Радиоуглеродное датирование

Метод определения возраста предметов

Радиоуглеродное датирование помогло подтвердить подлинность свитков Мертвого моря .

Радиоуглеродное датирование (также называемое углеродным датированием или датированием по углероду-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 и основан на постоянном создании радиоуглерода (¹⁴
C ) в атмосфере Земли при взаимодействии космических лучей с атмосферным азотом . В результате¹⁴
С соединяется с кислородом воздуха , образуя радиоактивный диоксид углерода , который в процессе фотосинтеза попадает в растения ; затем животные его приобретают.¹⁴
C , поедая растения. Когда животное или растение умирает, оно прекращает обмениваться углеродом с окружающей средой, и после этого количество¹⁴
Содержание C в нем начинает уменьшаться по мере¹⁴
C подвергается радиоактивному распаду . Измерение доли¹⁴
C в образце из мертвого растения или животного, например, куска дерева или фрагмента кости, дает информацию, которую можно использовать для расчета времени смерти животного или растения. Чем старше образец, тем меньше¹⁴
C там должен быть обнаружен, и поскольку период полураспада¹⁴
C (период времени, по истечении которого половина данного образца распадется) составляет около 5730 лет, самые старые даты, которые можно надежно измерить с помощью этого процесса, датируются приблизительно 50 000 лет назад (в этом интервале около 99,8%¹⁴
C распадется), хотя специальные методы подготовки иногда позволяют провести точный анализ старых образцов. В 1960 году Либби получил Нобелевскую премию по химии за свою работу.

Исследования продолжаются с 1960-х годов, чтобы определить, какова доля¹⁴
C в атмосфере за последние 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 доли¹⁴
C в различных типах организмов (фракционирование) и различные уровни¹⁴
С по всей биосфере (эффект резервуара). 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.

Поскольку время, необходимое для преобразования биологических материалов в ископаемое топливо , значительно больше времени, необходимого для его¹⁴
С распадаться ниже обнаруживаемых уровней, ископаемое топливо почти не содержит¹⁴
C. В результате, начиная с конца 19 века, произошло заметное падение доли¹⁴
С в атмосфере, поскольку углекислый газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива, начал накапливаться. Наоборот, ядерные испытания увеличили количество¹⁴
Содержание углерода в атмосфере достигло максимума примерно в 1965 году и почти вдвое превысило его количество, присутствовавшее в атмосфере до ядерных испытаний.

Измерение радиоуглерода первоначально проводилось с помощью бета-счетчиков, которые подсчитывали количество бета-излучения , испускаемого распадающимися¹⁴
Атомы C в образце. В последнее время методом выбора стала ускорительная масс-спектрометрия ; она подсчитывает все¹⁴
Атомы C в образце, а не только те немногие, которые распадаются во время измерений; поэтому его можно использовать с гораздо меньшими образцами (такими как отдельные семена растений), и он дает результаты гораздо быстрее. Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию . Помимо того, что оно позволяет проводить более точное датирование археологических памятников, чем предыдущие методы, оно позволяет сравнивать даты событий на больших расстояниях. Истории археологии часто называют его влияние «радиоуглеродной революцией». Радиоуглеродное датирование позволило датировать ключевые переходы в доисторической эпохе, такие как конец последнего ледникового периода и начало неолита и бронзового века в разных регионах.

Фон

История

В 1939 году Мартин Камен и Сэмюэл Рубен из Радиационной лаборатории в Беркли начали эксперименты, чтобы определить, есть ли у какого-либо из элементов, распространенных в органическом веществе, изотопы с периодами полураспада, достаточно длинными, чтобы представлять ценность для биомедицинских исследований. Они синтезировали¹⁴
C, используя циклотронный ускоритель лаборатории, и вскоре обнаружил, что период полураспада атома гораздо длиннее, чем считалось ранее. ^[1] За этим последовало предсказание Сержа А. Корффа , тогда работавшего в Институте Франклина в Филадельфии , о том, что взаимодействие тепловых нейтронов с¹⁴
N в верхних слоях атмосферы создаст¹⁴
C . ^{[примечание 1] [3] [4]} Ранее считалось, что¹⁴
С, скорее всего, будет создан дейтронами, взаимодействующими с¹³
C. ^[1] В какой-то момент 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 перешел в Чикагский университет , где начал свою работу по радиоуглеродному датированию. В 1946 году он опубликовал статью, в которой предположил, что углерод в живой материи может включать¹⁴
C, а также нерадиоактивный углерод. ^{[5] [6]} Либби и несколько его коллег продолжили экспериментировать с метаном , собранным из канализационных сооружений в Балтиморе, и после изотопного обогащения образцов им удалось продемонстрировать, что они содержат¹⁴
C. Напротив, метан, полученный из нефти, не проявлял радиоуглеродной активности из-за своего возраста. Результаты были обобщены в статье в журнале Science в 1947 году, в которой авторы отметили, что их результаты подразумевают возможность датирования материалов, содержащих углерод органического происхождения. ^{[5] [7]}

Либби и Джеймс Арнольд продолжили проверку теории радиоуглеродного датирования, анализируя образцы с известным возрастом. Например, два образца, взятые из гробниц двух египетских царей, Джосера и Снофру , 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 Либби был удостоен Нобелевской премии по химии за эту работу. ^[5]

Физические и химические данные

В природе углерод существует в виде трех изотопа . Углерод-12 (¹²
С ) и углерод-13 (¹³
C ) стабильны и нерадиоактивны; углерод-14 (¹⁴
C ), также известный как «радиоуглерод», является радиоактивным. Период полураспада¹⁴
C (время, необходимое для получения половины заданного количества¹⁴
C до распада ) составляет около 5730 лет, поэтому можно ожидать, что его концентрация в атмосфере будет уменьшаться в течение тысяч лет, но¹⁴
C постоянно вырабатывается в нижней стратосфере и верхней тропосфере , в основном галактическими космическими лучами и в меньшей степени солнечными космическими лучами. ^{[5] [12]} Эти космические лучи генерируют нейтроны, проходя через атмосферу, которые могут столкнуться с азотом-14 (¹⁴
N ) атомов и превратить их в¹⁴
C. ^[5] Следующая ядерная реакция является основным путем, по которому¹⁴
C создан:

н +¹⁴
₇Н
→¹⁴
₆С
+ п

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

После производства,¹⁴
C быстро соединяется с кислородом ( O ) в атмосфере, образуя сначала оксид углерода ( CO ), ^[14] а затем диоксид углерода ( CO
₂). ^[15]

^14С + О2 _→ 14СО ⁺ О

^14CO ₊ ОН → ^14CO2 + Н

Углекислый газ, полученный таким образом, рассеивается в атмосфере, растворяется в океане и поглощается растениями посредством фотосинтеза . Животные поедают растения, и в конечном итоге радиоуглерод распределяется по всей биосфере . Соотношение¹⁴
С к¹²
C составляет приблизительно 1,25 части¹⁴
C до 10 ¹² частей¹²
C. ^[16] Кроме того, около 1% атомов углерода представляют собой стабильный изотоп¹³
С. ^[5 ]

Уравнение радиоактивного распада¹⁴
С это: ^[17]

¹⁴
₆С
→¹⁴
₇Н
+
е⁻
+
ν
_е

Испуская бета-частицу ( электрон , e− ⁾ и электронное антинейтрино (
ν
_е), один из нейтронов в¹⁴
Ядро C превращается в протон и¹⁴
Ядро C возвращается к стабильному (нерадиоактивному) изотопу¹⁴
Н. ^[18 ]

Принципы

В течение своей жизни растение или животное находится в равновесии с окружающей средой, обмениваясь углеродом либо с атмосферой, либо через свой рацион. Поэтому оно будет иметь ту же долю¹⁴
C как атмосфера, или в случае морских животных или растений, с океаном. Как только он умирает, он перестает приобретать¹⁴
С , но¹⁴
В то время C в своем биологическом материале будет продолжать распадаться, и поэтому соотношение¹⁴
С к¹²
С в его остатках будет постепенно уменьшаться. Потому что¹⁴
C распадается с известной скоростью, доля радиоуглерода может быть использована для определения того, как давно данный образец прекратил обмениваться углеродом – чем старше образец, тем меньше¹⁴
C останется. ^[16]

Уравнение, описывающее распад радиоактивного изотопа, выглядит следующим образом: ^[5]

${\displaystyle N=N_{0}\,e^{-\lambda t}\,}$

где N ₀ — число атомов изотопа в исходном образце (в момент времени t = 0, когда организм, из которого был взят образец, погиб), а N — число атомов, оставшихся после момента времени t . ^[5] λ — константа, зависящая от конкретного изотопа; для данного изотопа она равна обратной величине среднего времени жизни — т.е. среднего или ожидаемого времени, в течение которого данный атом проживет до того, как подвергнется радиоактивному распаду. ^[5] Среднее время жизни, обозначаемое τ ,¹⁴
C составляет 8267 лет, ^{[примечание 4],} поэтому уравнение выше можно переписать следующим образом: ^[20]

${\displaystyle t=\ln(N_{0}/N)\cdot {\text{8267 years}}}$

Предполагается, что образец изначально имел тот же¹⁴
С /¹²
Соотношение C как соотношение в атмосфере, и поскольку размер образца известен, общее число атомов в образце может быть рассчитано, что дает N ₀ , число¹⁴
Атомы C в исходном образце. Измерение N , числа¹⁴
Атомы C , находящиеся в настоящее время в образце, позволяют рассчитать t , возраст образца, используя приведенное выше уравнение. ^[16]

Период полураспада радиоактивного изотопа (обычно обозначаемый как t _1/2 ) является более знакомым понятием, чем среднее время жизни, поэтому, хотя приведенные выше уравнения выражены в терминах среднего времени жизни, более привычно указывать значение¹⁴
Период полураспада C , чем его средний срок службы. В настоящее время принятое значение для периода полураспада¹⁴
C составляет 5700 ± 30 лет. ^[21] Это означает, что через 5700 лет только половина первоначального¹⁴
С останется; четверть останется через 11 400 лет; восьмушка через 17 100 лет и так далее.

