Радиоуглеродный анализ

У.Ф. Либби

Радиоуглеродный (РУ) метод абсолютного датирования органических предметов был изобретён американским химиком Уилардом Либби в 1946 году, в 1960 году Либби стал Нобелевским лауреатом по химии за обоснование этого метода и его применение. Новохронологи оспаривают надёжность результатов этого метода и добросовестность его использования историками традиционного направления

Идея РУ–метода

РУ–метод заключается в измерении процентного содержания радиоактивного изотопа углерода ¹⁴С в органике и расчётах возраста органики на этом основании. С помощью этого метода определяют возраст углеродосодержащих материалов, сформировавшихся не более 60000 лет назад ([4, с. 49, 55]).

Изначально идея Либби опиралась на следующие гипотезы:

1. ¹⁴С образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей, затем перемешивается в атмосфере, входя в состав углекислого газа. Предполагалось, что процентное содержание ¹⁴С в атмосфере является постоянным и не зависит от времени и места, несмотря на неоднородность самой атмосферы и распад изотопов.
2. Скорость радиоактивного распада является постоянной величиной, измеряемой периодом полураспада в 5568 лет (предполагается, что за это время половина изотопов ¹⁴С превращается в ¹²С).
3. Животные и растительные организмы строят свои тела из углекислоты, добываемой из атмосферы, и при этом живые клетки содержат тот же процент изотопа ¹⁴С, что находится в атмосфере.
4. По смерти организма, его клетки выходят из цикла углеродного обмена, поэтому изотопы углерода ¹⁴С по экспоненциальному закону радиоактивного распада превращаются в стабильный изотоп ¹²С. Что и позволяет расчитать время, прошедшее со времени смерти организма. Это время называется «радиоуглеродным возрастом».

Идея РУ–метода не представляла собою теоретического открытия, поскольку была заимствована Либби из ядерной физики, являясь прямым переносом теории Э. Резерфорда на нестабильный изотоп углерода.

История метода радиоизотопного датирования

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген открыл новый тип излучения, возникающего при прохождении тока в катодной трубке, который регистрировала пластинка, покрытая люминисцентной солью бария. Оно проходило через непрозрачные преграды и было названо Рентгеном Х–лучами, впоследствии они были переименованы в рентгеновские лучи. Аналогичные лучи были обнаружены французским учёным Антоном–Генрихом Беккерелем (Becquerel, 1852–1908) в 1896 году: он заметил, что соль урана (сульфат уранила калия) выделяет какие–то лучи, засвечивающие фотопластинку в темноте. Антуан–Анри Беккерель поручил разобраться с этим явлением своей аспирантке Марии Склодовской–Кюри (Curie, 1867–1934), эмигрировавшей из Польши в 1891 году. Процесс испускания ураном невидимых лучей Мария Кюри назвала «радиоактивностью». В 1898 году вместе со своим мужем Пьером Кюри (1859–1906) она открыла два химических элемента, обладавших большей радиоактивностью, чем уран. Они были названы «полонием» и «радием». В это время новозелландец Эрнест Резерфорд (Rutherford, 1871–1937), начавший работать в университете Макгилла канадского Монреаля (McGill University, Montreal, Quebec, Canada) заинтересовался новыми радиоактивными элементами и вместе с коллегой Фредериком Содди (Soddy, 1877–1956) выяснил, что эти химические элементы распадаются на другие, чем и объясняется явление радиоактивности. Резерфорд предположил, что радиоактивный распад происходит таким образом, что за один период времени распадается одна и та же доля радиоактивного элемента, вне зависимости от его количества. То есть, масса элемента за время T изменяется по закону:

M(T) = M(0)*2 ^{–T / T₀}, где T₀ — так называемый «период полураспада» элемента.

