Радіовуглецеве датування

Статті / Вік Землі / Радіовуглецеве датування / Датування за вуглецем-14: як працює метод /

Датування за вуглецем-14: як працює метод

Автор:

Джерело: Answers in Genesis

від 01.10.2010

Ця стаття складається із трьох частин. Для правильного розуміння даного матеріалу ми радимо прочитати цикл повністю.

Багато людей вважають, що вік порід у «мільйони років» визначено на основі радіовуглецевого датування (аналіз за вуглецем-14). Але це не так. Причина проста. Вуглець-14 може існувати тільки «тисячі років», перш ніж розпадеться.

Найвідомішим з усіх методів радіометричного датування є радіовуглецеве датування. Хоча багато людей вважають, що цей метод використовують для визначення віку гірських порід, насправді його застосування обмежується датуванням речей, які містять у собі вуглець і колись були живими (наприклад, скам'янілості).

Як утворюється вуглець-14

На відміну від радіоактивного карбону (14C), інші радіоактивні елементи, що використовуються для датування порід — уран (238U), калій (40K) та рубідій (87Rb) — наскільки ми знаємо, на Землі не утворюються. Тому логічно припустити, що Бог, ймовірно, створив ці елементи на початку історії Землі.

На відміну від них, радіоактивний вуглець постійно утворюється сьогодні у верхніх шарах атмосфери Землі. І наскільки нам відомо, радіовуглець формувався таким чином з тих пір, як атмосфера була створена ще на другий день створення Землі (частина простору, або тверді, описана в книзі Буття 1:6-8).

То як саме утворюється радіоактивний вуглець-14? 

Радіоактивний вуглець утворюється, коли космічні промені із зовнішнього простору постійно бомбардують верхні шари атмосфери Землі, виробляючи нейтрони (субатомні частинки, що не мають електричного заряду), які швидко рухаються.1 Нейтрони на великій швидкості стикаються з атомами азоту-14, найбільш поширеним елементом у верхній атмосфері, перетворюючи їх в атоми радіоактивного вуглецю (вуглецю-14).

Етапи утворення радіовуглецю

  1. Вуглець-14 утворюється, коли космічні промені бомбардують земну атмосферу: утворюються нейтрони. Потім ці збуджені частинки стикаються з атомами азоту в атмосфері, змінюючи їх на атоми радіоактивного вуглецю-14.
  2. Вуглець-14 поглинається: рослини поглинають його у процесі фотосинтезу у вигляді вуглекислого газу. Коли тварини їдять рослин, вуглець-14 потрапляє до їх організмів. Там він розпадається до азоту-14 і виходить з такою ж швидкістю, з якою додається радіоактивний вуглець. Так що його рівень залишається стабільним.
  3. Вуглець-14 є вичерпним: коли тварина помирає, цей хімічний елемент продовжує розпадатися до азоту-14 і виходить без додавання нового радіовуглецю. Шляхом порівняння збереженої кількості вуглецю-14 з початковою вчені можуть вирахувати, як давно тварина загинула.

Оскільки атмосфера складається приблизно з 78% азоту,2 виробляється багато радіоактивних атомів — загалом близько 16,5 фунтів (7,5 кг) на рік. Вони швидко поєднуються з атомами кисню (другим найбільш поширеним елементом у атмосфері (21%), утворюючи вуглекислий газ (СО2).

Діоксид вуглецю, який містить радіоактивний вуглець-14, хімічно не відрізняється від звичайного вуглекислого газу в атмосфері, який трохи легший, оскільки  містить звичайний вуглець-12, що має на два протони менше. Радіоактивні та нерадіоактивні діоксиди поєднуються в атмосфері і розчиняються в океанах.

Через фотосинтез вуглекислий газ потрапляє у рослини та водорості, вносячи радіоактивний вуглець у харчовий ланцюжок. Радіоактивний вуглець потрапляє до організму тварин, коли ті їдять рослини. 

Визначення періоду напіврозпаду радіоактивного вуглецю

Після утворення радіоактивного вуглецю, ядра атомів вуглецю-14 нестабільні, тому з часом вони прогресивно розпадаються до ядер стійкого азоту-14.3 Нейтрон розпадається на протон та електрон, і електрон викидається. Цей процес називається бета-розпадом. Викинуті електрони називаються бета-частинками і утворюють, так зване, бета-випромінювання.