Приведенные выше расчеты делают несколько предположений, например, что уровень¹⁴
Содержание углерода в атмосфере оставалось постоянным с течением времени. ^[5] Фактически, уровень¹⁴
Содержание C в атмосфере значительно изменилось, и в результате значения, полученные с помощью уравнения выше, должны быть скорректированы с использованием данных из других источников. ^[22] Это делается с помощью калибровочных кривых (обсуждаемых ниже), которые преобразуют измерение¹⁴
C в образце в предполагаемый календарный возраст. Расчеты включают несколько этапов и включают промежуточное значение, называемое «радиоуглеродным возрастом», которое является возрастом в «радиоуглеродных годах» образца: возраст, указанный в радиоуглеродных годах, означает, что калибровочная кривая не использовалась − расчеты для радиоуглеродных лет предполагают, что атмосферный¹⁴
С /¹²
Соотношение C не изменилось с течением времени. ^{[23] [24]}

Поправочный коэффициент, применяемый к радиоуглеродным годам для получения калиброванной даты.

Расчет радиоуглеродного возраста также требует значения периода полураспада¹⁴
C . В статье Либби 1949 года он использовал значение 5720 ± 47 лет, основанное на исследовании Энгелькемейра и др. ^[25] Это было удивительно близко к современному значению, но вскоре после этого принятое значение было пересмотрено до 5568 ± 30 лет, ^[26] и это значение использовалось более десятилетия. Оно было пересмотрено снова в начале 1960-х годов до 5730 ± 40 лет, ^{[27] [28]} что означало, что многие рассчитанные даты в работах, опубликованных до этого, были неверными (ошибка в периоде полураспада составляет около 3%). ^{[примечание 5]} Для согласованности с этими ранними работами на Радиоуглеродной конференции 1962 года в Кембридже (Великобритания) было решено использовать «период полураспада Либби» 5568 лет. Радиоуглеродный возраст до сих пор рассчитывается с использованием этого периода полураспада и известен как «обычный радиоуглеродный возраст». Поскольку калибровочная кривая (IntCal) также отображает прошлые атмосферные¹⁴
Концентрация C с использованием этого условного возраста, любые условные возрасты, откалиброванные по кривой IntCal, дадут правильный откалиброванный возраст. Когда цитируется дата, читатель должен знать, что если это некалиброванная дата (термин, используемый для дат, указанных в радиоуглеродных годах), она может существенно отличаться от наилучшей оценки фактической календарной даты, как потому, что она использует неправильное значение для периода полураспада¹⁴
C , и поскольку не было применено никакой коррекции (калибровки) для исторического изменения¹⁴
С в атмосфере с течением времени. ^{[23] [24] [30] [примечание 6]}

Резервуар обмена углерода

Упрощенная версия резервуара обмена углерода, показывающая пропорции углерода и относительную активность¹⁴
C в каждом резервуаре ^{[5] [примечание 7]}

Углерод распределен по всей атмосфере, биосфере и океанам; все вместе они называются резервуаром обмена углерода, ^[33] и каждый компонент также называется по отдельности резервуаром обмена углерода. Различные элементы резервуара обмена углерода различаются по тому, сколько углерода они хранят, и по тому, сколько времени требуется для¹⁴
С, генерируемый космическими лучами, полностью смешивается с ними. Это влияет на соотношение¹⁴
С к¹²
C в различных резервуарах, и, следовательно, радиоуглеродный возраст образцов, которые произошли из каждого резервуара. ^[5] Атмосфера, которая находится там,¹⁴
С образуется, содержит около 1,9% от общего количества углерода в резервуарах, и¹⁴
C он содержит смеси менее чем за семь лет. ^[34] Соотношение¹⁴
С к¹²
Содержание углерода в атмосфере принимается за исходное значение для других резервуаров: если другой резервуар имеет более низкое отношение¹⁴
С к¹²
C , это указывает на то, что углерод старше и, следовательно, некоторые из¹⁴
C распался, или резервуар получает углерод, который не соответствует базовому уровню атмосферы. ^[22] Примером является поверхность океана: она содержит 2,4% углерода в обменном резервуаре, но там всего около 95% от того количества,¹⁴
C, как и ожидалось бы, если бы соотношение было таким же, как в атмосфере. ^[5] Время, необходимое для смешивания углерода из атмосферы с поверхностью океана, составляет всего несколько лет, ^[35] но поверхностные воды также получают воду из глубин океана, в которой содержится более 90% углерода в резервуаре. ^[22] Воде в глубине океана требуется около 1000 лет, чтобы пройти обратный путь через поверхностные воды, и поэтому поверхностные воды содержат комбинацию старой воды с истощенной¹⁴
C , и вода недавно на поверхности, с¹⁴
С в равновесии с атмосферой. ^[22]

Существа, живущие на поверхности океана, имеют то же самое¹⁴
Соотношение С , как и в воде, в которой они живут, и в результате снижения¹⁴
С /¹²
Соотношение C , радиоуглеродный возраст морской жизни обычно составляет около 400 лет. ^{[36] [37]} Организмы на суше находятся в более тесном равновесии с атмосферой и имеют те же¹⁴
С /¹²
Соотношение C как в атмосфере. ^{[5] [примечание 8]} Эти организмы содержат около 1,3% углерода в резервуаре; морские организмы имеют массу менее 1% от массы на суше и не показаны на диаграмме. Накопленная мертвая органическая материя, как растений, так и животных, превышает массу биосферы почти в 3 раза, и поскольку эта материя больше не обменивается углеродом с окружающей средой, она имеет¹⁴
С /¹²
Коэффициент C ниже, чем в биосфере. ^[5]

Соображения по поводу датирования

Изменение в¹⁴
С /¹²
Соотношение C в различных частях резервуара углеродного обмена означает, что простой расчет возраста образца на основе количества¹⁴
C, который он содержит, часто будет давать неверный результат. Есть несколько других возможных источников ошибок, которые необходимо учитывать. Ошибки бывают четырех общих типов:

• вариации в¹⁴
  С /¹²
  Соотношение углерода в атмосфере, как в географическом, так и в динамике по времени;
• изотопное фракционирование;
• вариации в¹⁴
  С /¹²
  Соотношение С в различных частях водохранилища;
• загрязнение.

Атмосферные изменения

Атмосферный¹⁴
C для северного и южного полушарий, показывающий процентное превышение над уровнями до бомбардировки. Договор о частичном запрещении испытаний вступил в силу 10 октября 1963 года. ^[38]

В первые годы использования этой технологии было понятно, что она зависит от атмосферных условий.¹⁴
С /¹²
отношение C оставалось неизменным на протяжении нескольких тысяч лет. Чтобы проверить точность метода, были протестированы несколько артефактов, которые можно было датировать другими методами; результаты тестирования находились в разумном соответствии с истинным возрастом объектов. Однако со временем начали появляться расхождения между известной хронологией древнейших египетских династий и радиоуглеродными датировками египетских артефактов. Ни ранее существовавшая египетская хронология, ни новый метод радиоуглеродного датирования не могли считаться точными, но третья возможность заключалась в том, что¹⁴
С /¹²
Соотношение C со временем изменилось. Вопрос был решен путем изучения колец деревьев : ^{[39] [40] [41]} сравнение перекрывающихся серий колец деревьев позволило построить непрерывную последовательность данных о кольцах деревьев, которая охватывала 8000 лет. ^[39] (С тех пор серия данных о кольцах деревьев была расширена до 13 900 лет.) ^[30] В 1960-х годах Ганс Зюсс смог использовать последовательность колец деревьев, чтобы показать, что даты, полученные с помощью радиоуглерода, согласуются с датами, назначенными египтологами. Это стало возможным, потому что, хотя однолетние растения, такие как кукуруза, имеют¹⁴
С /¹²
Коэффициент C , который отражает атмосферное соотношение во время их роста, деревья добавляют материал только к своему внешнему кольцу в любой данный год, в то время как внутренние кольца деревьев не получают своего¹⁴
C пополнялся и вместо этого только терял¹⁴
С через радиоактивный распад. Таким образом, каждое кольцо сохраняет запись атмосферного¹⁴
С /¹²
Соотношение углерода в год, в который он вырос. Радиоуглеродное датирование древесины по самим годичным кольцам обеспечивает необходимую проверку атмосферного¹⁴
С /¹²
Коэффициент C : с образцом известной даты и измерением значения N (числа атомов¹⁴
С, оставшийся в образце), уравнение радиоуглеродного датирования позволяет рассчитать N ₀ – число атомов¹⁴
C в образце во время формирования годичного кольца дерева – и, следовательно,¹⁴
С /¹²
Соотношение углерода в атмосфере в то время. ^{[39] [41]} Вооружившись результатами углеродного датирования колец деревьев, стало возможным построить калибровочные кривые, предназначенные для исправления ошибок, вызванных изменением со временем¹⁴
С /¹²
Коэффициент C. ^[42] Эти кривые более подробно описаны ниже.

Уголь и нефть начали сжигать в больших количествах в 19 веке. Оба достаточно старые, чтобы содержать мало или вообще не содержать обнаруживаемых¹⁴
C и, как следствие, CO
₂выброшенный значительно разбавил атмосферу¹⁴
С /¹²
Коэффициент C. Датирование объекта началом 20-го века, следовательно, дает кажущуюся дату, которая старше истинной. По той же причине,¹⁴
Концентрации C в окрестностях крупных городов ниже среднего атмосферного значения. Этот эффект ископаемого топлива (также известный как эффект Зюсса, по имени Ганса Зюсса, который впервые сообщил о нем в 1955 году) составил бы всего лишь 0,2% снижения¹⁴
Активность углерода , если бы дополнительный углерод из ископаемого топлива был распределен по всему резервуару обмена углерода, но из-за длительной задержки смешивания с глубинами океана фактический эффект составляет 3%-ное снижение. ^{[39] [43]}

Гораздо больший эффект возникает при наземных ядерных испытаниях, в результате которых в атмосферу выбрасывается большое количество нейтронов, что приводит к образованию¹⁴
C. Примерно с 1950 по 1963 год, когда были запрещены испытания ядерного оружия в атмосфере , по оценкам, несколько тонн¹⁴
Были созданы C. Если бы все эти дополнительные¹⁴
Если бы С немедленно распространился по всему резервуару обмена углерода, это привело бы к увеличению¹⁴
С /¹²
Коэффициент C составил всего несколько процентов, но немедленный эффект состоял в том, что количество¹⁴
C в атмосфере, пиковый уровень которого пришелся на 1964 год для северного полушария и на 1966 год для южного полушария. С тех пор уровень снизился, поскольку этот импульс бомбы или «углерод бомбы» (как его иногда называют) просачивается в остальную часть резервуара. ^{[39] [43] [44] [38]}

Изотопное фракционирование

Фотосинтез — это основной процесс, посредством которого углерод перемещается из атмосферы в живые существа. В фотосинтетических путях¹²
С усваивается немного легче, чем¹³
С , который в свою очередь легче усваивается, чем¹⁴
C. Дифференциальное поглощение трех изотопов углерода приводит к¹³
С /¹²
С и¹⁴
С /¹²
Соотношения С в растениях отличаются от соотношений в атмосфере. Этот эффект известен как изотопное фракционирование. ^{[45] [46]}

Чтобы определить степень фракционирования, происходящего на данном предприятии, необходимо определить количество обоих¹²
С и¹³
Измеряются изотопы C , и в результате получается¹³
С /¹²
Затем коэффициент C сравнивается со стандартным коэффициентом, известным как PDB. ^{[примечание 9} ]¹³
С /¹²
Коэффициент C используется вместо¹⁴
С /¹²
C, потому что первое гораздо легче измерить, а второе можно легко вывести: истощение¹³
С относительно¹²
C пропорционален разнице атомных масс двух изотопов, поэтому истощение для¹⁴
C - это в два раза больше истощения¹³
C. ^[22 ] Фракционирование¹³
C , известный как δ ¹³ C , рассчитывается следующим образом: ^[45]

${\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{sample}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{standard}}}}-1\right)\times 1000}$‰

где знак ‰ указывает на части на тысячу . ^[45] Поскольку стандарт PDB содержит необычно высокую долю¹³
C , ^{[примечание 10]} наиболее измеренный δ ¹³ Cзначения отрицательные.