Определив период полураспада урана, Резерфорд по содержанию продукта распада урана (свинца) в уранините вычислил возраст Земли — 700 миллионов лет. Эта величина в настоящее время считается заниженной примерно в 7 раз, но это было революционным открытием в 1904 году, когда Резерфорд доложил о нём в Королевском институте Лондона. На лекции присутствовал его кембриджский учитель лорд Кельвин, он же Уильям Томсон (Thomson baron Kelvin, 1824–1907), который в 1897 году определил возраст Солнца и Земли в 24 миллиона лет (для этого он оценил скорость проистекания химических реакций горения какого–то топлива на Солнце). Первая оценка возраста Солнца и Земли на том же принципе была предпринята Томсоном в 1862 году и составляла 98 миллионов лет, но тогда он допускал, что величина может колебаться от 20 миллионов до 400 миллионов лет. Лорд Кельвин не принял результата Резерфорда и до конца жизни считал свой результат самым выдающимся своим открытием (при огромном многообразии достижений в области науки и техники).

На этом примере мы видим, что изначальная идея Резерфорда, заимствованная Либби, содержала некоторую неустранимую методом ошибку, несмотря на обоснование теории Резерфорда квантовой механикой. Так, радиоизотопное датирование Земли, Солнца и Солнечной системы (считается, что они возникли одновременно) проводимое по различным изотопам, дают огромный разброс — от 20 тысяч лет (по аргону) — до 4.5 миллиардов. Последний возраст вычислен геологом Клэром Паттерсоном по содержанию изотопов свинца в метеоритах в 1953 году и в настоящее время считается окончательной величиной. Скорее всего, ошибки содержатся сразу в нескольких постулатах данного метода.

Радиоуглеродное датирование опирается на подсчёт изотопов углерода: стабильных — ¹²С и ¹³С и радиоактивного — ¹⁴С. Последний из них очень редок и составляет примерно 10^-12 от всего современного углерода на Земле. Согласно гипотезе Либби, ¹⁴С образуется в верхних слоях атмосферы при бомбардировке азота космическим излучением:

n + ¹⁴N ---> ¹⁴C + p

Получившийся углерод превращается в углекислый газ CO₂ и поглощается растениями в результате фотосинтеза. В последствии радиоуглерод встраивается в пищевую цепочку животных. Согласно предположению Либби, концентрация радиоуглерода в живых организмах равна его концентрации в атмосфере, а после смерти организма из–за радиоактивного распада эта концентрация снижается по известному закону:

¹⁴C ---> ¹⁴N + e^– + ν_e

В конце 40–х годов Либби, якобы, доказал, что концентрация радиоуглерода в атмосфере одинакова во всём мире ([4, с. 52]), и поэтому ¹⁴С можно использовать для датирования органических останков.

Критика РУ–метода

У этой теории, по мере накопления материала, стали появляться контрпримеры: недавно умершие организмы внезапно получались очень древними, или напротив — могли содержали столь огромное количество изотопа, что получали отрицательный РУ–возраст. Некоторые заведомо древние предметы имели молодой РУ–возраст (такие артефакты объявлялись поздними подделками). В итоге оказалось, что РУ–возраст далеко не всегда совпадает с истинным возрастом, в том случае, когда истинный возраст можно проверить. Но РУ–метод применяется в основном для датирования органических предметов неизвестного возраста, тем самым эти даты могут и не иметь независимой проверки. Получаемые парадоксы можно объяснить следующими недостатками теории Либби (эти и иные факторы проанализированы в книге [1], в томе I, стр. 311–318):

1. Непостоянство, неравномерность процентного содержания ¹⁴С в атмосфере, его неоднородное распределение. Содержание ¹⁴С зависит от космического фактора (интенсивность солнечного излучения) и земного (поступление в атмосферу «старого» углерода из-за горения или гниения древней органики, возникновения новых источников радиоактивности, колебаний магнитного поля Земли). Изменение этого параметра на 20% влечёт ошибку в РУ–возрасте почти в 2 тысячи лет.
2. Скорость радиоактивного распада изотопов не является постоянной, — действительно, со времён Либби период полураспада ¹⁴С по официальным справочникам «изменился» на сотню лет, то есть,— на пару процентов (этому соответствует изменение РУ–возраста на полторы сотни лет). Кстати, первоначальные значения этой величины оценивались то в 2200, то в 4000 лет. По всей видимости, значение этого периода значительно (в пределах нескольких процентов) зависит от экспериментов, в которых он определяется. А, возможно, зависит от каких-то внешних условий, полей и сил, например — от взаимодействия атомов или ядер изотопа. Поскольку теоретическое обоснование этого положения методом математической статистики опирается на гипотезу о независимости поведения различных атомов изотопа.
3. Изотопы углерода не являются вполне химически эквивалентными, и поэтому клеточные мембраны могут использовать их избирательно: некоторые абсорбировать ¹⁴С, некоторые — наоборот, избегать его. Поскольку процентное содержание ¹⁴С ничтожно (один атом ¹⁴С к 10 миллиардам атомов ¹²С), даже незначительная избирательность клетки в изотопном отношении повлечёт большое изменение РУ–возраста (колебание на 10% приводит к ошибке примерно 600 лет).
4. По смерти организма, его ткани не выходят из углеродного обмена, участвуя в процессах гниения и диффузии.

