Крис Терни - Terni_Kosti_skalyi_i_zvezdyi._Nauka_o_tom_kogda_chto_proizoshlo.395719
Рис. 3.2. Кривая распада радиоуглерода
Примечание: Форма кривой одинакова для всех радиоактивных изотопов
В радиоуглеродном датировании принято несколько важных допущений: во-первых, приходится исходить из того, что содержание 14С в атмосфере не менялось со временем; во-вторых, что содержание радиоуглерода в организмах живых существ одинаково и совпадает с его концентрацией в атмосфере; в-третьих, что после смерти количество радиоуглерода в образце не увеличивается. В некоторых случаях, однако, эти допущения нарушаются, поэтому надо с осторожностью подходить и к измерениям, и к интерпретации результатов.
Чтобы определить возраст с помощью радиоуглеродного анализа, нужно выбрать какую-то точку отсчета, поскольку простое измерение количества 14С в образце нам ничего не даст. Радиоуглеродное датирование применяется уже более 50 лет. Если сегодня подвергнуть анализу крупное древнее семя, ранее уже датированное Либби, получится разница в 50 лет, с учетом совокупного распада с того времени. Однако растение, породившее это семя, могло существовать в какой-то один момент времени.
Чтобы преодолеть эту проблему, за отправную точку берут 1950 г. н. э., и все полученные результаты анализа выражают в количестве лет «до настоящего времени». Например, датируя кусок коры с дерева, росшего в 950 г. н.э., исследователь запишет возраст как 1000 лет до настоящего времени. В археологических же образцах для удобства часто пользуются общепринятыми «до н. э.» и «н. э.».
Еще больше все запутывает то, что радиоуглеродный анализ дает лишь приблизительную датировку. Из существующих научных методов датирования практически ни один не способен определить возраст объекта с точностью до года — за исключением дендрохронологического, но о нем позже. Определив содержание радиоуглерода, ученые вынуждены при окончательном определении возраста делать поправку на различные факторы. А их немало: вероятность, что образец подвергался радиоуглеродному загрязнению в естественной среде или в лаборатории; различия в радиоактивном распаде на атомном уровне; чувствительность оборудования — все это надо принимать во внимание. Поэтому устанавливается погрешность, дающая временной диапазон, в который уже точно попадает анализируемый образец.
Вернемся к нашему вымышленному ученому и предположим, что он может бесконечное множество раз провести анализ одного и того же образца. На это ему понадобится вагон времени, уйма денег и неисчерпаемый образец, но в воображении возможно все. Тогда наш ученый, если не сойдет с ума, получит множество слегка отличающихся друг от друга радиоуглеродных датировок. Разница между ними будет невелика, и на графике они расположатся по гауссиане — кривой нормального распределения (рис. 3.3). В нормальном распределении большинство значений попадают в середину кривой, где и отражен правильный возраст, и по мере удаления от центра значения становятся все более редкими.
К сожалению, не известно, в какую область кривой попадут результаты конкретной датировки. И узнать мы не сможем, разве что действительно проделаем упражнение нашего воображаемого ученого. К счастью, у нас нет необходимости тратить бесконечное время на датировку одного и того же образца, поскольку погрешность датировки можно получить с помощью статистического моделирования, рассчитав среднее квадратическое отклонение. В радиоуглеродном анализе в качестве нормы принято одно среднее квадратическое отклонение, записывающееся как «1δ», — оно позволяет с уверенностью 68% указать разброс, в который попадает датировка.
У куска коры из приведенного выше примера погрешность для радиоуглеродного возраста 1000 лет до современности составит 100 лет. Записывается это как 1000±100 до современности. Можно утверждать с 68%-ной вероятностью, что эта часть дерева формировалась в промежутке от 900 до 1100 лет до 1950 г., т.е., другими словами, между 850 и 1050 гг. н.э. Если мы хотим еще уточнить результаты, можно увеличить погрешность до 1000±200 до современности. Это даст нам 95%-ную вероятность, или 2δ, что искомый возраст попадает в промежуток от 750 до 1150 гг. н.э.