Овцы Норт-Роналдсей на пляже в Норт-Роналдсей , Шотландия. Зимой эти овцы едят водоросли, которые имеют более высокий δ ¹³ Cсодержание, чем трава; образцы от этих овец имеют δ ¹³ Cзначение около −13‰, что намного выше, чем для овец, которые питаются травой. ^[45]

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

δ ¹³ C​Значение для животных зависит от их рациона. Животное, которое ест пищу с высоким δ ¹³ Cзначения будут иметь более высокий δ ¹³ Cчем тот, кто ест пищу с более низким δ ¹³ C^[45] Собственные биохимические процессы животного также могут влиять на результаты: например, как минералы костей, так и коллаген костей обычно имеют более высокую концентрацию¹³
С, чем содержится в рационе животного, хотя и по другим биохимическим причинам. Обогащение костей¹³
C также подразумевает, что выделяемый материал истощается¹³
C относительно диеты. ^[49]

С¹³
C составляет около 1% углерода в образце,¹³
С /¹²
Коэффициент C можно точно измерить с помощью масс-спектрометрии . ^[22] Типичные значения δ ¹³ Cбыли обнаружены экспериментально для многих растений, а также для различных частей животных, таких как костный коллаген , но при датировании данного образца лучше определить δ ¹³ Cзначение для этого образца напрямую, чем полагаться на опубликованные значения. ^[45]

Углеродный обмен между атмосферным CO
₂и карбонат на поверхности океана также подвергается фракционированию, при этом¹⁴
С в атмосфере более вероятно, чем¹²
C растворяется в океане. Результатом является общее увеличение¹⁴
С /¹²
Коэффициент С в океане 1,5% по отношению к¹⁴
С /¹²
Коэффициент C в атмосфере. Это увеличение¹⁴
Концентрация C почти полностью компенсирует уменьшение, вызванное подъемом воды (содержащей старые, а следовательно, и¹⁴
C - обедненный, углерод) из глубин океана, так что прямые измерения¹⁴
Излучение С похоже на измерения для остальной части биосферы. Коррекция на изотопное фракционирование, как это делается для всех радиоуглеродных дат, чтобы можно было сравнивать результаты из разных частей биосферы, дает видимый возраст около 400 лет для поверхностной воды океана. ^{[22] [37]}

Эффекты резервуара

Первоначальная гипотеза обменного резервуара Либби предполагала, что¹⁴
С /¹²
Соотношение C в обменном резервуаре постоянно во всем мире, ^[50] но с тех пор было обнаружено, что существует несколько причин изменения этого соотношения в резервуаре. ^[36]

Морской эффект

СО​
₂в атмосфере переносится в океан, растворяясь в поверхностных водах в виде карбонатных и бикарбонатных ионов; в то же время карбонатные ионы в воде возвращаются в воздух в виде CO
₂. ^[50] Этот процесс обмена приносит¹⁴
С из атмосферы в поверхностные воды океана, но¹⁴
Таким образом, введенному C требуется много времени, чтобы просочиться через весь объем океана. Самые глубокие части океана смешиваются очень медленно с поверхностными водами, и смешивание происходит неравномерно. Основным механизмом, который выводит глубинные воды на поверхность, является подъем глубинных вод, который чаще встречается в регионах, расположенных ближе к экватору. На подъем глубинных вод также влияют такие факторы, как топография местного дна океана и береговых линий, климат и ветровые режимы. В целом, смешивание глубинных и поверхностных вод занимает гораздо больше времени, чем смешивание атмосферного CO
₂с поверхностными водами, и в результате вода из некоторых глубоких районов океана имеет кажущийся радиоуглеродный возраст в несколько тысяч лет. Подъем смешивает эту «старую» воду с поверхностной водой, давая поверхностным водам кажущийся возраст около нескольких сотен лет (после коррекции на фракционирование). ^[36] Этот эффект не является однородным — средний эффект составляет около 400 лет, но существуют локальные отклонения в несколько сотен лет для областей, которые географически близки друг к другу. ^{[36] [37]} Эти отклонения могут быть учтены при калибровке, и пользователи программного обеспечения, такого как CALIB, могут предоставить в качестве входных данных соответствующую поправку на местоположение своих образцов. ^[15] Эффект также применим к морским организмам, таким как ракушки, и морским млекопитающим, таким как киты и тюлени, которые имеют радиоуглеродный возраст, который, по-видимому, составляет сотни лет. ^[36]

Эффект полусферы

В северном и южном полушариях системы циркуляции атмосферы достаточно независимы друг от друга, поэтому между ними существует заметная задержка во времени смешивания. Атмосферная¹⁴
С /¹²
Коэффициент C ниже в южном полушарии, с очевидным дополнительным возрастом около 40 лет для результатов радиоуглеродного анализа с юга по сравнению с севером. ^{[примечание 11]} Это происходит потому, что большая площадь поверхности океана в южном полушарии означает, что между океаном и атмосферой происходит больший обмен углеродом, чем на севере. Поскольку поверхность океана истощена в¹⁴
C из-за морского эффекта,¹⁴
С удаляется из южной атмосферы быстрее, чем из северной. ^{[36] [51]} Эффект усиливается сильным подъемом глубинных вод вокруг Антарктиды. ^[12]

Другие эффекты

Если углерод в пресной воде частично получен из старого углерода, например, из горных пород, то результатом будет снижение¹⁴
С /¹²
Соотношение C в воде. Например, реки, протекающие по известняку , который в основном состоит из карбоната кальция , приобретут карбонатные ионы. Аналогично, грунтовые воды могут содержать углерод, полученный из пород, через которые они прошли. Эти породы обычно настолько старые, что они больше не содержат измеримых¹⁴
C , поэтому этот углерод снижает¹⁴
С /¹²
Соотношение C в воде, в которую он попадает, что может привести к кажущемуся возрасту в тысячи лет как для затронутой воды, так и для растений и пресноводных организмов, которые в ней живут. ^[22] Это известно как эффект жесткой воды , потому что он часто связан с ионами кальция, которые характерны для жесткой воды; другие источники углерода, такие как гумус, могут давать похожие результаты, а также могут уменьшать кажущийся возраст, если они имеют более позднее происхождение, чем образец. ^[36] Эффект сильно варьируется, и нет общего смещения, которое можно было бы применить; обычно требуются дополнительные исследования, чтобы определить размер смещения, например, путем сравнения радиоуглеродного возраста отложенных пресноводных раковин с сопутствующим органическим материалом. ^[52]

Вулканические извержения выбрасывают в воздух большие объемы углерода. Углерод имеет геологическое происхождение и не имеет обнаруживаемых¹⁴
С , поэтому¹⁴
С /¹²
Коэффициент C вблизи вулкана понижен относительно окружающих территорий. Спящие вулканы также могут выделять старый углерод. Растения, которые фотосинтезируют этот углерод, также имеют более низкий¹⁴
С /¹²
Соотношения C : например, было обнаружено, что растения в окрестностях кальдеры Фурнас на Азорских островах имеют видимый возраст от 250 до 3320 лет. ^[53]

Загрязнение

Любое добавление углерода к образцу другого возраста приведет к тому, что измеренная дата будет неточной. Загрязнение современным углеродом приводит к тому, что образец кажется моложе, чем он есть на самом деле: эффект сильнее для старых образцов. Если образец возрастом 17 000 лет загрязнен таким образом, что 1% образца составляет современный углерод, он будет казаться на 600 лет моложе; для образца возрастом 34 000 лет такое же количество загрязнения приведет к ошибке в 4 000 лет. Загрязнение старым углеродом, без остатка¹⁴
C , вызывает ошибку в другом направлении независимо от возраста – образец, загрязненный 1% старого углерода, будет казаться примерно на 80 лет старше, чем он есть на самом деле, независимо от даты образца. ^[54]

Образцы

Образцы для датирования необходимо преобразовать в форму, пригодную для измерения¹⁴
Содержание C ; это может означать преобразование в газообразную, жидкую или твердую форму, в зависимости от используемого метода измерения. Перед тем, как это можно будет сделать, образец должен быть обработан для удаления любых загрязнений и нежелательных компонентов. ^[55] Это включает удаление видимых загрязнений, таких как корешки, которые могли проникнуть в образец с момента его захоронения. ^[55] Щелочные и кислотные промывки могут использоваться для удаления гуминовой кислоты и карбонатных загрязнений, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы не удалить часть образца, которая содержит углерод для тестирования. ^[56]