Коррекция РУ–метода и её критика

«Единственным методом, который возник не так давно, это является метод радиоуглеродного датирования. И собственно именно его чаще всего выставляют как доказательство современной хронологической версии. Это метод сам по себе является научным, хотя его надо калибровать. И им заниматься. Потому что научный метод это не просто так. Чтобы довести его до надежных результатов, его надо разрабатывать. Идея совершенно правильная была. Но использование этого метода в археологической и исторической науке является ненаучным. Сам метод научный, а метод использования ненаучный. Скажу только одну вещь. Ни одна радиоуглеродная лаборатория в мире не примет от историка или археолога образец для датирования без указания предварительной даты, полученной на основе исторических соображений. Это некое соглашение, которое не позволяет изменить с помощью радиоуглеродного датирования современную хронологию. Целая система построена, она была построена в конце 20 века, когда археологи и историки поняли опасность радиоуглеродного метода, когда он стал набирать точность и они поняли опасность, когда многие памятники якобы очень древние из музеев и очень ценные с помощью радиоуглеродного датирования показывали свою новизну. Было созвано несколько конгрессов. И была выработана методика международная по сути защищающая современную историческую хронологическую версию от радиоуглеродных дат. Эта методика зиждется на нескольких китах, я подробно рассказывать не буду, потому что это займет некоторое время. Но в результате современные датировки радиоуглеродные используемые историками, не являются по сути датировками, а являются просто рекламной профанацией.» (Г.В. Носовский: интервью радио «Эхо Москвы», 19 октября 2012)

Со времени Либби физики–радиоуглеродчики научились очень точно определять содержание изотопа в образце, заявляют даже, что они способны пересчитать отдельные атомы изотопа. Разумеется, такой подсчёт возможен только для небольшого образца органической ткани, но в этом случае возникает вопрос — насколько точно этот небольшой образец представляет весь предмет? Насколько однородно содержание изотопа в нём? Ведь ошибки в несколько процентов приводят с столетним изменениям РУ–возраста.

Калибровочная шкала ¹⁴С

Признав существенное непостоянство содержание ¹⁴С в атмосфере, физики–радиоуглеродчики примерно с 70–х годов стали строить, т. н. «калибровочные шкалы» изотопа ¹⁴С: по распределению изотопа в кольцах долгоживущих деревьев (американских секвой тысячелетнего возраста) было экстраполировано содержание изотопа в атмосфере за последние несколько тысяч лет. Такая шкала имеет определённый смысл для того региона, где она составлялась, но перенос её в другие регионы, на другие континенты является малообоснованным, и, скорее всего, ошибочным.

Попытки построения аналогичных шкал по короткоживущим деревьям Европы порождает иную проблему: РУ–шкала оказывается привязанной к дендрошкале региона, составленной, как указано выше, ещё менее надёжно. В итоге получается, что РУ–шкалу привязывают к произвольной и ошибочной дендрошкале, а последнюю обосновывают ссылкой на согласие с РУ–шкалой: и слепой ведёт слепого. Такого рода аргументы любят повторять российские археологи из школы Колчина. Калибровочная шкала ¹⁴С испытывает значительную вариацию своих значений. Это привело к тому, что теперь для определения РУ–возраста радиоуглеродчикам необходимо знать интервал поиска необходимой даты, поскольку нужные значения содержания изотопа теперь могут располагаться во всех исторических тысячелетиях. Этот интервал берётся из априорных указаний традиционных историков: историки указывают подозрительный век — радиоуглеродчики выдают историкам «точную» дату, в других веках даты были бы иными. Процесс получения иных датировок на том же материале проиллюстрировал А.М. Тюрин [2].

