Радиоуглеродное датирование

Метод определения возраста объектов

Радиоуглеродное датирование помогло подтвердить подлинность свитков Мертвого моря .

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

Метод был разработан в конце 1940-х годов в Чикагском университете Уиллардом Либби . Он основан на том, что радиоуглерод (¹⁴
В ) постоянно создается в атмосфере Земли при взаимодействии космических лучей с атмосферным азотом . Результирующий¹⁴
C соединяется с атмосферным кислородом с образованием радиоактивного углекислого газа , который попадает в растения в результате фотосинтеза ; животные затем приобретают¹⁴
C , поедая растения. Когда животное или растение умирает, оно перестает обмениваться углеродом с окружающей средой, и после этого количество¹⁴
Содержащийся в нем C начинает уменьшаться по мере того, как¹⁴
C подвергается радиоактивному распаду . Измерение доли¹⁴
C в образце мертвого растения или животного, например в куске дерева или фрагменте кости, дает информацию, которую можно использовать для расчета времени смерти животного или растения. Чем старше образец, тем меньше¹⁴
C должен быть обнаружен, и поскольку период полураспада¹⁴
C (период времени, после которого половина данного образца распадется) составляет около 5730 лет, самые старые даты, которые можно надежно измерить с помощью этого процесса, датируются примерно 50 000 лет назад (в этом интервале около 99,8%¹⁴
C разложится), хотя специальные методы подготовки иногда позволяют провести точный анализ старых образцов. В 1960 году Либби получил за свою работу Нобелевскую премию по химии .

Исследования продолжаются с 1960-х годов с целью определить, какова доля¹⁴
C в атмосфере сохранялся на протяжении последних 50 000 лет. Полученные данные в виде калибровочной кривой теперь используются для преобразования заданного измерения радиоуглерода в образце в оценку календарного возраста образца. Другие поправки должны быть сделаны для учета доли¹⁴
C в разных типах организмов (фракционирование), а также различные уровни¹⁴
C по всей биосфере (резервуарные эффекты). Дополнительные осложнения возникают из-за сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть, а также из-за наземных ядерных испытаний, проведенных в 1950-х и 1960-х годах.

Потому что время, необходимое для преобразования биологических материалов в ископаемое топливо , существенно больше, чем время, необходимое для их получения.¹⁴
C разлагается ниже обнаруживаемого уровня, ископаемое топливо почти не содержит¹⁴
С. _ В результате, начиная с конца XIX века, произошло заметное снижение доли¹⁴
C в атмосфере, поскольку углекислый газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива, начал накапливаться. И наоборот, ядерные испытания увеличили количество¹⁴
C в атмосфере, который достиг максимума примерно в 1965 году, почти вдвое превышая его количество, присутствующее в атмосфере до ядерных испытаний.

Измерение радиоуглерода первоначально проводилось с помощью устройств для подсчета бета-излучения, которые подсчитывали количество бета-излучения , испускаемого при распаде.¹⁴
Атомы C в образце. Совсем недавно методом выбора стала ускорительная масс-спектрометрия ; он учитывает все¹⁴
Атомы C в образце, а не только те немногие, которые распадаются во время измерений; поэтому его можно использовать с образцами гораздо меньшего размера (например, с отдельными семенами растений), и он дает результаты гораздо быстрее. Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию . Помимо обеспечения более точного датирования археологических памятников, чем предыдущие методы, он позволяет сравнивать даты событий на больших расстояниях. В истории археологии ее влияние часто называют «радиоуглеродной революцией». Радиоуглеродное датирование позволило датировать ключевые переходы в предыстории, такие как конец последнего ледникового периода и начало неолита и бронзового века в различных регионах.

Фон

История

В 1939 году Мартин Кеймен и Сэмюэл Рубен из радиационной лаборатории в Беркли начали эксперименты, чтобы определить, имеет ли какой-либо из элементов, распространенных в органическом веществе, изотопы с достаточно длительным периодом полураспада, чтобы иметь ценность для биомедицинских исследований. Они синтезировали¹⁴
C , используя лабораторный циклотронный ускоритель, и вскоре обнаружил, что период полураспада атома намного больше, чем считалось ранее. ^[1] За этим последовало предсказание Сержа А. Корфа , тогда работавшего в Институте Франклина в Филадельфии , о том, что взаимодействие тепловых нейтронов с¹⁴
N в верхних слоях атмосферы создаст¹⁴
С. _ ^{[примечание 1] [3] [4]} Ранее считалось, что¹⁴
C, скорее всего, будет создан дейтронами , взаимодействующими с¹³
С. _ ^[1] В какой-то момент во время Второй мировой войны Уиллард Либби , который тогда работал в Беркли, узнал об исследованиях Корфа и задумал, что можно использовать радиоуглерод для датирования. ^{[3] [4]}

В 1945 году Либби перешёл в Чикагский университет , где начал работу по радиоуглеродному датированию. В 1946 году он опубликовал статью, в которой предположил, что углерод в живом веществе может включать¹⁴
C , а также нерадиоактивный углерод. ^{[5] [6]} Либби и несколько сотрудников приступили к экспериментам с метаном , собранным на очистных сооружениях в Балтиморе, и после изотопного обогащения своих образцов они смогли продемонстрировать, что они содержат¹⁴
С. _ Напротив, метан, полученный из нефти, не показал радиоуглеродной активности из-за своего возраста. Результаты были обобщены в статье в журнале Science в 1947 году, в которой авторы отметили, что их результаты позволяют датировать материалы, содержащие углерод органического происхождения. ^{[5] [7]}

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

Физические и химические детали

В природе углерод существует в виде трёх изотопов: двух стабильных, нерадиоактивных ( углерод-12 (¹²
С ) и углерод-13 (¹³
С ) и один радиоактивный углерод-14 (¹⁴
C ), также известный как «радиоуглерод»). Период полураспада¹⁴
C (время, необходимое для получения половины заданного количества¹⁴
C до распада ) составляет около 5730 лет, поэтому можно ожидать, что его концентрация в атмосфере уменьшится в течение тысяч лет, но¹⁴
C постоянно производится в нижней стратосфере и верхней тропосфере , главным образом галактическими космическими лучами и в меньшей степени солнечными космическими лучами. ^{[5] [12]} Эти космические лучи генерируют нейтроны, проходя через атмосферу, которые могут поразить азот-14 (¹⁴
N ) атомы и превратить их в¹⁴
С. _ ^[5] Следующая ядерная реакция является основным путем, по которому¹⁴
С создается:

п +¹⁴
₇Н
→¹⁴
₆С
+ р

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

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

¹⁴ С + О ₂ → ¹⁴ СО + О

¹⁴ СО + ОН → ¹⁴ СО ₂ + Н

Углекислый газ, образующийся таким образом, диффундирует в атмосфере, растворяется в океане и поглощается растениями посредством фотосинтеза . Животные поедают растения, и в конечном итоге радиоуглерод распространяется по всей биосфере . Соотношение¹⁴
С до¹²
C составляет примерно 1,25 части¹⁴
С до 10 ¹² частей¹²
С. _ ^[16] Кроме того, около 1% атомов углерода относятся к стабильному изотопу.¹³
С. _ ^[5]

Уравнение радиоактивного распада¹⁴
С : ^[17]

¹⁴
₆С
→¹⁴
₇Н
+
е⁻
+
ν
_е

Испуская бета-частицу ( электрон , e ⁻ ) и электронное антинейтрино (
ν
_е), один из нейтронов в¹⁴
Ядро С превращается в протон и¹⁴
Ядро C превращается в стабильный (нерадиоактивный) изотоп.¹⁴
Н. _ ^[18]

Принципы

В течение своей жизни растение или животное находится в равновесии с окружающей средой, обменивая углерод либо с атмосферой, либо с пищей. Следовательно, в нем будет та же пропорция¹⁴
C — это атмосфера или, в случае морских животных и растений, океан. Умирая, он перестает приобретать¹⁴
С , но¹⁴
C в его биологическом материале в это время будет продолжать распадаться, и поэтому соотношение¹⁴
С до¹²
C в его остатках будет постепенно уменьшаться. Потому что¹⁴
C распадается с известной скоростью, долю радиоуглерода можно использовать для определения того, сколько времени прошло с тех пор, как данный образец перестал обменивать углерод – чем старше образец, тем меньше¹⁴
С останется. ^[16]