Материальные соображения

• Обычно перед тестированием образец древесины уменьшают до одного целлюлозного компонента, но поскольку это может уменьшить объем образца до 20% от его первоначального размера, часто также проводят тестирование всей древесины. Древесный уголь часто тестируют, но, скорее всего, ему потребуется обработка для удаления загрязняющих веществ. ^{[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 в кости, когда-то считалась надежным индикатором, поскольку было известно, что он встречается только в костях, но с тех пор его обнаружили в грунтовых водах. ^[55]
• Для обожженной кости тестируемость зависит от условий, при которых обжигалась кость. Если кость нагревалась в восстановительных условиях , она (и связанное с ней органическое вещество) могли быть обуглены. В этом случае образец часто пригоден для использования. ^[55]
• Раковины как морских, так и наземных организмов состоят почти полностью из карбоната кальция, либо в виде арагонита , либо в виде кальцита , либо в виде смеси этих двух веществ. Карбонат кальция очень восприимчив к растворению и перекристаллизации; перекристаллизованный материал будет содержать углерод из среды образца, который может иметь геологическое происхождение. Если тестирование перекристаллизованной раковины неизбежно, иногда можно идентифицировать исходный материал раковины с помощью серии тестов. ^[57] Также можно проверить конхиолин , органический белок, обнаруженный в раковине, но он составляет всего 1–2% материала раковины. ^[56]
• Три основных компонента торфа — это гуминовая кислота , гумины и фульвокислота . Из них гумины дают наиболее надежную дату, поскольку они нерастворимы в щелочи и с меньшей вероятностью содержат загрязняющие вещества из среды образца. ^[56] Особая сложность с высушенным торфом — удаление корешков, которые, вероятно, будет трудно отличить от материала образца. ^[55]
• Почва содержит органический материал, но из-за вероятности загрязнения гуминовой кислотой более позднего происхождения очень трудно получить удовлетворительные радиоуглеродные даты. Предпочтительно просеивать почву на наличие фрагментов органического происхождения и датировать фрагменты методами, которые допускают небольшие размеры образцов. ^[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

Особенно для старых образцов может быть полезно обогатить количество¹⁴
C в образце перед тестированием. Это можно сделать с помощью термодиффузионной колонки. Процесс занимает около месяца и требует образца примерно в десять раз большего размера, чем потребовалось бы в противном случае, но он позволяет более точно измерить¹⁴
С /¹²
Коэффициент C в старом материале расширяет максимальный возраст, который может быть достоверно зарегистрирован. ^[58]

После удаления загрязнений образцы необходимо преобразовать в форму, подходящую для используемой измерительной технологии. ^[59] Если требуется газ, CO
₂широко используется. ^{[59] [60]} Для образцов, которые будут использоваться в жидкостных сцинтилляционных счетчиках , углерод должен быть в жидкой форме; образец обычно преобразуется в бензол . Для ускорительной масс-спектрометрии наиболее распространены твердые графитовые мишени, хотя газообразный CO
₂также может быть использован. ^{[59] [61]}

Количество материала, необходимого для тестирования, зависит от типа образца и используемой технологии. Существует два типа технологий тестирования: детекторы, которые регистрируют 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 намного более чувствительна, и можно использовать образцы, содержащие всего 0,5 миллиграмма углерода. ^[62]

Измерение и результаты

Измерение¹⁴
В настоящее время C чаще всего выполняется с помощью ускорительного масс-спектрометра.

В течение десятилетий после того, как Либби провел первые эксперименты по радиоуглеродному датированию, единственным способом измерения¹⁴
C в образце должен был обнаружить радиоактивный распад отдельных атомов углерода. ^[59] При таком подходе измеряется активность, выраженная в числе событий распада на единицу массы за период времени образца. ^[60] Этот метод также известен как «бета-счет», поскольку это бета-частицы, испускаемые распадающимся¹⁴
Атомы С , которые обнаруживаются. ^[63] В конце 1970-х годов стал доступен альтернативный подход: прямой подсчет числа¹⁴
С и¹²
Атомы C в данном образце, с помощью ускорительной масс-спектрометрии, обычно называемой AMS. ^[59] AMS подсчитывает¹⁴
С /¹²
Коэффициент С напрямую, а не активность образца, а измерения активности и¹⁴
С /¹²
Коэффициент C может быть точно преобразован друг в друга. ^[60] Некоторое время методы подсчета бета-частиц были точнее, чем AMS, но теперь AMS более точен и стал методом выбора для измерений радиоуглерода. ^{[64] [65]} Помимо улучшенной точности, AMS имеет еще два существенных преимущества перед подсчетом бета-частиц: он может выполнять точное тестирование на образцах, которые слишком малы для подсчета бета-частиц, и он намного быстрее — точность в 1% может быть достигнута за считанные минуты с помощью AMS, что намного быстрее, чем было бы достижимо с помощью старой технологии. ^[66]

Бета-подсчет

Первым детектором Либби был счетчик Гейгера его собственной конструкции. Он преобразовал углерод в своем образце в ламповую сажу (сажу) и покрыл ею внутреннюю поверхность цилиндра. Этот цилиндр был вставлен в счетчик таким образом, чтобы счетная проволока находилась внутри цилиндра образца, чтобы между образцом и проволокой не было никакого материала. ^[59] Любой промежуточный материал мешал бы обнаружению радиоактивности, поскольку бета-частицы, испускаемые распадающимися¹⁴
C настолько слабы, что половина из них останавливается слоем алюминия толщиной 0,01 мм (0,00039 дюйма). ^[60]

Метод Либби вскоре был заменен газовыми пропорциональными счетчиками , которые были менее подвержены влиянию углерода бомбы (дополнительный¹⁴
C , созданный в результате испытаний ядерного оружия). Эти счетчики регистрируют всплески ионизации, вызванные бета-частицами, испускаемыми распадающимся¹⁴
Атомы C ; всплески пропорциональны энергии частицы, поэтому другие источники ионизации, такие как фоновое излучение, могут быть идентифицированы и проигнорированы. Счетчики окружены свинцовой или стальной защитой, чтобы устранить фоновое излучение и уменьшить частоту космических лучей. Кроме того, используются детекторы антисовпадений ; они регистрируют события вне счетчика, и любое событие, зарегистрированное одновременно как внутри, так и вне счетчика, рассматривается как постороннее событие и игнорируется. ^[60]

Другая распространенная технология, используемая для измерения¹⁴
Активность C — это жидкостный сцинтилляционный счет, который был изобретен в 1950 году, но которому пришлось ждать до начала 1960-х годов, когда были разработаны эффективные методы синтеза бензола, чтобы стать конкурентоспособным с газовым счетом; после 1970 года жидкостные счетчики стали более распространенным выбором технологии для вновь построенных лабораторий датирования. Счетчики работают, обнаруживая вспышки света, вызванные бета-частицами, испускаемыми¹⁴
C, поскольку они взаимодействуют с флуоресцентным агентом, добавленным к бензолу. Как и газовые счетчики, жидкостные сцинтилляционные счетчики требуют экранирования и антисовпадающих счетчиков. ^{[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 счета в минуту на грамм углерода (cpm/g C), либо беккерели на кг (Bq/kg C, в единицах SI ). 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 образца, который датируется, чтобы получить активность, приписываемую исключительно этому образцу¹⁴
C. Кроме того, измеряется образец со стандартной активностью, чтобы обеспечить базовый уровень для сравнения. ^[69]

Ускорительная масс-спектрометрия

Упрощенная схема ускорительного масс-спектрометра, используемого для подсчета изотопов углерода при радиоуглеродном датировании

AMS подсчитывает атомы¹⁴
С и¹²
C в данном образце, определяя¹⁴
С /¹²
C отношение напрямую. Образец, часто в форме графита, заставляют испускать ионы C ⁻ (атомы углерода с одним отрицательным зарядом), которые впрыскиваются 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 C ⁴⁺ ), в зависимости от конструкции ускорителя, затем проходят через магнит, который искривляет их путь; более тяжелые ионы искривляются меньше, чем более легкие, поэтому различные изотопы выходят как отдельные потоки ионов. Затем детектор частиц регистрирует количество ионов, обнаруженных в¹⁴
C поток, но так как объем¹²
С (и¹³
C , необходимый для калибровки) слишком велик для обнаружения отдельных ионов, подсчеты определяются путем измерения электрического тока, создаваемого в цилиндре Фарадея . ^[70] Большой положительный заряд, индуцированный стриппером, заставляет молекулы, такие как¹³
CH , вес которого достаточно близок к¹⁴
C мешать измерениям, диссоциировать, поэтому они не обнаруживаются. ^{[71] Большинство машин AMS также измеряют} δ ¹³ C образца, 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, которые очень близки по массе, таких как¹⁴
Н и¹³
CH . ^[59] Как и при подсчете бета-частиц, используются как пустые образцы, так и стандартные образцы. ^[70] Могут быть измерены два различных вида пустых образцов: образец мертвого углерода, который не подвергался химической обработке, для обнаружения любого машинного фона, и образец, известный как технологический пустой образец, изготовленный из мертвого углерода, который перерабатывается в целевой материал точно таким же образом, как и образец, который датируется. Любой¹⁴
Сигнал C от фонового холостого хода машины, вероятно, вызван либо пучками ионов, которые не прошли ожидаемый путь внутри детектора, либо гидридами углерода, такими как¹²
Ч.
₂или¹³
Ч. А¹⁴
Сигнал C от холостого процесса измеряет количество загрязнения, введенного во время подготовки образца. Эти измерения используются в последующем расчете возраста образца. ^[73]

Расчеты

Расчеты, которые необходимо выполнить на основе полученных 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 была измерена с помощью бета-счета, необходимо найти отношение его активности к активности стандарта. Чтобы определить это, измеряется пустой образец (старого или мертвого углерода), а также измеряется образец с известной активностью. Дополнительные образцы позволяют обнаружить и скорректировать такие ошибки, как фоновое излучение и систематические ошибки в лабораторной установке. ^[69] Наиболее распространенным материалом стандартного образца является щавелевая кислота, например, стандарт HOxII, 1000 фунтов (450 кг) которого были подготовлены Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) в 1977 году из урожая французской свеклы. ^{[74] [75]}

Результаты тестирования AMS представлены в виде соотношений¹²
С ,¹³
С , и¹⁴
C , которые используются для расчета Fm, «фракция модерна». Она определяется как отношение между¹⁴
С /¹²
Соотношение C в образце и¹⁴
С /¹²
Соотношение C в современном углероде, которое в свою очередь определяется как¹⁴
С /¹²
Коэффициент C , который был бы измерен в 1950 году, если бы не было эффекта ископаемого топлива. ^[73]

Результаты бета-счета и AMS должны быть скорректированы для фракционирования. Это необходимо, поскольку различные материалы одного возраста, которые из-за фракционирования имеют естественно разные¹⁴
С /¹²
Коэффициенты C , по-видимому, будут иметь разный возраст, поскольку¹⁴
С /¹²
Коэффициент C принимается как показатель возраста. Чтобы избежать этого, все измерения радиоуглерода преобразуются в измерение, которое было бы видно, если бы образец был сделан из дерева, имеющего известное δ¹³
Значение C составляет −25‰. ^[23]

После исправления¹⁴
С /¹²
Если известно отношение С , «радиоуглеродный возраст» рассчитывается с помощью: ^[76]

${\displaystyle {\text{Age}}=-\ln({\text{Fm}})\cdot 8033{\text{ years}}}$

Расчет использует 8033 года, средний срок службы, полученный из периода полураспада Либби в 5568 лет, а не 8267 лет, средний срок службы, полученный из более точного современного значения 5730 лет. Значение периода полураспада Либби используется для поддержания согласованности с результатами раннего радиоуглеродного тестирования; калибровочные кривые включают поправку на это, поэтому точность окончательно сообщенных календарных возрастов гарантирована. ^[76]

Ошибки и надежность

Надежность результатов можно повысить, увеличив время тестирования. Например, если подсчет бета-распадов в течение 250 минут достаточен для получения ошибки ± 80 лет с уверенностью 68%, то удвоение времени подсчета до 500 минут позволит получить образец всего с половиной¹⁴
C следует измерять с той же погрешностью в 80 лет. ^[77]

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

Радиоуглеродные даты обычно представлены с диапазоном одного стандартного отклонения (обычно представленного греческой буквой сигма как 1σ) по обе стороны от среднего значения. Однако диапазон дат 1σ представляет собой лишь 68%-ный уровень достоверности, поэтому истинный возраст измеряемого объекта может лежать за пределами диапазона указанных дат. Это было продемонстрировано в 1970 году экспериментом, проведенным радиоуглеродной лабораторией Британского музея, в котором еженедельные измерения проводились на одном и том же образце в течение шести месяцев. Результаты сильно различались (хотя и последовательно с нормальным распределением ошибок в измерениях) 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, а 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 будет меньше примерно на 80 лет. ^[79]

Калибровка

Пень очень старой сосны остистой. Годичные кольца этих деревьев (среди прочих) используются для построения калибровочных кривых.

