Радиоуглеродное датирование
Категории / Возраст Земли / Радиоуглеродное датирование / Датирование по углероду-14: как работает метод

Датирование по углероду-14: как работает метод

Автор:
Источник: Answers in Genesis

Эта статья состоит из трех частей. Поэтому для правильного понимания данного материала советуем прочитать цикл полностью.

Многие предполагают, что камни датируется «миллионами лет» на основе радиоуглеродного (углерод-14) анализа. Но это не так. Причина проста. Углерод-14 может существовать только «тысячи лет», прежде чем распадется.

Самым известным из всех методов радиометрического датирования является радиоуглеродное датирование. Хотя многие считают, что радиоуглеродное датирование используется для определения возраста горных пород, оно ограничивается датированием вещей, которые включают в себя углерод и были когда-то живыми (например, окаменелости).

Как образуется радиоактивный углерод

В отличие от радиоактивного углерода (14C), другие радиоактивные элементы, которые используются для датирования камней - уран (238U), калий (40K) и рубидий (87Rb) - насколько мы знаем, на Земле не образуются. Таким образом, выясняется, что Бог, наверное, создал эти элементы во время сотворения Земли.

В отличие от них, радиоактивный углерод постоянно образуется сегодня в верхних слоях атмосферы Земли. И, насколько нам известно, он формировался таким образом с тех пор, как атмосфера была создана еще на Второй день сотворения Земли (часть пространства, или тверди, описанная в Книге Бытие 1:6-8).

Так, как же образуется радиоактивный углерод? 

Космические лучи с внешнего пространства постоянно бомбардируют верхние слои атмосферы Земли, производя нейтроны (субатомные частицы, не имеющие электрического заряда), которые быстро двигаются.1 Они на большой скорости сталкиваются с атомами азота-14, наиболее распространенным элементом в верхней атмосфере, превращая их в атомы радиоактивного углерода (углерода-14).

Этапы образования радиоактивного углерода

  1. Углерод-14 образуется, когда космические лучи бомбардируют земную атмосферу: они порождают нейтроны. Затем эти возбужденные частицы сталкиваются с атомами азота в атмосфере, изменяя их в атомы радиоактивного углерода-14.
  2. Углерод-14 поглощается: растения поглощают углерод-14 в процессе фотосинтеза в виде углекислого газа. Когда животные едят растения, углерод-14 попадает в их организмы. Углерод-14 в организме распадается до азота-14 и выходит в той же пропорции, в которой и добавляется новый углерод-14. Так что уровень углерода-14 остается стабильным.
  3. Углерод-14 является исчерпывающимся: когда животное умирает, углерод-14 продолжает распадаться до азота-14 и выходит без добавления нового радиоактивного углерода. Путем сравнения оставшегося количества углерода-14 с первоначальным ученые могут вычислить как давно животное погибло.

Поскольку атмосфера состоит примерно из 78% азота,2 вырабатывается много радиоактивных атомов - всего около 16,5 фунтов (7,5 кг) в год. Они быстро соединяются с атомами кислорода (вторым наиболее распространенным элементом в атмосфере, 21%), образуя углекислый газ (СО2).

Этот диоксид углерода, теперь с радиоактивным углеродом-14, химически не отличается от обычного углекислого газа в атмосфере, хотя он немного тяжелее, поскольку имеет на два протона больше, чем обычный углерод-12. Радиоактивные и нерадиоактивные диоксиды углерода объединяются в атмосфере и растворяются в океанах.

Через фотосинтез углекислый газ попадает в растения и водоросли, внося радиоактивный углерод в пищевую цепочку. Радиоактивный углеродный поток попадает в организм животных, когда те потребляют растения.

Определение периода распада радиоактивного углерода

После образования радиоактивного углерода, ядра атомов углерода-14 нестабильны, поэтому со временем они прогрессивно распадаются до ядер устойчивого азота-14.3 Нейтрон распадается на протон и электрон, и электрон выбрасывается. Этот процесс называется бета-распадом. Выброшенные электроны называются бета-частицами и образуют так называемое бета-излучение.

Не все атомы радиоактивного углерода распадаются одновременно. Различные атомы углерода-14 возвращаются обратно к азоту-14 в разное время, что объясняет, почему распад радиоуглеродных веществ считается случайным процессом.

Для измерения скорости распада соответствующий детектор фиксирует количество бета-частиц, выбрасываемых из посчитанного количества углерода в течение определенного периода времени, например за месяц (для иллюстрации). Поскольку каждая бета частица являет собой один атом углерода-14, который распался, мы знаем, сколько атомов углерода-14 распадается в течение месяца.