Рис. 3.3. Нормальное распределение
¤
Долгое время Церковь препятствовала проведению радиоуглеродного анализа Туринской плащаницы — прежде всего потому, что для этого требовался достаточно крупный кусок образца. Исследователям пришлось бы уничтожить значительную часть плащаницы. Однако в 1970-х появился новый метод, а с ним новая надежда. Этот метод под названием «ускорительная масс-спектрометрия», основанный на физике ускорителей, дал возможность фиксировать крайне малые различия в массах изотопов, позволяя подсчитать количество отдельных радиоактивных атомов. Это был переворот. Отпала необходимость брать большой кусок материи. УМС сокращала время анализа одного образца с 50 часов до нескольких минут, а органического материала требовалось всего с чайную ложку. Зачастую можно было обойтись одним граммом. Так у ученых появилась новая возможность датировать Туринскую плащаницу.
Долго дискутировали по поводу взятия образцов и предварительной подготовки плащаницы. К 1986 г. семь лабораторий радиоуглеродного анализа подготовили рекомендации по процедуре датировки Плащаницы. В 1987 г. архиепископ Туринский, проконсультировавшись с Ватиканом, отобрал три лаборатории масс-спектрометрического анализа — в Аризоне, Оксфорде и Цюрихе. Им было поручено провести исследование образцов, взятых под наблюдением Британского музея. Взятие образцов состоялось 21 апреля 1988 г. в капелле собора Иоанна Крестителя, практически весь процесс от начала до конца был снят на пленку и происходил на глазах многочисленных наблюдателей. От плащаницы отрезали единственную полоску шириной 1 см и длиной 7 см, которую затем разделили на три образца весом примерно по 50 мг — до появления масс-спектрометрии датировать такие крошечные образцы не представлялось возможным. Вместе с этими образцами в лаборатории были переданы три похожих куска льняной ткани — для определения возраста и последующего сравнения с плащаницей.
Здесь важно отметить следующее: с помощью радиоуглеродного анализа определяется не время использования плащаницы, а время, когда был собран лен, из которого ее соткали. Именно в это время растение успело получить последнюю дозу радиоуглерода перед «гибелью». Для датировки плащаницы это не так уж существенно, поскольку предполагалось, что разрыв между изготовлением ткани и использованием ее в качестве савана вряд ли превысит несколько лет. Эти несколько лет, учитывая приблизительность датировки радиоуглеродным методом, большой роли не сыграют.
Данные эксперимента по датировке плащаницы были опубликованы в журнале Nature в 1989 году и вызвали большой ажиотаж. В Аризонской лаборатории возраст определили как 646±31 лет до современности, в Оксфорде — 750±30 лет до современности, а в Цюрихе — 676±24 лет до современности. При сравнении погрешности были признаны статистически неотличимыми в интервале 95%-ной достоверности, поэтому данные усреднили, получив возраст в 689±16 лет до современности. Плащаница оказалась существенно моложе 2000 лет.
Как уже упоминалось ранее, в радиоуглеродном анализе принят ряд допущений, и одно из них — содержание радиоуглерода в атмосфере не меняется с течением времени. Однако на самом деле это не так. Общее содержание радиоуглерода в атмосфере варьируется, растягивая и сжимая «радиоуглеродное время» в прошлом. В практическом отношении из этого следует, что радиоуглеродный год не равен календарному. К счастью, это поправимо, однако требуется пересчет радиоуглеродных лет в календарные с помощью заведомо точно датируемого дерева.
У многих видов деревьев рост происходит за счет прибавления «годичных колец» — каждый год под корой нарастает новое кольцо. Мы еще рассмотрим этот процесс подробнее, а сейчас достаточно знать, что, подсчитав их количество, можно вычислить календарный возраст дерева. Поскольку деревья участвуют в процессе фотосинтеза, их листья, а в конечном итоге и кольца отражают количественное содержание радиоуглерода в атмосфере. А это непосредственный показатель концентрации 14С в воздухе на момент фотосинтеза. Проведя исследование отдельных древесных образцов, сформировавшихся в прошлом, ученые проследили, как колебалось во времени содержание радиоуглерода в атмосфере. Таким образом удалось нанести радиоуглеродные годы на календарную шкалу и построить «радиоуглеродную калибровочную кривую». Из-за изменений солнечной активности, силы магнитного поля Земли и углеродного цикла планеты содержание радиоуглерода не было постоянным. Картину изменений можно представить в виде плавной кривой, прерываемой крутыми пиками. Радиоуглеродные часы то отстают от действительного времени, то вдруг резко ускоряют ход.