Не всі атоми радіоактивного вуглецю розпадаються одночасно. Різні атоми вуглецю-14 переходять у азот-14 в різний час, що пояснює, чому розпад вважається випадковим процесом.

Для вимірювання швидкості розпаду відповідний детектор фіксує кількість бета-частинок, що викидаються з виміряної кількості вуглецю протягом певного періоду часу, наприклад за місяць (для ілюстрації). Оскільки кожна бета частинка являє собою один атом вуглецю-14, що розпався, ми знаємо, скільки атомів вуглецю-14 розпадається протягом місяця.

Хіміки вже визначили, скільки атомів знаходяться в певній масі кожного елемента, наприклад, вищезгаданого карбону.4 Отже, якщо ми зважуємо кусочок вуглецю, то можемо розрахувати, скільки у ньому міститься атомів.

Якщо ми знаємо, яка частка атомів цього хімічного елементу є радіоактивною, то також можемо розрахувати, скільки радіоактивних вуглецевих атомів перебуває в одиниці маси. Знаючи кількість атомів, що розпалились у нашому зразку протягом місяця, ми можемо розрахувати швидкість розпаду радіоактивного вуглецю.

Стандартний спосіб вираження швидкості розкладання називається періодом напіврозпаду.5 Він визначається як час, який потрібен для розпаду половини заданої кількості радіоактивного елемента. Отже, якщо б ми почали з 2 мільйонів атомів вуглецю-14 в нашій вимірюваній кількості, то період напіврозпаду радіоактивного вуглецю буде тим часом, який необхідний для розпаду половини (тобто 1 мільйона) цих атомів. 

Період напіврозпаду радіоактивного вуглецю (швидкість розпаду) становить 5730 років.

Використання вуглецю-14 для визначення віку об'єктів

Далі мова піде про те, як вчені використовують ці знання на сьогоднішній день. Якщо вуглець-14 утворюється з постійною швидкістю протягом дуже довгого часу і постійно додається в біосферу, то його рівень в атмосфері повинен залишатись постійним.

Якщо рівень постійний, живі рослини та тварини повинні також підтримувати у собі постійний рівень цього елемента. Причиною є те, що, поки організм живий, він замінює кожну молекулу вуглецю-14, яка розпалася до азоту, на нову.

Проте після загибелі рослини і тварини більше не замінюють молекули, які зазнали розпаду. Замість цього атоми радіоактивного карбону в їхніх тілах повільно розпадаються, тому з часом співвідношення радіоактивних атомів до звичайних стабільно зменшується.

Припустимо, що ми, знайшовши череп мамонта, хочемо визначити, як давно тварина жила. Ми можемо виміряти в лабораторії кількість атомів вуглецю-14, яка досі перебуває у черепі. Якщо припустити, що на момент смерті мамонт мав у своїх кістках таку ж кількість атомів вуглецю-14, що і сьогодні мають живі тварини (приблизно один атом вуглецю-14 на кожен трильйон атомів вуглецю-12), то, оскільки ми також знаємо період напіврозпаду радіовуглецю, можемо розрахувати, як давно загинув мамонт. Це дуже просто.

Цей метод датування схожий на принцип, що лежить у пісочному годиннику.6 Піщинки у верхній чаші на самому початку – це атоми вуглецю-14 у живому мамонті перед тим, як він загинув. Припускається, що кількість атомів вуглецю-14 така ж, як і у слонів, що живуть сьогодні. З часом ці піщинки падають до нижньої чаші: так нова кількість піщинок у верхній частині годинника представляє собою атоми вуглецю-14, що залишилися в черепі мамонта, коли ми його знайшли.

Різниця в кількості піщинок — це число атомів вуглецю-14, які розпалися до азоту-14 після смерті мамонта. Оскільки ми виміряли швидкість падіння піщинки (швидкість розпаду радіовуглецю), то можемо потім розрахувати, скільки часу було потрібно для розпаду атомів вуглецю-14, тобто скільки років назад загинув мамонт.

Ось так працює радіовуглецевий метод. А оскільки період напіврозпаду вуглецю-14 становить лише 5730 років, цей метод придатний лише для датування матеріалів, вік яких становить лише декілька тисяч років, однак не мільйони. Саме останні суперечать рамкам земної історії, представленої в Біблії, яка є Божим оповідачем історії.

Читайте Креацентр Планета Земля в Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх новин.

Подібні матеріали

arrow-up