Химики уже определили, сколько атомов находится в определенной массе каждого элемента, например, вышеупомянутого углерода.4 Итак, если мы взвешиваем кусочек углерода, мы можем рассчитать, сколько в нем есть атомов.

Если мы знаем, какая доля атомов углерода является радиоактивной, мы можем рассчитать, сколько их находится в единице массы. Зная количество атомов, которые распались в нашем образце в течение месяца, мы можем рассчитать скорость распада радиоактивного углерода.

Стандартный способ выражения скорости разложения называется периодом полураспада.5 Он определяется как время, которое требуется для распада половины заданного количества радиоактивного элемента. Итак, если мы начнем с 2-х миллионов атомов углерода-14 в нашем измеряемом количестве, то период полураспада будет тем временем, которое необходимо для распада половины (т.е. 1 миллиона) этих атомов. 

Период радиоуглеродного полураспада (скорость распада) составляет 5730 лет.

Использование углерода-14 для определения возраста объектов

Далее говорится о том, как ученые используют эти знания на сегодняшний день. Если углерод-14 образуется с постоянной скоростью в течение очень долгого времени и постоянно добавляется в биосферу, то его уровень в атмосфере должен оставаться постоянным.

Если уровень постоянен, живые растения и животные должны также поддерживать в себе постоянный уровень углерода-14. Причиной является то, что, пока организм жив, он заменяет любую молекулу углерода-14, которая распалась до азота, на новую.

Однако после гибели растения и животные больше не заменяют молекулы, которые подверглись распаду. Вместо этого, атомы радиоактивного углерода в их телах медленно распадаются, поэтому со временем соотношение атомов радиоактивного углерода-14 и обычных атомах стабильно уменьшается.

Предположим, что мы нашли череп мамонта и хотим определить, как давно он жил. Мы можем измерить в лаборатории количество атомов углерода-14, которые до сих пор находятся в черепе. Если предположить, что мамонт сначала имел в своих костях такое же количество атомов углерода-14, как и сегодня имеют живые животные (примерно один атом углерода-14 на каждый триллион атомов углерода-12), то, поскольку мы также знаем период полураспада радиоуглерода, мы можем рассчитать, как давно погиб мамонт. Это очень просто.

Этот метод датирования похож на принцип, лежащий в песочных часах.6 Песчинки, которые полностью заполняли верхнюю чашу, представляют атомы углерода-14 в живом мамонте перед тем, как он погиб. Предполагается, что количество атомов углерода – 14 такое же, как и у слонов, живущих сегодня. Со временем эти песчинки падают в нижнюю чашу: так новое количество песчинок в верхней части часов представляет собой атомы углерода-14, которые остались в черепе мамонта, когда мы его нашли.

Разница в количестве песчинок – это число атомов углерода-14, которые распались до азота-14 после смерти мамонта. Поскольку мы измерили скорость падения песчинки (скорость распада радиоактивного углерода), мы можем затем рассчитать, сколько времени потребовалось для распада атомов углерода-14, то есть сколько лет назад погиб мамонт.

Вот так работает радиоуглеродный метод. А поскольку период полураспада углерода-14 составляет всего 5730 лет, этот метод пригоден лишь для датирования материалов, возраст которых составляет несколько тысяч лет, но не миллионы. Именно последнее противоречит рамкам земной истории, представленной в Библии, которая является Божьим рассказом истории.

Читайте Креацентр Планета Земля в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних новостей.

Вас также может заинтересовать:

Ссылки:

  1. S. Bowman, Interpreting the Past: Radiocarbon Dating (London: British Museum Publications, 1990).

  2. S. S. Zumdahl, Chemical Principles, 2nd edition (Lexington, Massachusetts: D. C. Heath and Company, 1995), p.171.

  3. A. Dickin, Radiogenic Isotope Geology, 2nd edition (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2005), pp. 383–398.

  4. Ссыл. 2, p. 55, 1995. For radiocarbon this number is ~6.022 x 1023 atoms per 14 grams of carbon-14.

  5. G. Faure and T. M. Mensing, Isotopes: Principles and Applications, 3rd edition (Hoboken, New Jersey: John Wiley &, Sons, 2005), pp. 614–625.

  6. A. A. Snelling, “Radiometric Dating: Back to Basics,” Answers 4.3 (2009): 72–75.