Уравнение, определяющее распад радиоактивного изотопа: ^[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 — количество атомов, оставшихся после времени t . ^[5] λ — константа, зависящая от конкретного изотопа; для данного изотопа он равен обратному значению среднего срока жизни – т.е. среднему или ожидаемому времени, в течение которого данный атом выживет до того, как подвергнется радиоактивному распаду. ^[5] Средний срок службы, обозначаемый τ ,¹⁴
C составляет 8267 лет, ^{[примечание 4]} , поэтому приведенное выше уравнение можно переписать как: ^[20]

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

Предполагается, что образец изначально имел такое же¹⁴
С /¹²
Соотношение C как соотношение в атмосфере, и поскольку размер образца известен, общее количество атомов в образце может быть рассчитано, что дает N ₀ , количество¹⁴
Атомы C в исходном образце. Измерение N , количества¹⁴
Атомы углерода , находящиеся в настоящее время в образце, позволяют рассчитать t , возраст образца, используя приведенное выше уравнение. ^[16]

Период полураспада радиоактивного изотопа (обычно обозначаемый t _1/2 ) является более знакомым понятием, чем средний период жизни, поэтому, хотя приведенные выше уравнения выражаются через средний период жизни, чаще всего цитируют значение¹⁴
Период полураспада C превышает его средний период жизни. Принятое в настоящее время значение периода полураспада¹⁴
C составляет 5700 ± 30 лет. ^[21] Это означает, что через 5700 лет только половина первоначального¹⁴
C останется; четверть останется через 11 400 лет; восьмой через 17 100 лет; и так далее.

Приведенные выше расчеты основаны на нескольких предположениях, например, о том, что уровень¹⁴
C в атмосфере оставался постоянным с течением времени. ^[5] Фактически, уровень¹⁴
Уровень содержания углерода в атмосфере значительно изменился, и в результате значения, полученные в приведенном выше уравнении, необходимо скорректировать, используя данные из других источников. ^[22] Это делается с помощью калибровочных кривых (обсуждаемых ниже), которые преобразуют измерения¹⁴
C в выборке до предполагаемого календарного возраста. Расчеты состоят из нескольких этапов и включают промежуточное значение, называемое «радиоуглеродным возрастом», которое представляет собой возраст образца в «радиоуглеродных годах»: возраст, указанный в радиоуглеродных годах, означает, что калибровочная кривая не использовалась – расчеты для радиоуглеродных лет. предположить, что атмосферный¹⁴
С /¹²
Соотношение C не изменилось с течением времени. ^{[23] [24]}

Для расчета возраста радиоуглерода также необходимо знать значение периода полураспада для¹⁴
С. _ В статье Либби 1949 года он использовал значение 5720 ± 47 лет, основанное на исследовании Энгелькемейра и др. ^[25] Это было очень близко к современному значению, но вскоре после этого принятое значение было пересмотрено до 5568 ± 30 лет, ^[26] и это значение использовалось более десяти лет. В начале 1960-х годов он был снова пересмотрен до 5730 ± 40 лет ^{[27] [28]} , что означало, что многие расчетные даты в статьях, опубликованных до этого, были неверными (погрешность периода полураспада составляет около 3%). ^{[примечание 5]} Для согласованности с этими ранними статьями на конференции по радиоуглероду 1962 года в Кембридже (Великобритания) было решено использовать «период полураспада Либби» в 5568 лет. Радиоуглеродный возраст до сих пор рассчитывается с использованием этого периода полураспада и известен как «традиционный радиоуглеродный возраст». Поскольку калибровочная кривая (IntCal) также отображает прошлые атмосферные¹⁴
Концентрация углерода с использованием этого условного возраста, любой обычный возраст, откалиброванный по кривой IntCal, даст правильный калиброванный возраст. Когда дата цитируется, читатель должен знать, что если это некалиброванная дата (термин, используемый для дат, выраженных в радиоуглеродных годах), она может существенно отличаться от наилучшей оценки фактической календарной даты, поскольку в ней используется неправильное значение. за период полураспада¹⁴
C , и поскольку никакая поправка (калибровка) не применялась к историческому изменению¹⁴
C в атмосфере с течением времени. ^{[23] [24] [30] [примечание 6]}

Углеродный резервуар

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

Углерод распространен в атмосфере, биосфере и океанах; все вместе они называются резервуаром углеродного обмена ^[33] , а каждый компонент также называется резервуаром углеродного обмена по отдельности. Различные элементы резервуара углеродного обмена различаются по тому, сколько углерода они хранят и сколько времени требуется для¹⁴
C , создаваемый космическими лучами, полностью с ними смешивается. Это влияет на соотношение¹⁴
С до¹²
C в разных резервуарах и, следовательно, радиоуглеродный возраст образцов, взятых из каждого резервуара. ^[5] Атмосфера, в которой находится¹⁴
Генерируется С , содержит около 1,9% от общего количества углерода в водоемах, а¹⁴
C он содержит смеси менее семи лет. ^[34] Соотношение¹⁴
С до¹²
C в атмосфере принимается за базовый уровень для других резервуаров: если другой резервуар имеет более низкое соотношение¹⁴
С до¹²
C , это указывает на то, что углерод старше и, следовательно, либо некоторые из¹⁴
C распался, или в резервуар поступает углерод, которого нет в базовой линии атмосферы. ^[22] Примером может служить поверхность океана: в обменном резервуаре она содержит 2,4% углерода, а в нем лишь около 95% этого количества.¹⁴
C , как и следовало ожидать, если бы соотношение было таким же, как в атмосфере. ^[5] Время, необходимое углероду из атмосферы для смешивания с поверхностью океана, составляет всего несколько лет, ^[35] но поверхностные воды также получают воду из глубин океана, в котором более 90% углерода содержится в резервуар. ^[22] Воде в глубоком океане требуется около 1000 лет, чтобы циркулировать обратно через поверхностные воды, поэтому поверхностные воды содержат комбинацию более старых вод с истощенными водами.¹⁴
C и вода, недавно вышедшая на поверхность, с¹⁴
C в равновесии с атмосферой. ^[22]

То же самое есть и у существ, живущих на поверхности океана.¹⁴
Соотношения углерода в воде, в которой они живут, и в результате снижения¹⁴
С /¹²
Коэффициент C радиоуглеродный возраст морской жизни обычно составляет около 400 лет. ^{[36] [37]} Организмы на суше находятся в более тесном равновесии с атмосферой и обладают одинаковыми¹⁴
С /¹²
Соотношение C как атмосфера. ^{[5] [примечание 8]} Эти организмы содержат около 1,3% углерода в резервуаре; морские организмы имеют массу менее 1% от наземных и на схеме не показаны. Накопленное мертвое органическое вещество как растений, так и животных превышает массу биосферы почти в 3 раза, и, поскольку это вещество больше не обменивается углеродом с окружающей средой, оно имеет¹⁴
С /¹²
Коэффициент C ниже, чем в биосфере. ^[5]

Соображения о свиданиях

Вариация в¹⁴
С /¹²
Соотношение С в различных частях углеродообменного резервуара означает, что простой расчет возраста образца на основе количества¹⁴
C , который он содержит, часто дает неправильный результат. Есть еще несколько возможных источников ошибок, которые необходимо учитывать. Ошибки бывают четырех основных типов:

• вариации в¹⁴
  С /¹²
  Соотношение углерода в атмосфере как географически, так и во времени;
• изотопное фракционирование;
• вариации в¹⁴
  С /¹²
  соотношение С в разных частях водоема;
• загрязнение.