Расчеты, приведенные выше, дают даты в радиоуглеродных годах: т.е. даты, которые представляют возраст образца, если бы¹⁴
С /¹²
Коэффициент C исторически был постоянным. ^[80] Хотя Либби еще в 1955 году указал на возможность того, что это предположение неверно, только когда начали накапливаться расхождения между измеренным возрастом и известными историческими датами артефактов, стало ясно, что необходимо применить поправку к радиоуглеродному возрасту для получения календарных дат. ^[81]

Чтобы построить кривую, которую можно использовать для соотнесения календарных лет с радиоуглеродными годами, необходима последовательность надежно датированных образцов, которую можно протестировать для определения их радиоуглеродного возраста. Изучение годичных колец привело к первой такой последовательности: отдельные куски древесины демонстрируют характерные последовательности колец, которые различаются по толщине из-за факторов окружающей среды, таких как количество осадков в данном году. Эти факторы влияют на все деревья в данной области, поэтому изучение последовательностей годичных колец старой древесины позволяет идентифицировать перекрывающиеся последовательности. Таким образом, непрерывную последовательность годичных колец можно продлить далеко в прошлое. Первая такая опубликованная последовательность, основанная на годичных кольцах сосны остистой, 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 отклонений от прямой линии: долгосрочное колебание с периодом около 9000 лет и более краткосрочное колебание, часто называемое «колебаниями», с периодом в десятилетия. Зюсс сказал, что он провел линию, показывающую колебания, с помощью «космического швунга », под которым он подразумевал, что изменения были вызваны внеземными силами. Некоторое время было неясно, были ли колебания реальными или нет, но теперь они хорошо известны. ^{[39] [40] [82]} Эти краткосрочные колебания калибровочной кривой теперь известны как эффекты де Фриза, в честь Гесселя де Фриза . ^[83]

Калибровочная кривая используется путем взятия радиоуглеродной даты, сообщенной лабораторией, и считывания этой даты по вертикальной оси графика. Точка, где эта горизонтальная линия пересекает кривую, даст календарный возраст образца на горизонтальной оси. Это обратный способ построения кривой: точка на графике выводится из образца известного возраста, такого как годичное кольцо дерева; при его тестировании полученный радиоуглеродный возраст дает точку данных для графика. ^[42]

Кривая Северного полушария от IntCal20. По состоянию на 2020 год это самая последняя версия стандартной калибровочной кривой. Диагональная линия показывает, где бы лежала кривая, если бы радиоуглеродный возраст 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 из колец деревьев, варвов , кораллов , макроископаемых растений , натечных образований и фораминифер . Существуют отдельные кривые для северного полушария (IntCal20) и южного полушария (SHCal20), поскольку они систематически различаются из-за эффекта полушария. Непрерывная последовательность датировок колец деревьев для северного полушария восходит к 13 910 г. до н. э. по состоянию на 2020 г., и это обеспечивает близкое к ежегодному датированию для IntCal20 большую часть периода, уменьшенное там, где есть калибровочные плато, и увеличенное, когда краткосрочные всплески ¹⁴ C из-за событий Мияке обеспечивают дополнительную корреляцию. Радиоуглеродное датирование ранее, чем непрерывная последовательность колец деревьев, опирается на корреляцию с более приблизительными записями. ^[85] SHCal20 основано на независимых данных, где это возможно, и получено из северной кривой путем добавления среднего смещения для южного полушария, где не было прямых данных. 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 наилучшим образом сопоставить с установленной последовательностью. Этот метод «соответствия покачивания» может привести к более точной датировке, чем это возможно с отдельными радиоуглеродными датировками. ^[88] Сопоставление погрешностей может использоваться в местах, где на калибровочной кривой есть плато, ^{[примечание 12]} и, следовательно, может обеспечить гораздо более точную дату, чем методы перехвата или вероятности. ^[90] Метод не ограничивается кольцами деревьев; например, стратифицированная последовательность тефры в Новой Зеландии, которая, как полагают, предшествовала человеческой колонизации островов, была датирована 1314 годом нашей эры ± 12 лет с помощью сопоставления погрешностей. ^[91] Погрешности также означают, что чтение даты из калибровочной кривой может дать более одного ответа: это происходит, когда кривая достаточно сильно качается вверх и вниз, чтобы радиоуглеродный возраст пересекал кривую более чем в одном месте, что может привести к тому, что результат радиоуглеродного анализа будет представлен в виде двух отдельных возрастных диапазонов, соответствующих двум частям кривой, которые перехватил радиоуглеродный возраст. ^[42]

Байесовский статистический метод может применяться, когда необходимо откалибровать несколько радиоуглеродных дат. Например, если ряд радиоуглеродных дат взят с разных уровней в стратиграфической последовательности, байесовский анализ может использоваться для оценки дат, которые являются выбросами, и может вычислять улучшенные распределения вероятностей на основе предварительной информации о том, что последовательность должна быть упорядочена во времени. ^[88] Когда был введен байесовский анализ, его использование было ограничено необходимостью использования мэйнфреймовых компьютеров для выполнения вычислений, но с тех пор этот метод был реализован в программах, доступных для персональных компьютеров, таких как OxCal. ^[92]

Даты отчетности

Несколько форматов для цитирования результатов радиоуглеродного анализа использовались с тех пор, как были датированы первые образцы. По состоянию на 2019 год стандартный формат, требуемый журналом Radiocarbon, выглядит следующим образом. ^[93]

Некалиброванные данные следует указывать в виде « лаборатория : год ± диапазон BP», где: ${\displaystyle {\ce {{}^14C}}}$

• лаборатория идентифицирует лабораторию, которая исследовала образец, и идентификатор образца
• ${\displaystyle {\ce {{}^14C}}}$год — это лабораторное определение возраста образца в радиоуглеродных годах.
• диапазон — это лабораторная оценка погрешности определения возраста с доверительной вероятностью 1σ.
• «BP» означает « до настоящего времени », ссылаясь на 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 в Utrecht van der Graaff Laboratorium («UtC»), где он имеет номер образца «2020», и что некалиброванный возраст составляет 3510 лет до настоящего времени, ± 60 лет. Иногда используются связанные формы: например, «2,3 ka BP» означает 2300 радиоуглеродных лет до настоящего времени (т. е. 350 г. до н. э.), а «¹⁴
«C yr BP» можно использовать для различения некалиброванной даты от даты, полученной с помощью другого метода датирования, например, термолюминесценции . ^[93]

Калиброванный¹⁴
Даты C часто сообщаются как «cal BP», «cal BC» или «cal AD», снова с «BP», относящимся к 1950 году как к нулевой дате. ^[94] Радиоуглерод дает два варианта для сообщения калиброванных дат. Распространенный формат — «cal date-range trust », где:

• диапазон дат — это диапазон дат, соответствующий заданному уровню достоверности
• достоверность указывает уровень достоверности для указанного диапазона дат.

Например, «cal 1220–1281 AD (1σ)» означает калиброванную дату, для которой истинная дата лежит между 1220 и 1281 AD, с уровнем достоверности «1 сигма» или приблизительно 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. Калиброванные даты также должны идентифицировать любые программы, такие как OxCal, используемые для выполнения калибровки. ^[93] Кроме того, статья в Radiocarbon в 2014 году о соглашениях об отчетности радиоуглеродных дат рекомендует предоставлять информацию об обработке образцов, включая материал образца, методы предварительной обработки и измерения контроля качества; что ссылка на программное обеспечение, используемое для калибровки, должна указывать 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

Интерпретация

Ключевым понятием в интерпретации радиоуглеродных дат является археологическая ассоциация : какова истинная связь между двумя или более объектами на археологическом объекте? Часто случается, что образец для радиоуглеродного датирования можно взять непосредственно из интересующего объекта, но есть также много случаев, когда это невозможно. Металлические погребальные принадлежности, например, не могут быть датированы радиоуглеродом, но они могут быть найдены в могиле с гробом, древесным углем или другим материалом, который, как можно предположить, был захоронен в то же время. В этих случаях дата гроба или древесного угля указывает на дату захоронения погребальных принадлежностей из-за прямой функциональной связи между ними. Есть также случаи, когда нет функциональной связи, но ассоциация достаточно сильна: например, слой древесного угля в мусорной яме дает дату, которая имеет отношение к мусорной яме. ^[96]

Загрязнение вызывает особую озабоченность при датировании очень старого материала, полученного в ходе археологических раскопок, и при выборе и подготовке образцов требуется большая осторожность. 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 самые внешние годичные кольца обмениваются углеродом с окружающей средой, поэтому возраст, измеренный для образца древесины, зависит от того, откуда взят образец. Это означает, что радиоуглеродные даты на образцах древесины могут быть старше даты, когда дерево было срублено. Кроме того, если кусок древесины используется для нескольких целей, может быть значительная задержка между рубкой дерева и конечным использованием в контексте, в котором он найден. ^[98] Это часто называют проблемой старой древесины . ^{[5] Одним из примеров является} дорожка бронзового века в Withy Bed Copse, в Англии; дорожка была построена из древесины, которая явно обрабатывалась для других целей, прежде чем была повторно использована в дорожке. Другим примером является плавник , который может использоваться в качестве строительного материала. Не всегда возможно 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 вводящий в заблуждение возраст, если не принять меры предосторожности. Отдельная проблема, связанная с повторным использованием, — это длительное использование или отсроченное осаждение. Например, деревянный предмет, который используется в течение длительного периода, будет иметь кажущийся возраст, превышающий фактический возраст контекста, в котором он находится. ^[98]

