провести датирование, чтобы определить, насколько давно он жил. Мы можем измерить в лаборатории, сколько атомов углерода-14 сохранилось в черепе. Если предположить, что в костях мамонта изначально присутствовало такое же количество атомов углерода-14, которое содержится в костях современных животных (в среднем, один атом углерода-14 на один триллион атомов обычного углерода -12), то, зная период полураспада радиоуглерода, мы можем рассчитать, насколько давно умер мамонт. Все довольно просто.

Этот метод датирования напоминает по своему принципу песочные часы. 6 Песчинки, которые изначально заполняли верхнюю часть часов – это количество атомов углерода-14 в теле живого мамонта незадолго до его смерти. Предполагается, что это количество атомов углерода-14, которое содержится в теле слонов, живущих сегодня. Со временем эти песчинки падают в нижнюю часть часов, поэтому новое количество песчинок – это количество атомов углерода-14, оставшихся в черепе мамонта, когда он был найден.

Разница в количестве песчинок олицетворяет количество атомов углерода-14, распавшихся на азот-14 со времени смерти мамонта. Поскольку мы измерили скорость, с которой песчинки падают вниз (период полураспада радиоуглерода), мы можем рассчитать, сколько времени потребовалось для распада атомам углерода-14, а значит, мы сможем узнать, какое время прошло со времени смерти мамонта.

Таков принцип работы метода радиоуглеродного датирования. И поскольку период полураспада углерода-14 составляет всего 5730 лет, радиоуглеродное датирование материалов, содержащих углерод, может предоставлять нам даты лишь в тысячи лет. Данные о миллионах лет противоречат истории Земли, изложенной в Библии, - истории рассказанной самим Богом.

Доктор Эндрю Снеллинг имеет степень кандидата геологических наук, которую он получил в Сиднейском университете. Он работал консультантом по геологическим исследованиям во многих организациях, как в Австралии, так и в Америке. Доктор Снеллинг является автором многих научных статей, а также директором по исследованиям в организации «Ответы в книге Бытия», США.

Ссылки и примечания

1. S. Bowman, Interpreting the Past: Radiocarbon Dating (London: British Museum Publications, 1990). Вернуться к тексту.
2. S. S. Zumdahl, Chemical Principles, 2nd edition (Lexington, Massachusetts: D. C. Heath and Company, 1995), p.171. Вернуться к тексту.
3. A. Dickin, Radiogenic Isotope Geology, 2nd edition (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2005), pp. 383–398. Вернуться к тексту.
4. Ref. 2, p. 55, 1995. For radiocarbon this number is