Атмосферные изменения

Атмосферный¹⁴
C для северного и южного полушарий, что показывает процентное превышение уровня над уровнем до взрыва. Договор о частичном запрещении ядерных испытаний вступил в силу 10 октября 1963 года. ^[38]

В первые годы использования этой техники было понятно, что она зависит от атмосферных условий.¹⁴
С /¹²
Соотношение C оставалось неизменным в течение предыдущих нескольких тысяч лет. Чтобы проверить точность метода, было протестировано несколько артефактов, датированных другими методами; Результаты тестирования находились в разумном соответствии с истинным возрастом объектов. Однако со временем стали появляться расхождения между известной хронологией древнейших египетских династий и радиоуглеродными датами египетских артефактов. Ни существовавшая ранее египетская хронология, ни новый метод радиоуглеродного датирования не могли считаться точными, но третья возможность заключалась в том, что¹⁴
С /¹²
Соотношение C со временем изменилось. Вопрос был решен путем изучения годичных колец : ^{[39] [40] [41]} сравнение перекрывающихся серий годичных колец позволило построить непрерывную последовательность данных годичных колец, охватывающую 8000 лет. ^[39] (С тех пор ряд данных о годичных кольцах был расширен до 13 900 лет.) ^[30] В 1960-х годах Ханс Зюсс смог использовать последовательность годичных колец, чтобы показать, что даты, полученные с помощью радиоуглерода, согласуются с датами, полученными с помощью радиоуглерода. даты, назначенные египтологами. Это стало возможным потому, что хотя однолетние растения, такие как кукуруза, имеют¹⁴
С /¹²
Коэффициент C , который отражает атмосферное соотношение в то время, когда они росли, деревья добавляют материал только к своему внешнему годичному кольцу в любой данный год, в то время как внутренние древесные кольца не получают своего¹⁴
C пополняется и вместо этого только теряется¹⁴
C в результате радиоактивного распада. Следовательно, каждое кольцо сохраняет запись об атмосфере.¹⁴
С /¹²
Коэффициент углерода года, в котором она выросла. Радиоуглеродное датирование древесины по самим древесным кольцам обеспечивает необходимую проверку атмосферных¹⁴
С /¹²
Соотношение C : с образцом известной даты и измерением значения N (количества атомов¹⁴
C , оставшийся в образце), уравнение углеродного датирования позволяет рассчитать N ₀ – количество атомов¹⁴
C в образце в момент формирования древесного кольца – и, следовательно,¹⁴
С /¹²
Соотношение C в атмосфере в то время. ^{[39] [41]} Опираясь на результаты радиоуглеродного датирования годичных колец, стало возможным построить калибровочные кривые, предназначенные для исправления ошибок, вызванных изменениями во времени в¹⁴
С /¹²
Коэффициент С. ^[42] Эти кривые описаны более подробно ниже.

Уголь и нефть начали сжигать в больших количествах в 19 веке. Оба достаточно старые, поэтому содержат мало или вообще не содержат обнаруживаемых веществ.¹⁴
C и, как следствие, CO
₂выпущенный существенно разбавил атмосферу¹⁴
С /¹²
Коэффициент С. Таким образом, датировка объекта началом 20 века дает кажущуюся дату старше истинной. По той же причине,¹⁴
Концентрации углерода в окрестностях крупных городов ниже, чем в среднем в атмосфере. Этот эффект ископаемого топлива (также известный как эффект Зюсса, в честь Ганса Зюсса, который впервые сообщил о нем в 1955 году) составит всего лишь 0,2% сокращения выбросов.¹⁴
Активность углерода , если бы дополнительный углерод из ископаемого топлива был распределен по всему углеродообменному резервуару, но из-за длительной задержки смешивания с глубинами океана фактический эффект снижается на 3%. ^{[39] [43]}

Гораздо больший эффект дают наземные ядерные испытания, в результате которых в атмосферу было выброшено большое количество нейтронов, что привело к созданию¹⁴
С. _ Примерно с 1950 по 1963 год, когда атмосферные ядерные испытания были запрещены , по оценкам, несколько тонн¹⁴
C были созданы. Если все это дополнительно¹⁴
Если бы С немедленно распространился по всему углеродообменному резервуару, это привело бы к увеличению¹⁴
С /¹²
Коэффициент C составил всего лишь несколько процентов, но немедленный эффект заключался в почти удвоении количества¹⁴
C в атмосфере, с пиковым уровнем в 1964 году для северного полушария и в 1966 году для южного полушария. С тех пор уровень упал, поскольку этот бомбовый импульс или «бомбовый углерод» (как его иногда называют) просачивается в остальную часть резервуара. ^{[39] [43] [44] [38]}

Изотопное фракционирование

Фотосинтез — это основной процесс, посредством которого углерод перемещается из атмосферы в живые существа. В путях фотосинтеза¹²
C усваивается несколько легче, чем¹³
C , который, в свою очередь, легче усваивается, чем¹⁴
С. _ Дифференциальное поглощение трех изотопов углерода приводит к¹³
С /¹²
С и¹⁴
С /¹²
Соотношения углерода в растениях отличаются от соотношений в атмосфере. Этот эффект известен как изотопное фракционирование. ^{[45] [46]}

Чтобы определить степень фракционирования, происходящего в данном растении, количества обоих¹²
С и¹³
Изотопы C измеряются, и полученный результат¹³
С /¹²
Затем соотношение C сравнивается со стандартным соотношением, 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: истощение запасов¹³
С относительно¹²
C пропорционален разнице атомных масс двух изотопов, поэтому обеднение для¹⁴
C в два раза превышает истощение¹³
С. _ ^[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 части на тысячу . ^[45] Поскольку стандарт PDB содержит необычно высокую долю¹³
C , ^{[примечание 10]} наиболее измеряемая δ ¹³ Cзначения отрицательные.

Овцы Норт-Роналдсей на пляже в Норт-Роналдсей . Зимой эти овцы едят морские водоросли, у которых более высокое значение δ ¹³ C.содержание, чем трава; образцы от этих овец имеют δ ¹³ Cзначение около −13‰, что значительно выше, чем у овец, питающихся травами. ^[45]

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

δ ¹³ С _ценность для животных зависит от их рациона. Животное, питающееся пищей с высоким δ ¹³ C.значения будут иметь более высокое значение δ ¹³ Cчем тот, кто ест пищу с более низким δ ¹³ Cценности. ^[45] Собственные биохимические процессы животного также могут влиять на результаты: например, и костные минералы, и костный коллаген обычно имеют более высокую концентрацию¹³
C , чем содержится в рационе животных, хотя и по другим биохимическим причинам. Обогащение кости¹³
C также подразумевает, что выделяемый материал истощается в¹³
C относительно диеты. ^[49]

С¹³
C составляет около 1% углерода в образце,¹³
С /¹²
Соотношение C можно точно измерить с помощью масс-спектрометрии . ^[22] Типичные значения δ ¹³ Cбыли обнаружены экспериментальным путем для многих растений, а также для разных частей животных, например 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 карбонаты на поверхности океана также подвергаются фракционированию, при этом¹⁴
C в атмосфере более вероятен, чем¹²
C раствориться в океане. Результатом является общее увеличение¹⁴
С /¹²
Коэффициент углерода в океане 1,5% по отношению к¹⁴
С /¹²
Коэффициент C в атмосфере. Это увеличение¹⁴
Концентрация C почти точно компенсирует уменьшение, вызванное подъемом воды (содержащей старые, а значит, и¹⁴
C -обеднённый углерод) из глубин океана, так что прямые измерения¹⁴
Излучение C аналогично измерениям для остальной части биосферы. Поправка на изотопное фракционирование, как это делается для всех радиоуглеродных дат, чтобы обеспечить сравнение результатов из разных частей биосферы, дает видимый возраст поверхностных вод океана примерно в 400 лет. ^{[22] [37]}

Эффекты резервуара

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 соотношения в резервуаре. ^[36]

Морской эффект

Совместно _
₂в атмосфере переносится в океан путем растворения в поверхностных водах в виде ионов карбоната и бикарбоната; в то же время ионы карбоната в воде возвращаются в воздух в виде CO.
₂. ^[50] Этот процесс обмена приносит¹⁴
C из атмосферы в поверхностные воды океана, но¹⁴
Внесенному таким образом С требуется много времени, чтобы проникнуть через весь объем океана. Самые глубокие части океана очень медленно смешиваются с поверхностными водами, причем перемешивание происходит неравномерно. Основным механизмом вывода глубокой воды на поверхность является апвеллинг, который чаще встречается в регионах, расположенных ближе к экватору. На апвеллинг также влияют такие факторы, как топография местного дна и береговой линии океана, климат и характер ветра. В целом смешивание глубинных и поверхностных вод занимает гораздо больше времени, чем смешивание атмосферного CO.
₂с поверхностными водами, и в результате вода из некоторых глубоководных районов океана имеет очевидный радиоуглеродный возраст в несколько тысяч лет. В результате апвеллинга эта «старая» вода смешивается с поверхностными водами, в результате чего возраст поверхностных вод составляет около нескольких сотен лет (с поправкой на фракционирование). ^[36] Этот эффект неоднороден – средний эффект составляет около 400 лет, но существуют локальные отклонения в несколько сотен лет для территорий, географически близких друг к другу. ^{[36] [37]} Эти отклонения можно учесть при калибровке, а пользователи программного обеспечения, такого как CALIB, могут предоставить в качестве входных данных соответствующую поправку для местоположения своих образцов. ^[15] Этот эффект также распространяется на морские организмы, такие как ракушки, и морские млекопитающие, такие как киты и тюлени, радиоуглеродный возраст которых оценивается в сотни лет. ^[36]

