Радиометрическое датирование

Материал из ТворенияВики
(перенаправлено с «Датирование по углероду»)
Перейти к: навигация, поиск
Масс-спектрометр используется для определения пропорции изотопов, содержащихся в образце вулканической породы

Радиоизотопное или радиометрическое датирование — метод определения возраста различных объектов, в составе которых есть какой-либо радиоактивный изотоп. Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и некоторые более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, например индия, калия или кальция, одни природные изотопы стабильны, другие же радиоактивны).

Метод датирования основан на информации о скорости протекания реакции распада изотопа и определении того, какая доля успела распасться за время существования образца. Зная период полураспада данного изотопа, можно рассчитать предполагаемый возраст образца. Ключевым положением данного метода является неизменность скорости распада, что далеко не всегда соответствует действительности.

Существует несколько вариантов радиоизотопного датирования - уран-свинцовый, свинец-свинцовый, калий-аргоновый и радиоуглеродный метод.

Радиоуглеродный метод датирования - физический метод датирования биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C по отношению к стабильным изотопам углерода. Предложен Уиллардом Либби в 1946 году (Нобелевская премия по химии, 1960).


Радиоуглеродный анализ

Распад углерода-16 (С16) используется для определения возраста костей и окаменелых тканей найденных ископаемых растений и животных, именно по этой причине он является наиболее известным.

Физические основания

Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов 12C и 13C и радиоактивного 14C. Изотоп 14C постоянно образуется в атмосфере под действием радиации (главным образом, космических лучей, но и излучения от земных источников тоже). Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере в одно и то же время в одном и том же месте одинаково, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене и получают углерод из окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом. В живом организме удельная активность 14C равна примерно 0,3 распада в секунду на грамм углерода, что соответствует изотопному содержанию 14C около 10−10 %.

С гибелью организма углеродный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный (14C) испытывает бета-распад с периодом полураспада 5568±30 лет (по новым уточнённым данным — 5730±40 лет), в результате его содержание в останках постепенно уменьшается. Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме и измерив их текущее соотношение в биологическом материале, можно попытаться определить, сколько углерода-14 распалось и, таким образом, предположить время, прошедшее с момента гибели организма.

Применение

Для определения возраста из фрагмента исследуемого образца выделяется углерод (путём сжигания фрагмента), для выделенного углерода производится измерение радиоактивности, на основании этого определяется соотношение изотопов, которое и показывает возраст образца. Образец углерода для измерения активности обычно вводится в газ, которым наполняется пропорциональный счётчик, либо в жидкий сцинтиллятор. В последнее время для очень малых содержаний 14C и/или очень малых масс образцов (несколько мг) используется ускорительная масс-спектрометрия, позволяющая прямо определять содержание 14C. Сейчас считается что предельный возраст образца, который может быть определён радиоуглеродным методом — около 60 000 лет, т. е. около 10 периодов полураспада 14C. За это время содержание 14C уменьшается примерно в 1000 раз (около 1 распада в час на грамм углерода). Однако по началу при помощи датирования по углероду давали куда более давний возраст находки.

Измерение возраста предмета радиоуглеродным методом возможно только тогда, когда соотношение изотопов в образце не было нарушено за время его существования, то есть образец не был загрязнён углеродосодержащими материалами более позднего или более раннего происхождения, радиоактивными веществами и не подвергался действию сильных источников радиации. Определение возраста таких загрязнённых образцов может дать огромные ошибки. Так, например, описан случай, когда тестовое определение по траве, сорванной в день анализа, дало возраст порядка миллионов лет, из-за того, что трава была сорвана на газоне вблизи автодороги с постоянным сильным движением и оказалась сильно загрязнена «ископаемым» углеродом из выхлопных газов (сгоревших нефтепродуктов). За прошедшие с момента разработки метода десятилетия накоплен большой опыт в выявлении загрязнений и в очистке от них образцов. Погрешность метода в настоящее время, как считается, находится в пределах от семидесяти до трёхсот лет.


История развития

На протяжении длительного времени (40-80-е годы XX века), метод давал значительные сбои при определении возраста находки, что не мешало использовать его в качестве одного из основных аргументов в защиту эволюционной теории. [1]

К концу XX - началу XXI века, метод был откалиброван (что бы избежать дальнейших ужасных ошибок). Однако возраст предметов старше 50 тысяч лет с помощью радиоуглеродного метода определить фактически невозможно, так как период полураспада радиактивного углерода составляет всего 5730 лет (и только при соблюдения условия постоянной скорости распада, что весьма трудно представить). Если проба содержит 14С, это уже свидетельствует о том, что ее возраст меньше 50-ти тысяч лет.