Использование вне археологии

Археология — не единственная область, где используется радиоуглеродное датирование. Радиоуглеродные даты могут также использоваться в геологии, седиментологии и изучении озер, например. Возможность датировать мельчайшие образцы с помощью AMS означает, что палеоботаники и палеоклиматологи могут использовать радиоуглеродное датирование непосредственно на пыльце, очищенной от осадочных последовательностей, или на небольших количествах растительного материала или древесного угля. Даты по органическому материалу, извлеченному из интересующих слоев, могут использоваться для корреляции слоев в разных местах, которые кажутся схожими по геологическим признакам. Датирование материала из одного места дает информацию о дате другого места, и даты также используются для размещения слоев в общей геологической временной шкале. ^[99]

Радиоуглерод также используется для датирования углерода, высвобождаемого из экосистем, в частности, для мониторинга высвобождения старого углерода, который ранее хранился в почве в результате вмешательства человека или изменения климата. ^[100] Недавние достижения в области методов полевого сбора также позволяют проводить радиоуглеродное датирование метана и углекислого газа , которые являются важными парниковыми газами . ^{[101] [102]}

Известные приложения

Граница плейстоцена и голоцена в ископаемом лесу Ту-Крикс

Плейстоцен — геологическая эпоха, которая началась около 2,6 миллионов лет назад. Голоцен , текущая геологическая эпоха, начинается около 11 700 лет назад, когда заканчивается плейстоцен. [ ^103] Установление даты этой границы, которая определяется резким потеплением климата, как можно точнее было целью геологов на протяжении большей части 20-го века. ^{[103] [104]} В Ту-Крикс , в Висконсине, был обнаружен ископаемый лес ( государственная природная зона Ту-Крикс Берид Форест ), и последующие исследования определили, что разрушение леса было вызвано отступанием льда Вальдерс, последним движением льда на юг перед концом плейстоцена в этой области. До появления радиоуглеродного датирования окаменелые деревья датировались путем корреляции последовательностей ежегодно откладываемых слоев осадков в Ту-Крикс с последовательностями в Скандинавии. Это привело к оценкам, что деревьям было от 24 000 до 19 000 лет, ^[103] и, следовательно, это было принято за дату последнего наступления висконсинского оледенения перед его окончательным отступлением, ознаменовавшим конец плейстоцена в Северной Америке. ^[105] В 1952 году Либби опубликовал радиоуглеродные даты для нескольких образцов с участка Two Creeks и двух похожих участков поблизости; даты были усреднены до 11 404 BP со стандартной ошибкой 350 лет. Этот результат был некалиброван, поскольку необходимость калибровки радиоуглеродных возрастов еще не была понята. Дальнейшие результаты в течение следующего десятилетия подтвердили среднюю дату 11 350 BP, причем результаты, как полагают, были наиболее точными и составили в среднем 11 600 BP. Первоначально эти результаты вызвали сопротивление со стороны Эрнста Антевса , палеоботаника, работавшего над скандинавской варвовой серией, но его возражения в конечном итоге были отклонены другими геологами. В 1990-х годах образцы были протестированы с помощью AMS, что дало (некалиброванные) даты в диапазоне от 11 640 до 11 800 лет до н. э., обе со стандартной ошибкой 160 лет. Впоследствии образец из ископаемого леса был использован в межлабораторном тесте, результаты которого были предоставлены более чем 70 лабораториями. Эти тесты дали средний возраст 11 788 ± 8 лет до н. э. (уровень достоверности 2σ), что при калибровке дает диапазон дат от 13 730 до 13 550 кал. лет до н. э. ^[103] Радиоуглеродные даты Two Creeks в настоящее время считаются ключевым результатом в развитии современного понимания оледенения Северной Америки в конце плейстоцена. ^[105]

Свитки Мертвого моря

Часть Великого свитка Исайи, одного из свитков Мертвого моря.

В 1947 году в пещерах близ Мертвого моря были обнаружены свитки , которые, как оказалось, содержали письмена на иврите и арамейском языках , большинство из которых, как полагают, были созданы ессеями , небольшой еврейской сектой. Эти свитки имеют большое значение в изучении библейских текстов, поскольку многие из них содержат самую раннюю из известных версий книг еврейской Библии. ^[106] Образец льняной обертки одного из этих свитков, Великого свитка Исайи , был включен в анализ Либби 1955 года, с предполагаемым возрастом 1917 ± 200 лет. ^{[106] [107]} На основе анализа стиля письма были сделаны палеографические оценки возраста 21 свитка, и образцы из большинства из них, наряду с другими свитками, которые не были палеографически датированы, были протестированы двумя лабораториями AMS в 1990-х годах. Результаты варьировались по возрасту от начала 4-го века до н. э. до середины 4-го века н. э. Во всех случаях, кроме двух, свитки были определены как находящиеся в пределах 100 лет от палеографически определенного возраста. Свиток Исайи был включен в тестирование и, как было обнаружено, имел два возможных диапазона дат на уровне достоверности 2σ из-за формы калибровочной кривой в этой точке: существует 15% вероятность того, что он датируется от 355 до 295 г. до н. э., и 84% вероятность того, что он датируется от 210 до 45 г. до н. э. Впоследствии эти даты подверглись критике на том основании, что до тестирования свитки были обработаны современным касторовым маслом , чтобы сделать текст более читаемым; утверждалось, что неспособность удалить касторовое масло в достаточной степени привела бы к тому, что даты были слишком молодыми. Было опубликовано множество статей как в поддержку, так и против критики. ^[106]

Влияние

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 их было уже более 20.¹⁴
C исследовательские лаборатории. Быстро стало очевидно, что принципы радиоуглеродного датирования были верны, несмотря на определенные расхождения, причины которых тогда оставались неизвестными. ^[108]

Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию – его часто называют «радиоуглеродной революцией». ^[109] По словам антрополога Р. Э. Тейлора, «¹⁴
Данные C сделали возможной мировую предысторию, предоставив временную шкалу, выходящую за рамки местных, региональных и континентальных границ». Они обеспечивают более точное датирование в пределах участков, чем предыдущие методы, которые обычно основывались либо на стратиграфии, либо на типологиях (например, каменных орудий или керамики); они также позволяют сравнивать и синхронизировать события на больших расстояниях. Появление радиоуглеродного датирования, возможно, даже привело к улучшению полевых методов в археологии, поскольку лучшая регистрация данных приводит к более прочной связи объектов с образцами, которые должны были быть протестированы. Эти улучшенные полевые методы иногда были мотивированы попытками доказать, что¹⁴
Дата C была неверной. Тейлор также предполагает, что доступность определенной информации о дате освободила археологов от необходимости концентрировать так много своей энергии на определении дат своих находок и привела 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]

Рамка датирования, предоставленная радиоуглеродом, привела к изменению преобладающего взгляда на то, как инновации распространялись по доисторической Европе. Ранее исследователи считали, что многие идеи распространялись путем диффузии по континенту или вторжений народов, приносивших с собой новые культурные идеи. Поскольку радиоуглеродные даты начали доказывать, что эти идеи во многих случаях неверны, стало очевидно, что эти инновации иногда должны были возникать локально. Это было описано как «вторая радиоуглеродная революция». 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 из очень маленьких образцов как начало третьей радиоуглеродной революции. ^[111]

Иногда радиоуглеродные методы датирования датируют объект, вызывающий общественный интерес, например, Туринскую плащаницу , кусок льняной ткани, который, как полагают некоторые, несет на себе изображение Иисуса Христа после его распятия. Три отдельные лаборатории датировали образцы льна с плащаницы в 1988 году ; результаты указали на происхождение в 14 веке, что вызвало сомнения относительно подлинности плащаницы как предполагаемой реликвии 1 века. ^[17]

Исследователи изучили другие изотопы, созданные космическими лучами, чтобы определить, можно ли их также использовать для датирования объектов, представляющих археологический интерес. К таким изотопам относятся:3Он ,¹⁰
Быть ,²¹
Нет ,26Ал , и36Cl . С развитием AMS в 1980-х годах стало возможным измерять эти изотопы достаточно точно, чтобы они стали основой полезных методов датирования, которые в первую очередь применялись для датирования горных пород. ^[112] Природные радиоактивные изотопы также могут составлять основу методов датирования, как при датировании калием-аргоном , датировании аргоном-аргоном и датировании урановыми сериями . ^[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 варвовая хронология . ^[114]

Смотрите также

• 774–775 углерод-14 шип
• Хронологическое датирование , археологическая хронология
  • Абсолютное знакомство
  • Относительное знакомство
• Геохронология
• Радиометрическое датирование

Примечания

1. В статье Корффа фактически упоминались медленные нейтроны, термин, который со времен Корффа приобрел более конкретное значение, относящееся к диапазону энергий нейтронов, который не перекрывается 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 согласуются с оригинальными результатами Либби. ^[10]
3. Взаимодействие космических лучей с азотом и кислородом под поверхностью Земли также может создавать¹⁴
   C , а в некоторых случаях (например, вблизи поверхности снежных скоплений, которые проницаемы для газов) это¹⁴
   C мигрирует в атмосферу. Однако, по оценкам, этот путь отвечает за менее чем 0,1% от общего производства¹⁴
   С. ^[14 ]
4. Период полураспада¹⁴
   Считалось, что в 1952 году C (определяющий среднюю продолжительность жизни) составляет 5568 ± 30 лет. ^[19] Средняя продолжительность жизни и период полураспада связаны следующим уравнением: ^[5] ${\displaystyle T_{\frac {1}{2}}=0.693\cdot \tau }$
5. Два экспериментально определенных значения начала 1950-х годов не были включены в значение, использованное Либби: ~6090 лет и 5900 ± 250 лет. ^[29]
6. Термин «традиционный радиоуглеродный возраст» также используется. Определение радиоуглеродных лет следующее: возраст рассчитывается с использованием следующих стандартов : a) с использованием периода полураспада Либби 5568 лет, а не принятого в настоящее время фактического периода полураспада 5730 лет; (b) с использованием стандарта NIST, известного как HOxII, для определения активности радиоуглерода в 1950 году; (c) с использованием 1950 года в качестве даты, с которой отсчитываются годы «до настоящего времени»; (d) с поправкой на фракционирование, основанной на стандартном соотношении изотопов, и (e) с предположением, что¹⁴
   С /¹²
   Коэффициент C не изменился 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. Для морской жизни возраст кажется 400 лет только после внесения поправки на фракционирование. Этот эффект учитывается во время калибровки с помощью другой морской калибровочной кривой; без этой кривой современная морская жизнь казалась бы 400-летней при радиоуглеродном датировании. Аналогично, утверждение о наземных организмах верно только после учета фракционирования.
9. «PDB» означает «Pee Dee Belemnite», ископаемое 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, со средним значением 41 ± 14 лет; и −2 до 83 радиоуглеродных лет за последние 2000 лет, со средним значением 44 ± 17 лет. Для более старых наборов данных было оценено смещение около 50 лет. ^[51]
12. Плато на калибровочной кривой возникает, когда отношение¹⁴
    С /¹²
    C в атмосфере уменьшается с той же скоростью, что и сокращение из-за распада радиоуглерода в образце. Например, было плато между 750 и 400 годами до н.э., что делает радиоуглеродные даты менее точными для образцов, датируемых этим периодом. ^[89]