Эффект полушария

В северном и южном полушариях существуют системы атмосферной циркуляции , которые настолько независимы друг от друга, что между ними существует заметная задержка во времени. Атмосферный¹⁴
С /¹²
Коэффициент C ниже в южном полушарии, с очевидным дополнительным возрастом около 40 лет по результатам радиоуглеродного анализа с юга по сравнению с севером. ^{[примечание 11]} Это связано с тем, что большая площадь поверхности океана в южном полушарии означает, что между океаном и атмосферой происходит больше обмена углерода, чем на севере. Поскольку поверхность океана обеднена¹⁴
C из-за морского эффекта,¹⁴
C удаляется из южной атмосферы быстрее, чем из северной. ^{[36] [51]} Эффект усиливается сильным апвеллингом вокруг Антарктиды. ^[12]

Другие эффекты

Если углерод в пресной воде частично усваивается из состаренного углерода, например, из горных пород, то результатом будет снижение содержания углерода в пресной воде.¹⁴
С /¹²
Соотношение С в воде. Например, реки, протекающие по известняку , который в основном состоит из карбоната кальция , приобретут ионы карбоната. Точно так же грунтовые воды могут содержать углерод, полученный из горных пород, через которые он прошел. Эти породы обычно настолько стары, что уже не содержат никаких измеримых веществ.¹⁴
C , поэтому этот углерод снижает¹⁴
С /¹²
Соотношение углерода в воде, в которую он попадает, что может привести к видимому возрасту в тысячи лет как для затронутой воды, так и для растений и пресноводных организмов, которые в ней живут. ^[22] Это известно как эффект жесткой воды , поскольку он часто связан с ионами кальция, которые характерны для жесткой воды; другие источники углерода, такие как гумус , могут дать аналогичные результаты, а также могут уменьшить видимый возраст, если они имеют более позднее происхождение, чем образец. ^[36] Эффект сильно варьируется, и общего смещения, которое можно было бы применить, не существует; Для определения размера смещения обычно необходимы дополнительные исследования, например, путем сравнения радиоуглеродного возраста отложенных пресноводных раковин с соответствующим органическим материалом. ^[52]

Извержения вулканов выбрасывают в воздух большое количество углерода. Углерод имеет геологическое происхождение и не обнаруживается.¹⁴
С , поэтому¹⁴
С /¹²
Коэффициент углерода в окрестностях вулкана понижен по сравнению с прилегающими территориями. Спящие вулканы также могут выделять старый углерод. Растения, фотосинтезирующие этот углерод, также имеют более низкий уровень¹⁴
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 в образец другого возраста приведет к неточной дате измерения. Загрязнение современным углеродом приводит к тому, что образец кажется моложе, чем он есть на самом деле: эффект сильнее для более старых образцов. Если образец возрастом 17 000 лет загрязнен так, что 1% образца составляет современный углерод, он окажется на 600 лет моложе; для образца возрастом 34 000 лет такое же количество загрязнения вызовет ошибку в 4 000 лет. Загрязнение старым углеродом, без остатков¹⁴
C вызывает ошибку в другом направлении, независимо от возраста: образец, загрязненный 1% старого углерода, будет выглядеть примерно на 80 лет старше, чем он есть на самом деле, независимо от даты образца. ^[54]

Образцы

Образцы для датирования необходимо преобразовать в форму, пригодную для измерения¹⁴
содержание С ; это может означать преобразование в газообразную, жидкую или твердую форму, в зависимости от используемого метода измерения. Прежде чем это можно будет сделать, образец необходимо обработать для удаления любых загрязнений и нежелательных компонентов. ^[55] Это включает в себя удаление видимых загрязнений, таких как корешки, которые могли проникнуть в образец после его захоронения. ^[55] Щелочные и кислотные промывки можно использовать для удаления загрязнений гуминовыми кислотами и карбонатами, но следует соблюдать осторожность, чтобы не удалить часть образца, содержащую испытуемый углерод. ^[56]

Материальные соображения

• Обычно перед испытанием образец древесины уменьшают только до целлюлозного компонента, но, поскольку это может уменьшить объем образца до 20% от его первоначального размера, часто также проводят тестирование всей древесины. Древесный уголь часто подвергается испытаниям, но, вероятно, потребуется обработка для удаления загрязнений. ^{[55] [56]}
• Необожженную кость можно проверить; Обычно ее датируют с помощью коллагена — белковой фракции, которая остается после вымывания структурного материала кости. Гидроксипролин , одна из составляющих аминокислот костей, когда-то считался надежным индикатором, поскольку было известно, что он встречается только в костях, но с тех пор он был обнаружен в грунтовых водах. ^[55]
• Для обожженной кости проверяемость зависит от условий, при которых кость была обожжена. Если кость была нагрета в восстановительных условиях , она (и связанное с ней органическое вещество) могла обуглиться. В этом случае образец часто можно использовать. ^[55]
• Раковины как морских, так и наземных организмов почти полностью состоят из карбоната кальция в виде арагонита или кальцита или их смеси. Карбонат кальция очень подвержен растворению и перекристаллизации; перекристаллизованный материал будет содержать углерод из окружающей среды образца, который может иметь геологическое происхождение. Если тестирование рекристаллизованной оболочки неизбежно, иногда можно идентифицировать исходный материал оболочки из серии испытаний. ^[57] Также можно протестировать конхиолин , органический белок, обнаруженный в скорлупе, но он составляет только 1–2% материала скорлупы. ^[56]
• Тремя основными компонентами торфа являются гуминовая кислота , гумины и фульвокислота . Из них гумины дают наиболее надежные данные, поскольку они нерастворимы в щелочах и с меньшей вероятностью содержат загрязняющие вещества из окружающей среды образца. ^[56] Особую трудность при работе с высушенным торфом представляет собой удаление корешков, которые, вероятно, будет трудно отличить от материала образца. ^[55]
• Почва содержит органический материал, но из-за вероятности загрязнения гуминовыми кислотами более позднего происхождения очень трудно получить удовлетворительные радиоуглеродные даты. Предпочтительно просеять почву на предмет фрагментов органического происхождения и датировать фрагменты методами, устойчивыми к небольшим размерам проб. ^[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

В частности, для старых образцов может быть полезно увеличить количество¹⁴
C в образце перед испытанием. Это можно сделать с помощью термодиффузионной колонки. Этот процесс занимает около месяца и требует выборки примерно в десять раз большего размера, чем потребовалось бы в противном случае, но он позволяет более точно измерить¹⁴
С /¹²
Соотношение C в старом материале и увеличивает максимальный возраст, о котором можно достоверно сообщить. ^[58]

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

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

Измерение и результаты

Измерение¹⁴
C сейчас чаще всего выполняется с помощью ускорительного масс-спектрометра.

Спустя десятилетия после того, как Либби провела первые эксперименты по радиоуглеродному датированию, это был единственный способ измерить¹⁴
C в образце должен был обнаружить радиоактивный распад отдельных атомов углерода. ^[59] При таком подходе измеряется активность образца, выраженная в количестве событий распада на единицу массы за период времени. ^[60] Этот метод также известен как «бета-подсчет», поскольку в нем рассматриваются бета-частицы, испускаемые распадом.¹⁴
Обнаруженные атомы C. ^[63] В конце 1970-х годов стал доступен альтернативный подход: прямой подсчет количества¹⁴
С и¹²
Атомы C в данном образце, измеренные с помощью масс-спектрометрии на ускорителе, обычно называемой AMS. ^[59] AMS подсчитывает¹⁴
С /¹²
Коэффициент C напрямую, а не активность образца, а измерения активности и¹⁴
С /¹²
Соотношения C могут быть точно преобразованы друг в друга. ^[60] В течение некоторого времени методы подсчета бета-излучения были более точными, чем AMS, но теперь AMS стал более точным и стал методом выбора для радиоуглеродных измерений. ^{[64] [65]} Помимо повышенной точности, AMS имеет еще два существенных преимущества перед подсчетом бета-излучения: он может выполнять точное тестирование на образцах, слишком маленьких для подсчета бета-излучения, и это намного быстрее – можно достичь точности в 1%. 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 превратил углерод в своем образце в ламповую сажу (сажу) и покрыл ею внутреннюю поверхность цилиндра. Этот цилиндр вставлялся в счетчик таким образом, чтобы счетная проволока находилась внутри цилиндра с образцом, чтобы между образцом и проволокой не было материала. ^[59] Любой промежуточный материал помешал бы обнаружению радиоактивности, поскольку бета-частицы, испускаемые при распаде¹⁴
C настолько слабы, что половину из них останавливает алюминий толщиной 0,01 мм (0,00039 дюйма). ^[60]