Очевидные противоречия радиоуглеродного метода

  • Гарольд Антони, «Глубокий мороз природы», Natural History, сент. 1949, стр. 300, также In the Beginning, Вальт Броун, стр. 124.
Радиоактивный возраст ноги мамонта из Фаирбанкского залива составил 15.380 лет, когда возраст кожи и мяса составил 21.300 радиоактивных лет.
  • Бёрдселл Д. Б., Human Evolution, (Chicago: Rand McNally, 1975), стр. 295.
За последние два года была получена абсолютная дата (для пласта над слоями Тринил), которая содержит интересный показатель в 300.000 лет плюс-минус 300.000 лет. 
  • Трои Пиуи, Quaternary Stratigraphic Nomenclature in Unglaciated Central Alaska, Geological Survey Professional Paper 862, (U.S. Gov. printing office, 1975) стр. 30.
Одной части Димы (замороженного мамонта) по датированию было 40.000 лет, другой части 26.000 лет и «дереву, находящемуся непосредственно возле тела,» было 9 000-10 000 лет 
  • Science, том 224-й, 1984 год, стр. 58.
 Возраст раковин живых улиток после датирования углеродом составил 2700 лет.
  • Роберт Торсон и Дайл Гутри, "Stratigraphy of the Colorado Creek Mammoth Locality, Alaska," Quarternary Research, том 37-й, ном. 2-й, март, 1992, стр. 214-228, также In the Beginning, Вальт Броун, стр. 124.
 Радиоактивный возраст по датированию углеродом двух мамонтов в Колорадо составил 22.850 плюс-минус 670 и 16.150 плюс-минус 230 лет соответственно.
  • Кауфман, Лесли. "Did a Third Human Species Live Among Us?", Newsweek, 23 декабря, 1996 год, стр. 52
Геолог Геохронологического Центра Беркли Карл Свишер использует самые последние методы датирования человеческих ископаемых. Прошлой весной он повторно датировал образцы черепов Homo erectus, найденных в Яве в 1930-х годах, посредством тестирования осадков, найденных вместе с черепами. Предполагается, что человекообразные виды являются предками Homo sapiens, "и считалось, что erectus исчез около 250.000 лет назад. Но даже при использовании двух разных методов датирования, Свишер продолжал находить, что образцам по самой большой мере было 53.000 лет и обычно не больше чем 27.000 лет отрезок, относящийся к одному времени с современным человеком.


Родительские и дочерние изотопы обычно используются для установления возраста горных пород

Калий-аргонное датирование

В этом методе используется распад изотопа 40K, который составляет 0,012 % природного калия. Kа́лий-40 (англ. potassium-40) — радиоактивный изотоп химического элемента калия с атомным номером 19 и массовым числом 40. Изотопная распространённость калия-40 в природе составляет 0,0117(1) %. Калий — 7-й по содержанию элемент в земной коре, и многие извержённые и осадочные породы содержат большое количество этого элемента.

Отношение концентрации 40K к концентрации его продукта распада 40Ar используется для определения абсолютного возраста объектов данным методом.

Для калий-аргонового датирования используются различные слюды, застывшая лава, полевые шпаты, глинистые минералы, а также многие другие минералы и горные породы. Считается что период полураспада 40K с учётом обоих путей распада равен 1,25 млрд лет.

Калий-40 вынужденно присутствует в живых организмах наряду с другими изотопами калия. Концентрация этого элемента в питьевой воде составляет ~3*10−4 мг/л, что приводит к радиоактивности воды на уровне 2*10−12 Ки/л. Эта величина чрезвычайно мала и не ведёт к каким-либо вредным последствиям для организма.

Наличие калия-40 в теле человека обусловливает его природную радиоактивность на уровне 4-5 кБк в зависимости от массы. Это примерно 80-85 % всей радиоактивности организма. Оставшаяся часть исходит от изотопа 14С.


Ошибки датирования

  • Earth and Planetary Science Letters, 6-47 55. Также Impact №307, 1999.
Возраст лавы, сохранившейся после извержения Гавайского вулкана в 1801 году, по калиево-аргоновому датированию составил 1,6 миллиона лет.

Аналогичные проблемы были обнаружены на других вулканических объектах [1][2]


Постоянство радиоактивного распада

Существует информация о том, что скорость протекания реакции радиоактивного распада не постоянна и зависит от многих факторов (солнечная активность, окружающая температура, кавитация и др.).

Например, в 2012 году двумя исследовательскими группами (университеты Огайо и Пердью) было обнаружено изменение скорости распада изотопов хлора и кремния в зависимости от солнечной активности и времени года (расстояния Земли до Солнца). Причина явление неизвестна, исследователи предположили не учитывающееся на настоящий момент теориями влияние нейтринного потока. [3]

Если скорость протекания распада не постоянна и может изменяться фактически случайным образом, то измерение результатов реакции не покажет когда именно началась реакция. А значит для датировки это использовать невозможно.

Зависимость скорости полураспада от многих внешних факторов объясняет многие ошибки в датировании радиометрическим методом.

Научно-исследовательская группа учёных креационистов RATE выяснила, что скорее всего, в ходе первых 2,5 дней Сотворения мира, а также в ходе Всемирного Потопа и в течение небольшого периода времени после него, имел место ускоренный радиоактивный распад.

Выводы

В связи со всем вышесказанным, можно утверждать, что точность радиометрического датирования является довольно условной и методы ни в коем случае не могут доказывать возраст в миллионы или миллиарды лет. Таким образом, использование метода радиоуглеродного анализа и датирования по калию и аргону для доказательства геохронологической колонны и возраста каких либо останков живых организмов (в т.ч. "предков людей") не правомерно.

Ссылки



см. также