Ссылки

Эта статья была отправлена ​​в WikiJournal of Science для внешнего академического рецензирования в 2017 году (отчеты рецензентов). Обновленный контент был повторно интегрирован на страницу Википедии по лицензии CC-BY-SA-3.0 ( 2018 ). Версия записи, на которой она была проверена: Mike Christie; et al. (1 июня 2018 г.). "Радиоуглеродное датирование" (PDF) . WikiJournal of Science . 1 (1): 6. doi : 10.15347/WJS/2018.006 . ISSN  2470-6345. Wikidata  Q55120317.

1. Taylor & Bar-Yosef (2014), стр. 268.
2. Корфф, СА (1940). «О вкладе в ионизацию на уровне моря, производимом нейтронами в космическом излучении». Журнал Института Франклина . 230 (6): 777–779. Bibcode : 1940TeMAE..45..133K. doi : 10.1016/s0016-0032(40)90838-9.
3. Taylor & Bar-Yosef (2014), стр. 269.
4. "Радиоуглеродное датирование – Американское химическое общество". Американское химическое общество . Получено 2016-10-09 .
5. Боуман (1995), стр. 9–15.
6. Либби, У. Ф. (1946). «Атмосферный гелий-три и радиоуглерод из космической радиации». Physical Review . 69 (11–12): 671–672. Bibcode : 1946PhRv...69..671L. doi : 10.1103/PhysRev.69.671.2.
7. Андерсон, EC; Либби, WF; Вайнхаус, S.; Рейд, AF; Киршенбаум, AD; Гроссе, AV (1947). «Радиоуглерод из космической радиации». Science . 105 (2765): 576–577. Bibcode :1947Sci...105..576A. doi :10.1126/science.105.2735.576. PMID  17746224.
8. Арнольд, Дж. Р.; Либби, У. Ф. (1949). «Определение возраста по содержанию радиоуглерода: проверка с образцами известного возраста». Science . 110 (2869): 678–680. Bibcode :1949Sci...110..678A. doi :10.1126/science.110.2869.678. JSTOR  1677049. PMID  15407879.
9. Эйткен (1990), стр. 60–61.
10. Jull, AJT; Pearson, CL; Taylor, RE; Southon, JR; Santos, GM; Kohl, CP; Hajdas, I.; Molnar, M.; Baisan, C.; Lange, TE; Cruz, R.; Janovics, R.; Major, I. (2018). «Радиоуглеродное датирование и взаимное сравнение некоторых ранних исторических радиоуглеродных образцов». Radiocarbon . 60 (2): 535–548. Bibcode :2018Radcb..60..535J. doi :10.1017/RDC.2018.18. hdl : 20.500.11850/263957 . S2CID  134723966.
11. "Метод". www.c14dating.com . Архивировано из оригинала 2018-10-12 . Получено 2016-10-09 .
12. Russell, Nicola (2011). Эффекты морского радиоуглеродного резервуара (MRE) в археологии: временные и пространственные изменения в голоцене в прибрежной среде Великобритании (диссертация) (PDF) . Глазго, Шотландия, Великобритания: Университет Глазго. стр. 16 . Получено 11 декабря 2017 г. .
13. Бьянки, Томас С.; Кануэль , Элизабет А. (2011). Химические маркеры в водных экосистемах . Принстон: Princeton University Press. стр. 35. ISBN 978-0-691-13414-7.
14. Lal, D.; Jull, AJT (2001). "In-situ космогенный 14C: производство и примеры его уникальных применений в исследованиях земных и внеземных процессов". Радиоуглерод . 43 (2B): 731–742. Bibcode : 2001Radcb..43..731L. doi : 10.1017/S0033822200041394 .
15. Queiroz-Alves, Eduardo; Macario, Kita; Ascough, Philippa; Bronk Ramsey, Christopher (2018). «Эффект мирового морского радиоуглеродного резервуара: определения, механизмы и перспективы» (PDF) . Reviews of Geophysics . 56 (1): 278–305. Bibcode :2018RvGeo..56..278A. doi :10.1002/2017RG000588. S2CID  59153548.
16. Ципенюк, Юрий М. (1997). Ядерные методы в науке и технике . Бристоль, Великобритания: Institute of Physics Publishing. стр. 343. ISBN 978-0750304221.
17. Currie, Lloyd A. (2004). «Замечательная метрологическая история радиоуглеродного датирования II». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 109 (2): 185–217. doi :10.6028/jres.109.013. PMC 4853109. PMID  27366605 . 
18. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 33.
19. Либби (1965), стр. 42.
20. Эйткен (1990), стр. 59.
21. Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001-22. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
22. Эйткен (1990), стр. 61–66.
23. Aitken (1990), стр. 92–95.
24. Bowman (1995), стр. 42.
25. Энгелькемейр, Антуанетта Г.; Хэмилл, WH; Ингрэм, Марк Г.; Либби, WF (1949). «Период полураспада радиоуглерода (C ¹⁴ )». Physical Review . 75 (12): 1825. Bibcode :1949PhRv...75.1825E. doi :10.1103/PhysRev.75.1825.
26. Джонсон, Фредерик (1951). «Введение». Мемуары Общества американской археологии . 8 (8): 1–19. doi : 10.1017/S0081130000000873 . JSTOR  25146610.
27. Годвин, Х. (1962). "Период полураспада радиоуглерода". Nature . 195 (4845): 984. Bibcode :1962Natur.195..984G. doi : 10.1038/195984a0 . S2CID  27534222.
28. van der Plicht, J.; Hogg, A. (2006). "A note on reporting radiocarbon" (PDF) . Quaternary Geochronology . 1 (4): 237–240. Bibcode :2006QuGeo...1..237V. doi :10.1016/j.quageo.2006.07.001. S2CID  128628228 . Получено 9 декабря 2017 г. .
29. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 287.
30. Reimer, Paula J.; Bard, Edouard; Bayliss, Alex; Beck, J. Warren; Blackwell, Paul G.; Ramsey, Christopher Bronk; Buck, Caitlin E.; Cheng, Hai; Edwards, R. Lawrence (2013). "IntCal13 и Marine13 Radiocarbon Age Calibration Curves 0–50,000 Years cal BP". Radiocarbon . 55 (4): 1869–1887. Bibcode :2013Radcb..55.1869R. doi : 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 Goudie, Andrew; Cuff, David J. (ред.). Энциклопедия глобальных изменений: изменение окружающей среды и человеческое общество, том 1. Оксфорд: Oxford University Press. стр. 128–129. ISBN 978-0-19-514518-2.
33. Эйткен, Мартин Дж. (2003). «Радиоуглеродное датирование». В Эллис, Линда (ред.). Археологический метод и теория . Нью-Йорк: Garland Publishing. стр. 506.
34. Уорнек, Питер (2000). Химия естественной атмосферы . Лондон: Academic Press. стр. 690. ISBN 978-0-12-735632-7.
35. Ферронский, VI; Поляков, VA (2012). Изотопы гидросферы Земли . Нью-Йорк: Springer. С. 372. ISBN 978-94-007-2855-4.
36. Боуман (1995), стр. 24–27.
37. Кронин, Томас М. (2010). Палеоклиматы: понимание изменения климата в прошлом и настоящем . Нью-Йорк: Columbia University Press. стр. 35. ISBN 978-0-231-14494-0.
38. 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. Боуман (1995), стр. 16–20.
40. Suess, HE (1970). "Калибровка радиоуглеродной шкалы времени по сосне щетинистой с 5200 г. до н. э. по настоящее время". В Olsson, Ingrid U. (ред.). Радиоуглеродные вариации и абсолютная хронология . Нью-Йорк: John Wiley & Sons. стр. 303.
41. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 50–52.
42. Bowman (1995), стр. 43–49.
43. Aitken (1990), стр. 71–72.
44. «Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой». Государственный департамент США . Получено 2 февраля 2015 г.
45. Боуман (1995), стр. 20–23.
46. Маслин, Марк А.; Сванн, Джордж EA (2006). "Изотопы в морских отложениях". В Ленг, Мелани Дж. (ред.). Изотопы в палеоэкологических исследованиях . Дордрехт: Springer. стр. 246. doi :10.1007/1-4020-2504-1_06. ISBN 978-1-4020-2503-7.
47. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 125.
48. Дасс, Чхабил (2007). Основы современной масс-спектрометрии . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр. 276. ISBN 978-0-471-68229-5.
49. Шенингер, Маргарет Дж. (2010). «Реконструкция диеты и экология с использованием стабильных изотопных соотношений». В Larsen, Clark Spencer (ред.). A Companion to Biological Anthropology . Oxford: Blackwell. стр. 446. doi :10.1002/9781444320039.ch25. ISBN 978-1-4051-8900-2.
50. Libby (1965), стр. 6.
51. Hogg, AG; Hua, Q.; Blackwell, PG; Niu, M.; Buck, CE; Guilderson, TP; Heaton, TJ; Palmer, JG; Reimer, PJ; Reimer, RW; Turney, CSM; Zimmerman, SRH (2013). "Калибровка южного полушария SHCal13, 0–50 000 лет cal BP". Радиоуглерод . 55 (4): 1889–1903. Bibcode : 2013Radcb..55.1889H. doi : 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; Хатте, Кристина; Коутиньо, Руи; Фонтюнь, Мишель; Жодон, Мишель (1999). «Полученный из магмы¹⁴
    СО
    ₂выбросы зарегистрированы в¹⁴
    С и¹³
    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. Боуман (1995), стр. 27–30.
56. Эйткен (1990), стр. 86–89.
57. Шилар, Ян (2004). «Применение радионуклидов окружающей среды в радиохронологии: радиоуглерод». В Тыква, Ричард; Берг, Дитер (ред.). Искусственная и естественная радиоактивность в загрязнении окружающей среды и радиохронологии . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. стр. 166. ISBN 978-1-4020-1860-2.
58. Боуман (1995), стр. 37–42.
59. Bowman (1995), стр. 31–37.
60. Aitken (1990), стр. 76–78.
61. Трамбор, Сьюзен Э. (1996). «Применение ускорительной масс-спектрометрии в почвоведении». В Boutton, Thomas W.; Yamasaki, Shin-ichi (ред.). Масс-спектрометрия почв . Нью-Йорк: Marcel Dekker. стр. 318. ISBN 978-0-8247-9699-0.
62. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 103–104.
63. Уокер (2005), стр. 20.
64. Walker (2005), стр. 23.
65. Киллик, Дэвид (2014). «Использование доказательств из естественных наук в археологии». В Чапман, Роберт; Элисон, Уайли (ред.). Материальные доказательства: изучение археологической практики . Абингдон, Великобритания: Routledge. стр. 166. ISBN 978-0-415-83745-3.
66. Малейни, Мэри Э. (2010). Руководство потребителя по археологической науке . Нью-Йорк: Springer. С. 96. ISBN 978-1-4419-5704-7.
67. Теодорссон, Палл (1996). Измерение слабой радиоактивности . Сингапур: World Scientific Publishing. стр. 24. ISBN 978-9810223151.
68. L'Annunziata, Michael F.; Kessler, Michael J. (2012). «Анализ сцинтилляции жидкости: принципы и практика». В L'Annunziata, Michael F. (ред.). Справочник по анализу радиоактивности (3-е изд.). Oxford: Academic Press. стр. 423–573 [424]. doi :10.1016/b978-012436603-9/50010-7. ISBN 978-0-12-384873-4.
69. Эрикссон Стенстрем, Кристина; Ског, Горан; Георгиаду, Елизавета; Генберг, Йохан; Йоханссон, Анетт (2011). Справочник по радиоуглеродным единицам и расчетам. Лунд: Лундский университет. п. 3.
70. Aitken (1990), стр. 82–85.
71. Виберт, Андерс (1995). Разработка системы AMS Лунда и оценка нового метода обнаружения AMS . Лунд: Университет Лунда. стр. 16.
72. Туниц, К.; Цоппи, У.; Барбетти, М. (2004). «Радионуклидное датирование в археологии методом ускорительной масс-спектрометрии». В Мартини, М.; Милаццо, М.; Пьячентини, М. (ред.). Физические методы в археометрии . Амстердам: IOS Press. стр. 395. ISBN 978-1-58603-424-5.
73. McNichol, AP; Jull, ATS; Burr, GS (2001). «Преобразование данных AMS в значения радиоуглерода: соображения и соглашения». Radiocarbon . 43 (2A): 313–320. Bibcode :2001Radcb..43..313M. doi : 10.1017/S0033822200038169 .
74. Terasmae, J. (1984). "Радиоуглеродное датирование: некоторые проблемы и потенциальные разработки". В Mahaney, WC (ред.). Методы датирования четвертичного периода . Амстердам: Elsevier. стр. 5. ISBN 978-0-444-42392-4.
75. L'Annunziata, Michael F. (2007). Радиоактивность: Введение и история . Амстердам: Elsevier. стр. 528. ISBN 978-0-444-52715-8.
76. "Расчеты радиоуглеродных данных: NOSAMS". Океанографический институт Вудс-Хоул. 2007. Получено 27 августа 2013 г.
77. Боуман (1995), стр. 38–39.
78. Тейлор, RE (1987). Радиоуглеродное датирование . Лондон: Academic Press. С. 125–126. ISBN 978-0-12-433663-6.
79. Боуман (1995), стр. 40–41.
80. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 155.
81. Aitken (1990), стр. 66–67.
82. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 59.
83. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 53–54.
84. Reimer, PJ; et al. (2020). "The IntCal20 Northern Hemisphere Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55 cal kBP)". Radiocarbon . 62 (4): 725–757. Bibcode :2020Radcb..62..725R. doi : 10.1017/RDC.2020.41 . hdl : 10023/20465 .
85. van der Plicht, J; et al. (2020). «Последние разработки в области калибровки археологических и экологических образцов». Радиоуглерод . 62 (4): 1095. Bibcode : 2020Radcb..62.1095V. doi : 10.1017/RDC.2020.22 . hdl : 11585/770537 . S2CID  219087775.
86. Хогг, Алан Г.; Хитон, Тимоти Дж.; Хуа, Куан; Палмер, Джонатан Г.; Терни, Крис СМ; Саутон, Джон; Бейлисс, Алекс; Блэквелл, Пол Г.; Босвейк, Гретель; Рэмси, Кристофер Бронк; Пирсон, Шарлотта (август 2020 г.). "Калибровка южного полушария SHCal20, 0–55 000 лет cal BP". Радиоуглерод . 62 (4): 759–778. Bibcode : 2020Radcb..62..759H. doi : 10.1017/RDC.2020.59 . hdl : 1893/31560 .
87. Хитон, Тимоти Дж.; Келер, Питер; Буцин, Мартин; Бард, Эдуард; Реймер, Рон В.; Остин, Уильям Э.Н.; Рэмси, Кристофер Бронк; Гротес, 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. Walker (2005), стр. 35–37.
89. Гилдерсон, Том; Реймер, Паула; Браун, Том (21 января 2005 г.). «Благо и проклятие радиоуглеродного датирования». Science . 307 (5708): 363. doi :10.1126/science.1104164. JSTOR  3840039. PMID  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. "Radiocarbon: Information for authors" (PDF) . Radiocarbon . University of Arizona. 25 мая 2011 г. стр. 5–7. Архивировано из оригинала (PDF) 10 августа 2013 г. Получено 1 января 2014 г.
94. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 29.
95. Миллард, Эндрю Р. (2014). «Условия представления результатов определения радиоуглерода» (PDF) . Радиоуглерод . 56 (2): 555–559. Bibcode :2014Radcb..56..555M. doi : 10.2458/56.17455 .
96. Mook, WG; Waterbolk, HT (1985). Справочники для археологов: № 3: Радиоуглеродное датирование . Страсбург: Европейский научный фонд. С. 48–49. ISBN 978-2-903148-44-7.
97. Хайэм, Т.; и др. (2014). «Время и пространственно-временная структура исчезновения неандертальцев». Nature . 512 (7514): 306–309. Bibcode :2014Natur.512..306H. doi :10.1038/nature13621. PMID  25143113. S2CID  205239973.
98. Bowman (1995), стр. 53–54.
99. Годвин, Гарри (1961). «Кронианская лекция: радиоуглеродное датирование и четвертичная история в Британии». Труды Королевского общества Лондона B: Биологические науки . 153 (952): 287–320. Bibcode : 1961RSPSB.153..287G. doi : 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, экспортируемого торфяными потоками». Журнал геофизических исследований: Biogeosciences . 124 (2): 328–341. Bibcode : 2019JGRG..124..328D. doi : 10.1029/2018JG004650 . hdl : 1893/28684 .
101. Элдер, Клейтон Д.; Сюй, Сяомэй; Уокер, Дженнифер; Шнелл, Джордан Л.; Хинкель, Кеннет М.; Таунсенд-Смолл, Эми; Арп, Кристофер Д.; Полман, Джон У.; Гаглиоти, Бенджамин В. (2018). «Выбросы парниковых газов из различных арктических озер Аляски преобладают за счет молодого углерода». Nature Climate Change . 8 (2): 166–171. Bibcode : 2018NatCC...8..166E. doi : 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, выявленный новым методом сбора при низких полевых концентрациях для анализа радиоуглерода ( 14 C)». Water Research . 115 : 236–244. Bibcode : 2017WatRe.115..236D. doi : 10.1016/j.watres.2017.03.009 . hdl : 1893/25135 . PMID  28284090.
103. 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 терминальном плейстоцене и раннем голоцене в Северной Америке». В Боусман, К. Бритт; Вьерра, Брэдли Дж. (ред.). От плейстоцена до голоцена: человеческая организация и культурные трансформации в доисторической Северной Америке . Колледж-Стейшн, Техас: Texas A&M University Press. стр. 4. ISBN 978-1-60344-760-7.
105. Macdougall, Doug (2008). Часы природы: как ученые измеряют возраст почти всего . Беркли, Калифорния: Издательство Калифорнийского университета. С. 94–95. ISBN 978-0-520-24975-2.
106. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 38–42.
107. Либби (1965), стр. 84.
108. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 288.
109. Тейлор, RE (1997). «Радиоуглеродное датирование». В Taylor, RE; Aitken, Martin J. (ред.). Хронометрическое датирование в археологии . Нью-Йорк: Plenum Press. С. 65–97. ISBN 978-0-306-45715-9.
110. Taylor, RE (1987). Радиоуглеродное датирование . Лондон: Academic Press. С. 143–146. ISBN 978-0-12-433663-6.
111. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 13.
112. Уокер (2005), стр. 77–79.
113. Уокер (2005), стр. 57–77.
114. Уокер (2005), стр. 93–162.

Источники

• Эйткен, М. Дж. (1990). Научно обоснованное датирование в археологии . Лондон: Longman. ISBN 978-0-582-49309-4.
• Боуман, Шеридан (1995) [1990]. Радиоуглеродное датирование . Лондон: British Museum Press. ISBN 978-0-7141-2047-8.
• Либби, Уиллард Ф. (1965) [1952]. Радиоуглеродное датирование (2-е (1955) изд.). Чикаго: Финикс.
• Тейлор, Р. Э.; Бар-Йосеф, Офер (2014). Радиоуглеродное датирование (2-е изд.). Уолнат-Крик, Калифорния: Left Coast Press. ISBN 978-1-59874-590-0.
• Уокер, Майк (2005). Методы датирования четвертичного периода (PDF) . Чичестер: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-86927-7. Архивировано из оригинала (PDF) 13 октября 2017 г.

Внешние ссылки

• Миндаль, керамика и дерево помогают датировать знаменитое кораблекрушение в Кирении - Phys.org - 26 июня 2024 г.
• Радиоуглеродное датирование и хронологическое моделирование: рекомендации и передовой опыт, Историческая Англия
• OxCal, программа калибровки радиоуглерода
• рабочая группа IntCal
• IntChron, сервис индексации радиоуглеродных дат
• p3k14c, глобальная база данных радиоуглерода
• XRONOS, глобальная база данных радиоуглерода