Метод Либби вскоре был заменен газовыми пропорциональными счетчиками , на которые меньше влиял углерод бомбы (дополнительный¹⁴
C , созданный в результате испытаний ядерного оружия). Эти счетчики регистрируют всплески ионизации, вызванные бета-частицами, испускаемыми распадающимися частицами.¹⁴
атомы С ; всплески пропорциональны энергии частицы, поэтому другие источники ионизации, такие как фоновое излучение, можно идентифицировать и игнорировать. Счетчики окружены свинцовой или стальной защитой для устранения фонового излучения и уменьшения падения космических лучей. Кроме того, используются детекторы антисовпадений ; эти события записи за пределами счетчика, и любое событие, записанное одновременно как внутри, так и за пределами счетчика, рассматривается как постороннее событие и игнорируется. ^[60]

Другая распространенная технология, используемая для измерения¹⁴
Активность C - это жидкостный сцинтилляционный счетчик, который был изобретен в 1950 году, но которому пришлось подождать до начала 1960-х годов, когда были разработаны эффективные методы синтеза бензола, чтобы стать конкурентоспособными по сравнению с газовым счетчиком; после 1970 года жидкостные счетчики стали более распространенным технологическим выбором для недавно построенных лабораторий датирования. Счетчики работают, обнаруживая вспышки света, вызванные бета-частицами, испускаемыми¹⁴
C , поскольку они взаимодействуют с флуоресцентным агентом, добавленным к бензолу. Как и газовые счетчики, жидкостные сцинтилляционные счетчики требуют экранирования и счетчиков антисовпадений. ^{[67] [68]}

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

Ускорительная масс-спектрометрия

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

AMS считает атомы¹⁴
С и¹²
C в данном образце, определяя¹⁴
С /¹²
Коэффициент C напрямую. Образец, часто в форме графита, испускает 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 (от C ⁺ до C ⁴⁺ ), в зависимости от конструкции ускорителя, затем проходят через магнит, который искривляет их траекторию; более тяжелые ионы искривлены меньше, чем более легкие, поэтому разные изотопы возникают как отдельные потоки ионов. Затем детектор частиц регистрирует количество ионов, обнаруженных в¹⁴
C поток, но поскольку объем¹²
С (и¹³
C , необходимый для калибровки) слишком велик для обнаружения отдельных ионов, количество определяется путем измерения электрического тока, создаваемого в чашке Фарадея . ^[70] Большой положительный заряд, индуцированный стриппером, заставляет молекулы, такие как¹³
CH , который имеет вес, достаточно близкий к¹⁴
C мешать измерениям, диссоциировать, чтобы их не обнаружили. ^{[71] Большинство машин AMS также измеряют} δ ¹³ C образца., для использования при расчете радиоуглеродного возраста образца. ^[72] Использование АМС, в отличие от более простых форм масс-спектрометрии, необходимо из-за необходимости отличать изотопы углерода от других атомов или молекул, очень близких по массе, таких как¹⁴
Н и¹³
Ч. _ ^[59] Как и при подсчете бета-излучения, используются как холостые, так и стандартные образцы. ^[70] Могут быть измерены два разных типа бланка: образец мертвого углерода, который не подвергался химической обработке, для обнаружения каких-либо машинных фонов, и образец, известный как технологический бланк, изготовленный из мертвого углерода, который точно перерабатывается в целевой материал. так же, как и датируемый образец. Любой¹⁴
Сигнал C от фонового бланка машины, скорее всего, будет вызван либо пучками ионов, которые не прошли ожидаемый путь внутри детектора, либо гидридами углерода, такими как¹²
СН
₂или¹³
Ч. _ А¹⁴
Сигнал C от технологической заготовки измеряет количество загрязнений, внесенных во время подготовки пробы. Эти измерения используются при последующем расчете возраста образца. ^[73]

Расчеты

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

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

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

Как бета-подсчет, так и результаты AMS должны быть скорректированы с учетом фракционирования. Это необходимо, поскольку разные материалы одного возраста, которые из-за фракционирования имеют, естественно, разные¹⁴
С /¹²
Соотношения C будут иметь разный возраст, поскольку¹⁴
С /¹²
Коэффициент C принимается за показатель возраста. Чтобы избежать этого, все измерения радиоуглерода преобразуются в измерения, которые можно было бы увидеть, если бы образец был изготовлен из дерева, имеющего известное значение δ.¹³
Значение C -25 ‰. ^[23]

Как только исправлено¹⁴
С /¹²
Коэффициент C известен, «радиоуглеродный возраст» рассчитывается по формуле: ^[76]

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

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

Ошибки и надежность

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

Радиоуглеродное датирование обычно ограничивается датированием образцов возрастом не более 50 000 лет, поскольку образцы старше этого возраста имеют недостаточную¹⁴
C быть измеримым. Более старые даты были получены с использованием специальных методов подготовки проб, больших образцов и очень длительного времени измерения. Эти методы могут позволить измерить даты до 60 000, а в некоторых случаях и до 75 000 лет до настоящего времени. ^[64]

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

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

Калибровка

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

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

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

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

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

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

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

Отчетные даты

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

Некалиброванные даты следует указывать как « лаборатория : год ± диапазон АД», где: ${\displaystyle {\ce {{}^14C}}}$

• Лаборатория идентифицирует лабораторию, которая протестировала образец, и идентификатор образца.
• ${\displaystyle {\ce {{}^14C}}}$год — определение возраста образца лабораторией в радиоуглеродных годах.
• диапазон — это лабораторная оценка ошибки возраста с достоверностью 1σ.
• «BP» означает « до настоящего времени », имея в виду базисную дату 1950 года, так что «500 BP» означает 1450 год нашей эры.

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

Калиброванный¹⁴
Даты C часто обозначаются как «cal BP», «cal BC» или «cal AD», причем «BP» снова относится к 1950 году как к нулевой дате. ^[94] Радиоуглерод предлагает два варианта сообщения калиброванных дат. Распространенным форматом является « достоверность диапазона дат калибровки », где:

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

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

Использование в археологии

Интерпретация

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

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

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

Использование внешней археологии

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

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

Известные приложения

Граница плейстоцена и голоцена в ископаемых лесах Ту-Крикс

Плейстоцен — геологическая эпоха, начавшаяся около 2,6 миллиона лет назад . Голоцен , нынешняя 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 , штат Висконсин, был обнаружен ископаемый лес ( Государственная природная зона Ту-Крикс-Погребенный лес ), и последующие исследования показали, что разрушение леса было вызвано продвижением льда Вальдерса, последним движением на юг. льда до конца плейстоцена в этом районе. До появления радиоуглеродного датирования окаменелые деревья датировались путем сопоставления последовательностей ежегодно отлагающихся слоев отложений в Ту-Крикс с последовательностями в Скандинавии. Это привело к оценкам, что возраст деревьев составлял 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 опубликовала радиоуглеродные даты для нескольких образцов с участка Ту-Крикс и двух аналогичных участков поблизости; даты были усреднены до 11 404 лет назад со стандартной ошибкой 350 лет. Этот результат не был калиброван, поскольку необходимость калибровки радиоуглеродного возраста еще не была понята. Дальнейшие результаты, полученные в течение следующего десятилетия, подтвердили, что средняя дата составляет 11 350 лет назад, при этом результаты считаются наиболее точными и составляют в среднем 11 600 лет назад. Поначалу эти результаты сопротивлялись со стороны Эрнста Антевса , палеоботаника , работавшего над скандинавскими сериями варв, но его возражения в конечном итоге были проигнорированы другими геологами. В 1990-х годах образцы были протестированы с помощью AMS, и были получены (некалиброванные) даты в диапазоне от 11 640 до 11 800 лет назад, обе со стандартной ошибкой 160 лет. Впоследствии образец из ископаемого леса был использован в межлабораторном тесте, результаты которого предоставили более 70 лабораторий. Эти тесты дали средний возраст 11 788 ± 8 лет назад (достоверность 2σ), что при калибровке дает диапазон дат от 13 730 до 13 550 кал. лет назад. ^[103] Радиоуглеродные даты Ту-Крик теперь считаются ключевым результатом в развитии современного понимания оледенения Северной Америки в конце плейстоцена. ^[105]

Свитки Мертвого моря

Часть Великого свитка Исайи, одного из свитков Мертвого моря.