Все эти новшества РУ–метода пытаются снять влияние фактора 1), из предыдущих, а прочие — учёту не поддаются. В итоге, получается так, что радиоуглеродные датировки являются не более надёжными или научными, чем датировка «на глазок», по «стилю эпохи», но они используются для создания впечатления о научности традиционной хронологии, созданной средневековыми астрологами и богословами. Иной раз от историков приходится слышать даже заявления о том, что РУ–методом датированы античные монеты! Но даже если бы эти монеты были чугунными и содержали бы достаточное количество углерода, то РУ–датирование должно было бы показать не время изготовления монеты, а возраст руды (многие сотни тысяч лет). Следует думать, что многие ссылки на РУ–датирование являются таким же обманом научного мира.

Примеры применения

• Одним из показательных примеров работы РУ–метода является скандальная датировка Туринской плащаницы:

«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.» ([4, Гл. 3, с. 61])

«Резкое противоречие между приведенными в статье из Nature данными и делаемыми из них выводами бросается в глаза любому специалисту по математической статистике. Подробный разбор и критический анализ статьи в Nature можно найти, например, в статьях Реми ван Халста (Remi Van Haelst) [183]. В них приведены проверочные расчеты и показано, что результаты измерений в Аризоне образуют заведомо неоднородную выборку. Кроме того, ван Халст, как на основе статистического анализа данных из Nature, так и на основе сведений, полученных им из частных бесед со специалистами, участвовавшими в датировке Туринской плащаницы, делает весьма правдоподобный с нашей точки зрения вывод о том, что измерения были несколько «подтянуты» к середине XIV века.» ([3])

• В 1973 году Аллан Л. Брайан из Университета Альберты, используя радиоуглеродный метод, определил возраст человеческих следов на вулканическом пепле в Акавалинке (Acahualinca, Nicaragua) в 5945±145 радиоуглеродных лет, а в 2008 году группа учёных (H.–U. Schmincke, S. Kutterolf, W. Perez, J. Rausch, A. Freundt, W. Strauch) датировала возраст самих вулканических отложений под этими следамии, получив возраст лишь 2120±120 лет.

Цитаты

«Мы не отвергаем радиоуглеродный метод. Но его надо применять в научном, а не рекламном смысле. В частности, с обоснованной оценкой точности. Случай Туринской плащаницы отличается от других тем, что опубликованы исходные данные измерений, поэтому можно делать какие-то выводы. Подавляющее же большинство применений радиоуглеродного метода в истории — чистая реклама, не имеющая никакого отношения к науке.» (Г.В. Носовский, 20 марта 2015)

Литература

1. Постников М.М. «Критическое исследование хронологии древнего мира, в 3–х томах»,— М.: Крафт+Леан, 2000 (написана в 1978 г.)
2. Тюрин А.М. «Восемь статей по РУ–анализу»,— Сборник статей по новой хронологии, В.3, 2005
3. Носовский Г.В., Фоменко А.Т. «Царь Славян»,— СПб.: Нева, 2004, 640 с. (Глава 1. 3.2. Подробности радиоуглеродной датировки Туринской плащаницы)
4. Тёрни К. «Кости, скалы и звезды. Наука о том, когда что произошло»,— М.: Альпина нон–фикшн, 2011, 235 с. (Глава 3: Поддельная Туринская плащаница, с. 46–65)
5. Kamen M.D. Radiant Science, Dark Politics: A Memoir of the Nuclear Age,— University of California Press, 1985, 348 p.

Ссылки

• Радиоуглеродное датирование в энциклопедии Кольера
• Damon P.E., etc. «Radiocarbon Dating of the Shroud of Turin»,— Nature, Vol. 337, No. 6208, pp. 611–615, 16th February, 1989
• «Представлен уточненный вариант калибровочной кривой радиоуглеродного датирования», Компьюлента, 17 января 2010