Вік Землі та методи датування
Креацентр > Статті > Вік Землі та методи датування > Датування за вуглецем-14

Датування за вуглецем-14

Ця стаття складається із трьох частин. Тому для правильного розуміння даного матеріалу радимо прочитати цикл повністю.

     

     Частина 1: Датування за вуглецем-14.

     Частина 2: Еволюційна дилема  вуглець-14 у скам'янілостях і алмазах.

     Частина 3: Загадка креаціоністів — 50 000-річні скам'янілості?

 

Багато людей припускають, що каміння датується "мільйонами років" на основі радіовуглецевого (вуглець-14) аналізу. 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 це датування використовується для визначення віку гірських порід, воно обмежується датуванням речей, які містять у собі вуглець і були колись живими (наприклад, скам'янілості).

Як утворюється радіоактивний вуглець

На відміну від радіоактивного вуглецю (14C), інші радіоактивні елементи, що використовуються для датування каменів — уран (238U), калій (40K) та рубідій (87Rb) — наскільки ми знаємо, на Землі не утворюються. Таким чином, з'ясовується, що Бог, напевно, створив ці елементи під час творення Землі.

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

Так, як саме утворюється радіоактивний вуглець? Космічні промені із зовнішнього простору постійно бомбардують верхні шари атмосфери Землі, виробляючи нейтрони (субатомні частинки, що не мають електричного заряду), які швидко рухаються.1 Вони 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

Вуглець-14 утворюється, коли космічні промені бомбардують земну атмосферу: вони породжують нейтрони. Потім ці збуджені частинки стикаються з атомами азоту в атмосфері, змінюючи їх на атоми радіоактивного вуглецю-14.

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 у тій же пропорції, в якій і додається радіоактивний вуглець. Так що його рівень  залишається стабільним.

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 первісною 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).

Цей діоксид вуглецю, тепер з радіоактивним вуглецем-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 вуглецю поєднуються в атмосфері і розчиняються в океанах.

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

Визначення періоду розпаду радіоактивного вуглецю

Оскільки він швидко розпадається, вуглець-14 

корисний для датування тих істот, що 

загинули за останні кілька тисяч років, а не

 мільйони років тому.

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 повертаються до азоту-14 в різний час, що пояснює, чому розпад радіовуглецевих речовин 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 знебарвлений атом вуглецю-14, ми знаємо, скільки атомів вуглецю-14 розпадається протягом місяця.

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

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-ох мільйонів атомів вуглецю-14 в нашій вимірюваній кількості вуглецю, то період напіврозпаду радіоактивного вуглецю буде тим часом, який необхідний для розпаду половини (тобто 1 мільйона) цих атомів. Період радіовуглецевого напіврозпаду (швидкість розпаду) становить 5730 років.

Використання вуглецю-14 для визначення віку об'єктів

Далі йде мова 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 рівень вуглецю-14 в атмосфері повинен залишатись постійним.

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

Проте після загибелі рослин і тварин вони більше не замінюють молекули, які зазнали розпаду. Замість цього атоми радіоактивного карбону в їхніх тілах повільно розпадаються, тому з часом співвідношення атомів радіоактивного вуглецю-14 до звичайних атомів стабільно зменшується.

Припустимо, що ми, знайшовши череп мамонта, хочемо визначити, як давно він жив. Ми можемо виміряти в лабораторії кількість атомів вуглецю-14, які досі перебувають у черепі. Якщо припустити, що мамонт спочатку 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 розпаду радіовуглецю, можемо розрахувати, як давно загинув мамонт. Це дуже просто.

Цей метод датування схожий на принцип, що лежить у пісочному годиннику.6 Піщинки, які повністю заповнювали верхню чашу, представляють 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 радіовуглеця), 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, що суперечить рамкам земної історії, представленої в Біблії, яка є Божим оповідачем історії.

 

Автор: д-р. Ендрю Снелінг

Дата публікації: 01.10.2010

Джерело: Answers in Genesis

 

Переклад: Літус П.

Редактор: Кравець Д.

 

Посилання:

  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. Ref. 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.

Написати коментар