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

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 насчитывалось более 20 активных лабораторий.¹⁴
C исследовательские лаборатории. Быстро стало очевидно, что принципы радиоуглеродного датирования верны, несмотря на некоторые разногласия, причины которых тогда остались неизвестными. ^[108]

Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию, которое часто называют «радиоуглеродной революцией». ^[109] По словам антрополога Р. Э. Тейлора, «¹⁴
Данные C сделали возможной мировую предысторию, создав временную шкалу, которая выходит за рамки местных, региональных и континентальных границ». Они обеспечивают более точную датировку внутри памятников, чем предыдущие методы, которые обычно основывались либо на стратиграфии, либо на типологиях (например, каменных орудий или керамики). "; это также позволяет сравнивать и синхронизировать события на больших расстояниях. Появление радиоуглеродного датирования, возможно, даже привело к улучшению полевых методов в археологии, поскольку лучшая регистрация данных приводит к более прочной связи объектов с образцами, которые будут проверены. Эти улучшенные полевые методы иногда были мотивированы попытками доказать, что¹⁴
Дата C была неверной. Тейлор также предполагает, что наличие информации о точных датах освободило археологов от необходимости сосредотачивать большую часть своей энергии на определении дат их находок и привело к расширению вопросов, которые археологи были готовы исследовать. Например, с 1970-х годов вопросы об эволюции человеческого поведения стали гораздо чаще встречаться в археологии. ^[110]

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

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

Исследователи изучили другие изотопы, созданные космическими лучами, чтобы определить, можно ли их также использовать для датировки объектов, представляющих археологический интерес; такие изотопы включают3Он ,¹⁰
Быть ,21Нэ ,²⁶
Земля _36кл . С развитием AMS в 1980-х годах стало возможным измерять эти изотопы достаточно точно, чтобы они могли стать основой полезных методов датирования, которые в основном применялись для датирования горных пород. ^[112] Встречающиеся в природе радиоактивные изотопы также могут составлять основу методов датирования, например, датирования калием-аргоном , датирования аргоном-аргоном и датирования серий урана . ^[113] Другие методы датирования, представляющие интерес для археологов, включают термолюминесценцию , оптически стимулированную люминесценцию , электронный спиновый резонанс и датирование по трекам деления , а также методы, которые зависят от годовых полос или слоев, такие как дендрохронология , тефрохронология и варвная хронология. ^[114]

Смотрите также

• 774–775 шип из углерода-14
• Хронологическая датировка , археологическая хронология.
  • Абсолютное знакомство
  • Относительные знакомства
• Геохронология
• Радиометрическое датирование

Примечания

1. В статье Корфа фактически упоминаются медленные нейтроны, термин, который со времен Корфа приобрел более конкретное значение, относясь к диапазону энергий нейтронов, который не пересекается с тепловыми нейтронами. ^[2]
2. Некоторые из оригинальных образцов Либби с тех пор были протестированы повторно, и результаты, опубликованные в 2018 году, в целом хорошо согласовались с первоначальными результатами Либби. ^[10]
3. Взаимодействие космических лучей с азотом и кислородом под земной поверхностью также может создавать¹⁴
   C , а в некоторых случаях (например, вблизи поверхности скоплений снега, проницаемых для газов) это¹⁴
   C мигрирует в атмосферу. Однако, по оценкам, на этот путь приходится менее 0,1% общего производства¹⁴
   С. _ ^[14]
4. Период полураспада¹⁴
   В 1952 году C (который определяет средний срок службы) считался равным 5568 ± 30 лет. ^[19] Средний период 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. Также используется термин «условный радиоуглеродный возраст». Определение радиоуглеродных лет следующее: возраст рассчитывается с использованием следующих стандартов : а) с использованием периода полураспада Либби, равного 5568 годам, а не принятого в настоящее время фактического периода полураспада в 5730 лет; (б) использование стандарта NIST, известного как HOxII, для определения активности радиоуглерода в 1950 году; (c) использование 1950 года в качестве даты, от которой отсчитываются годы «до настоящего времени»; (d) поправка на фракционирование, основанная на стандартном соотношении изотопов, и (e) предположение, что¹⁴
   С /¹²
   Соотношение C не изменилось с течением времени. ^[31]
7. Данные о процентном содержании углерода в каждой части водохранилища взяты из оценки содержания углерода в водохранилище на середину 1990-х годов; оценки распределения углерода в доиндустриальные времена существенно различаются. ^[32]
8. Возраст морской жизни составляет 400 лет только с учетом поправки на фракционирование. Этот эффект учитывается во время калибровки с использованием другой морской калибровочной кривой; без этой кривой возраст современной морской жизни по радиоуглеродному датированию показался бы 400-летним. Точно так же утверждение о наземных организмах верно только в том случае, если принять во внимание фракционирование.
9. «PDB» означает «Белемнит Пи Ди», окаменелость из формации Пи Ди в Южной Каролине. ^[47]
10. Значение PDB составляет 11,2372 ‰. ^[48]
11. Две недавние оценки включали 8–80 радиоуглеродных лет за последние 1000 лет, в среднем 41 ± 14 лет; и от -2 до 83 радиоуглеродных лет за последние 2000 лет, в среднем 44 ± 17 лет. По оценкам, для более старых наборов данных сдвиг составляет около 50 лет. ^[51]
12. Плато на калибровочной кривой возникает, когда отношение¹⁴
    С /¹²
    C в атмосфере уменьшается с той же скоростью, что и снижение за счет распада радиоуглерода в образце. Например, между 750 и 400 гг. до н.э. существовало плато, что делает радиоуглеродное датирование менее точным для образцов, датируемых этим периодом. ^[89]

Рекомендации

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

1. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 268.
2. Корф, SA (1940). «О вкладе в ионизацию на уровне моря, производимую нейтронами космического излучения». Журнал Института Франклина . 230 (6): 777–779. Бибкод : 1940TeMAE..45..133K. дои : 10.1016/s0016-0032(40)90838-9.
3. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 269.
4. «Радиоуглеродное датирование - Американское химическое общество». Американское химическое общество . Проверено 9 октября 2016 г.
5. Боуман (1995), стр. 9–15.
6. Либби, WF (1946). «Атмосферный гелий три и радиоуглерод космического излучения». Физический обзор . 69 (11–12): 671–672. Бибкод : 1946PhRv...69..671L. дои : 10.1103/PhysRev.69.671.2.
7. Андерсон, EC; Либби, ВФ; Вайнхаус, С.; Рид, А.Ф.; Киршенбаум, А.Д.; Гросс, А. В. (1947). «Радиоуглерод от космического излучения». Наука . 105 (2765): 576–577. Бибкод : 1947Sci...105..576A. дои : 10.1126/science.105.2735.576. ПМИД  17746224.
8. Арнольд-младший; Либби, ВФ (1949). «Определение возраста по содержанию радиоуглерода: проверки с образцами известного возраста». Наука . 110 (2869): 678–680. Бибкод : 1949Sci...110..678A. дои : 10.1126/science.110.2869.678. JSTOR  1677049. PMID  15407879.
9. Эйткен (1990), стр. 60–61.
10. Джулл, AJT; Пирсон, CL; Тейлор, Р.Э.; Саутон, младший; Сантос, генеральный менеджер; Коль, КП; Хайдас, И.; Мольнар, М.; Байсан, К.; Ланге, Т.Э.; Круз, Р.; Янович, Р.; Майор И. (2018). «Радиоуглеродное датирование и взаимное сравнение некоторых ранних исторических радиоуглеродных образцов». Радиоуглерод . 60 (2): 535–548. Бибкод : 2018Radcb..60..535J. дои :10.1017/RDC.2018.18. S2CID  134723966.
11. «Метод». www.c14dating.com . Проверено 9 октября 2016 г.
12. Рассел, Никола (2011). Эффекты морских резервуаров радиоуглерода (MRE) в археологии: временные и пространственные изменения в прибрежной среде Великобритании в голоцене (докторская диссертация) (PDF) . Глазго, Шотландия, Великобритания: Университет Глазго. п. 16 . Проверено 11 декабря 2017 г.
13. Бьянки, Томас С .; Кануэль, Элизабет А. (2011). Химические маркеры в водных экосистемах . Принстон: Издательство Принстонского университета. п. 35. ISBN 978-0-691-13414-7.
14. Лал, Д.; Джул, AJT (2001). «Космогенный 14С in-situ: производство и примеры его уникального применения в изучении земных и внеземных процессов». Радиоуглерод . 43 (2Б): 731–742. Бибкод : 2001Radcb..43..731L. дои : 10.1017/S0033822200041394 .
15. Кейруш-Алвес, Эдуардо; Макарио, Кита; Аскоу, Филиппа; Бронк Рэмси, Кристофер (2018). «Мировой эффект резервуара морского радиоуглерода: определения, механизмы и перспективы» (PDF) . Обзоры геофизики . 56 (1): 278–305. Бибкод : 2018RvGeo..56..278A. дои : 10.1002/2017RG000588. S2CID  59153548.
16. Ципенюк, Юрий М. (1997). Ядерные методы в науке и технике . Бристоль, Великобритания: Издательство Института физики. п. 343. ИСБН 978-0750304221.
17. Карри, Ллойд А. (2004). «Замечательная метрологическая история радиоуглеродного датирования II». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 109 (2): 185–217. дои : 10.6028/jres.109.013. ПМЦ 4853109 . ПМИД  27366605. 
18. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 33.
19. Либби (1965), с. 42.
20. Эйткен (1990), с. 59.
21. Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001-22. дои : 10.1088/1674-1137/abddae.
22. Эйткен (1990), стр. 61–66.
23. Эйткен (1990), стр. 92–95.
24. Боуман (1995), с. 42.
25. Энгелькемейр, Антуанетта Г.; Хэмилл, Вашингтон; Ингрэм, Марк Г.; Либби, ВФ (1949). «Период полураспада радиоуглерода (C ¹⁴ )». Физический обзор . 75 (12): 1825. Бибкод : 1949PhRv...75.1825E. doi : 10.1103/PhysRev.75.1825.
26. Джонсон, Фредерик (1951). "Введение". Мемуары Общества американской археологии . 8 (8): 1–19. дои : 10.1017/S0081130000000873 . JSTOR  25146610.
27. Годвин, Х. (1962). «Период полураспада радиоуглерода». Природа . 195 (4845): 984. Бибкод : 1962Natur.195..984G. дои : 10.1038/195984a0 . S2CID  27534222.
28. ван дер Плихт, Дж.; Хогг, А. (2006). «Примечание об отчетности по радиоуглероду» (PDF) . Четвертичная геохронология . 1 (4): 237–240. Бибкод : 2006QuGeo...1..237В. дои : 10.1016/j.quageo.2006.07.001. S2CID  128628228 . Проверено 9 декабря 2017 г.
29. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 287.
30. Реймер, Паула Дж.; Бард, Эдуард; Бэйлисс, Алекс; Бек, Дж. Уоррен; Блэквелл, Пол Г.; Рэмси, Кристофер Бронк; Бак, Кейтлин Э.; Ченг, Хай; Эдвардс, Р. Лоуренс (2013). «Радиоуглеродные калибровочные кривые возраста IntCal13 и Marine13, 0–50 000 лет, калибровка BP». Радиоуглерод . 55 (4): 1869–1887. Бибкод : 2013Radcb..55.1869R. дои : 10.2458/azu_js_rc.55.16947 . hdl : 10289/8955 .
31. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 26–27.
32. Пост, Уилфред М. (2001). "Углеродный цикл". В Гуди, Эндрю; Кафф, Дэвид Дж. (ред.). Энциклопедия глобальных изменений: изменения окружающей среды и человеческое общество, том 1 . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. стр. 128–129. ISBN 978-0-19-514518-2.
33. Эйткен, Мартин Дж. (2003). «Радиоуглеродное датирование». В Эллисе, Линда (ред.). Археологический метод и теория . Нью-Йорк: Издательство Garland Publishing. п. 506.
34. Варнек, Питер (2000). Химия природной атмосферы . Лондон: Академическая пресса. п. 690. ИСБН 978-0-12-735632-7.
35. Ферронский, В.И.; Поляков, В.А. (2012). Изотопы гидросферы Земли . Нью-Йорк: Спрингер. п. 372. ИСБН 978-94-007-2855-4.
36. Боуман (1995), стр. 24–27.
37. Кронин, Томас М. (2010). Палеоклиматы: понимание изменения климата в прошлом и настоящем . Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. п. 35. ISBN 978-0-231-14494-0.
38. 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 от 5200 г. до н.э. до наших дней». В Олссоне, Ингрид У. (ред.). Радиоуглеродные вариации и абсолютная хронология . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 303.
41. Taylor & Bar-Yosef (2014), стр. 50–52.
42. Bowman (1995), стр. 43–49.
43. Эйткен (1990), стр. 71–72.
44. «Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой». Государственный департамент США . Проверено 2 февраля 2015 г.
45. Боуман (1995), стр. 20–23.
46. Маслин, Марк А.; Суонн, Джордж Э.А. (2006). «Изотопы в морских отложениях». В Ленг, Мелани Дж. (ред.). Изотопы в палеоэкологических исследованиях . Дордрехт: Спрингер. п. 246. дои : 10.1007/1-4020-2504-1_06. ISBN 978-1-4020-2503-7.
47. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 125.
48. Дасс, Чхабил (2007). Основы современной масс-спектрометрии . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. п. 276. ИСБН 978-0-471-68229-5.
49. Шёнингер, Маргарет Дж. (2010). «Реконструкция диеты и экология с использованием соотношений стабильных изотопов». В Ларсене, Кларк Спенсер (ред.). Компаньон биологической антропологии . Оксфорд: Блэквелл. п. 446. дои : 10.1002/9781444320039.ch25. ISBN 978-1-4051-8900-2.
50. Либби (1965), с. 6.
51. Хогг, AG; Хуа, Ц.; Блэквелл, PG; Ню, М.; Бак, CE; Гилдерсон, ТП; Хитон, Ти Джей; Палмер, Дж. Г.; Реймер, П.Дж.; Реймер, RW; Терни, CSM; Циммерман, СРЗ (2013). «SHCal13 Калибровка южного полушария, 0–50 000 лет кал. лет назад». Радиоуглерод . 55 (4): 1889–1903. Бибкод : 2013Radcb..55.1889H. дои : 10.2458/azu_js_rc.55.16783 . hdl : 10289/7799 . S2CID  59269731.
52. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 74–75.
53. Паскье-Карден, Алин; Аллард, Патрик; Феррейра, Тереза; Хатте, Кристина; Коутиньо, Руи; Фонтюнь, Мишель; Жодон, Мишель (1999). «Полученный из магмы¹⁴
    СО
    ₂выбросы, зарегистрированные 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. Bowman (1995), стр. 27–30.
56. Эйткен (1990), стр. 86–89.
57. Шилар, Ян (2004). «Применение радионуклидов окружающей среды в радиохронологии: Радиоуглерод». В Тыкве Ричард; Берг, Дитер (ред.). Техногенная и естественная радиоактивность в загрязнении окружающей среды и радиохронология . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. п. 166. ИСБН 978-1-4020-1860-2.
58. Боуман (1995), стр. 37–42.
59. Bowman (1995), стр. 31–37.
60. Aitken (1990), стр. 76–78.
61. Трамбор, Сьюзен Э. (1996). «Применение ускорительной масс-спектрометрии в почвоведении». В Буттоне, Томас В.; Ямасаки, Синъити (ред.). Масс-спектрометрия почв . Нью-Йорк: Марсель Деккер. п. 318. ИСБН 978-0-8247-9699-0.
62. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 103–104.
63. Уокер (2005), с. 20.
64. Уокер (2005), с. 23.
65. Киллик, Дэвид (2014). «Использование данных естественных наук в археологии». В Чепмене, Роберте; Элисон, Уайли (ред.). Вещественные доказательства: уроки археологической практики . Абингдон, Великобритания: Рутледж. п. 166. ИСБН 978-0-415-83745-3.
66. Мэлейни, Мэри Э. (2010). Путеводитель для потребителей по археологической науке . Нью-Йорк: Спрингер. п. 96. ИСБН 978-1-4419-5704-7.
67. Теодорссон, Палл (1996). Измерение слабой радиоактивности . Сингапур: Мировое научное издательство. п. 24. ISBN 978-9810223151.
68. Л'Аннунциата, Майкл Ф.; Кесслер, Майкл Дж. (2012). «Жидкостный сцинтилляционный анализ: принципы и практика». В L'Annunziata, Майкл Ф. (ред.). Справочник по анализу радиоактивности (3-е изд.). Оксфорд: Академическая пресса. С. 423–573 [424]. дои : 10.1016/b978-012436603-9/50010-7. ISBN 978-0-12-384873-4.
69. Эрикссон Стенстрем, Кристина; Ског, Горан; Георгиаду, Елизавета; Генберг, Йохан; Йоханссон, Анетт (2011). Справочник по радиоуглеродным единицам и расчетам. Лунд: Лундский университет. п. 3.
70. Эйткен (1990), стр. 82–85.
71. Виберт, Андерс (1995). Разработка Лундской системы AMS и оценка нового метода обнаружения AMS . Лунд: Университет Лунда. п. 16.
72. Туниз, К.; Зоппи, У.; Барбетти, М. (2004). «Радионуклидное датирование в археологии методом ускорительной масс-спектрометрии». Ин Мартини, М.; Милаццо, М.; Пьячентини, М. (ред.). Физические методы в археометрии . Амстердам: IOS Press. п. 395. ИСБН 978-1-58603-424-5.
73. МакНикол, AP; Джул, АТС; Берр, Дж.С. (2001). «Преобразование данных AMS в значения радиоуглерода: соображения и соглашения». Радиоуглерод . 43 (2А): 313–320. Бибкод : 2001Radcb..43..313M. дои : 10.1017/S0033822200038169 .
74. Терасме, Дж. (1984). «Радиоуглеродное датирование: некоторые проблемы и потенциальные разработки». В Махани, WC (ред.). Четвертичные методы датирования . Амстердам: Эльзевир. п. 5. ISBN 978-0-444-42392-4.
75. Л'Аннунциата, Майкл Ф. (2007). Радиоактивность: Введение и история . Амстердам: Эльзевир. п. 528. ИСБН 978-0-444-52715-8.
76. «Расчеты по радиоуглеродным данным: NOSAMS». Океанографический институт Вудс-Хоул. 2007 . Проверено 27 августа 2013 г.
77. Боуман (1995), стр. 38–39.
78. Тейлор, RE (1987). Радиоуглеродное датирование . Лондон: Академическая пресса. стр. 125–126. ISBN 978-0-12-433663-6.
79. Боуман (1995), стр. 40–41.
80. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 155.
81. Эйткен (1990), с. 66–67.
82. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 59.
83. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 53–54.
84. Реймер, П.Дж.; и другие. (2020). «Калибровочная кривая радиоуглеродного возраста IntCal20 Северного полушария (0–55 кал кБП)». Радиоуглерод . 62 (4): 725–757. Бибкод : 2020Radcb..62..725R. дои : 10.1017/RDC.2020.41 . hdl : 10023/20465 .
85. ван дер Плихт, Дж; и другие. (2020). «Последние разработки в области калибровки археологических и экологических образцов». Радиоуглерод . 62 (4): 1095. Бибкод : 2020Radcb..62.1095В. дои : 10.1017/RDC.2020.22 . hdl : 11585/770537 . S2CID  219087775.
86. Хогг, Алан Г.; Хитон, Тимоти Дж.; Хуа, Цюань; Палмер, Джонатан Г.; Терни, Крис С.М.; Саутон, Джон; Бэйлисс, Алекс; Блэквелл, Пол Г.; Босвейк, Гретель; Рэмси, Кристофер Бронк; Пирсон, Шарлотта (август 2020 г.). «SHCal20 Калибровка южного полушария, 0–55 000 лет кал. лет назад». Радиоуглерод . 62 (4): 759–778. Бибкод : 2020Radcb..62..759H. дои : 10.1017/RDC.2020.59 . hdl : 1893/31560 .
87. Хитон, Тимоти Дж.; 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. Уокер (2005), стр. 35–37.
89. Гилдерсон, Том; Реймер, Паула; Браун, Том (21 января 2005 г.). «Благо и проклятие радиоуглеродного датирования». Наука . 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. «Радиоуглерод: Информация для авторов» (PDF) . Радиоуглерод . Университет Аризоны. 25 мая 2011 г. стр. 5–7. Архивировано из оригинала (PDF) 10 августа 2013 года . Проверено 1 января 2014 г.
94. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 29.
95. Миллард, Эндрю Р. (2014). «Соглашения о предоставлении отчетов об определениях радиоуглерода» (PDF) . Радиоуглерод . 56 (2): 555–559. Бибкод : 2014Radcb..56..555M. дои : 10.2458/56.17455 .
96. Мук, WG; Уотерболк, ХТ (1985). Справочники для археологов: №3: Радиоуглеродное датирование . Страсбург: Европейский научный фонд. стр. 48–49. ISBN 978-2-903148-44-7.
97. Хайэм, Т.; и другие. (2014). «Время и пространственно-временная закономерность исчезновения неандертальцев». Природа . 512 (7514): 306–309. Бибкод : 2014Natur.512..306H. дои : 10.1038/nature13621. PMID  25143113. S2CID  205239973.
98. Боуман (1995), стр. 53–54.
99. Годвин, Гарри (1961). «Крунианская лекция: радиоуглеродное датирование и четвертичная история Великобритании». Труды Лондонского королевского общества B: Биологические науки . 153 (952): 287–320. Бибкод : 1961РСПСБ.153..287Г. дои :10.1098/rspb.1961.0001. S2CID  140692260.
100. Дин, Джошуа Ф.; Гарнетт, Марк Х.; Спиракос, Евангелос; Биллетт, Майкл Ф. (2019). «Потенциальный скрытый возраст растворенного органического углерода, выносимого торфяными ручьями». Журнал геофизических исследований: Биогеонауки . 124 (2): 328–341. Бибкод : 2019JGRG..124..328D. дои : 10.1029/2018JG004650 . hdl : 1893/28684 .
101. Старейшина, Клейтон Д.; Сюй, Сяомэй; Уокер, Дженнифер; Шнелл, Джордан Л.; Хинкель, Кеннет М.; Таунсенд-Смолл, Эми; Арп, Кристофер Д.; Полман, Джон В.; Гальоти, Бенджамин В. (2018). «В выбросах парниковых газов из различных арктических озер Аляски преобладает молодой углерод». Природа Изменение климата . 8 (2): 166–171. Бибкод : 2018NatCC...8..166E. дои : 10.1038/s41558-017-0066-9. S2CID  90232027.
102. Дин, Джошуа Ф.; Биллетт, Майкл Ф.; Мюррей, Каллум; Гарнетт, Марк Х. (2017). «Древний растворенный метан во внутренних водах, обнаруженный с помощью нового метода сбора при низких концентрациях поля для радиоуглеродного ( 14 C) анализа». Исследования воды . 115 : 236–244. Бибкод : 2017WatRe.115..236D. дои : 10.1016/j.watres.2017.03.009 . ПМИД  28284090.
103. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 34–37.
104. Боусман, К. Бритт; Вьерра, Брэдли Дж. (2012). «Хронология, окружающая среда и взгляды на культурные переходы в конечном плейстоцене и раннем голоцене в Северной Америке». В Боусмане, К. Бритт; Вьерра, Брэдли Дж. (ред.). От плейстоцена к голоцену: человеческая организация и культурные трансформации в доисторической Северной Америке . Колледж-Стейшн, Техас: Издательство Техасского университета A&M. п. 4. ISBN 978-1-60344-760-7.
105. Макдугалл, Дуг (2008). Природные часы: как ученые измеряют возраст практически всего . Беркли, Калифорния: Издательство Калифорнийского университета. стр. 94–95. ISBN 978-0-520-24975-2.
106. Taylor & Bar-Yosef (2014), стр. 38–42.
107. Либби (1965), с. 84.
108. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 288.
109. Тейлор, RE (1997). «Радиоуглеродное датирование». В Тейлоре, RE; Эйткен, Мартин Дж. (ред.). Хронометрическая датировка в археологии . Нью-Йорк: Пленум Пресс. стр. 65–97. ISBN 978-0-306-45715-9.
110. Тейлор, RE (1987). Радиоуглеродное датирование . Лондон: Академическая пресса. стр. 143–146. ISBN 978-0-12-433663-6.
111. Тейлор и Бар-Йосеф (2014), с. 13.
112. Уокер (2005), стр. 77–79.
113. Уокер (2005), стр. 57–77.
114. Уокер (2005), стр. 93–162.

Источники

• Эйткен, MJ (1990). Научно-обоснованное датирование в археологии . Лондон: Лонгман. ISBN 978-0-582-49309-4.
• Боуман, Шеридан (1995) [1990]. Радиоуглеродное датирование . Лондон: Издательство Британского музея. ISBN 978-0-7141-2047-8.
• Либби, Уиллард Ф. (1965) [1952]. Радиоуглеродное датирование (2-е (1955 г.) изд.). Чикаго: Феникс.
• 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). Четвертичные методы датирования (PDF) . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-470-86927-7. Архивировано из оригинала (PDF) 13 октября 2017 года.

Внешние ссылки

• Радиоуглеродное датирование и хронологическое моделирование: рекомендации и передовой опыт, Историческая Англия
• OxCal, программа радиоуглеродной калибровки
• Рабочая группа IntCal
• IntChron, сервис индексирования радиоуглеродных дат
• p3k14c, глобальная база данных радиоуглеродов
• XRONOS, глобальная база данных радиоуглеродов