Ռադիոածխածնային թվագրում

Ռադիոածխածնային թվագրում, ռադիոիզոտոպային թվագրման մեթոդ, որն օգտագործվում է օրգանական մնացորդների տարիքը որոշելու համար՝ չափելով ¹⁴$C$ ռադիոակտիվ իզոտոպի պարունակությունը ածխածնի կայուն իզոտոպների նկատմամբ։ Ռադիոածխածնային թվագրումը առաջարկել է Ուիլարդ Լիբին, 1946 թվականին, ինչի համար նա 1960 թվականին արժանացել է քիմիայի Նոբելյան մրցանակի։

Մեթոդը հիմնված է այն փաստի վրա, որ կենդանի օրգանիզմները սննդի հետ միասին կլանում են ինչպես ոչ ռադիոակտիվ, այնպես էլ ռադիոակտիվ ածխածին, որը մշտապես արտադրվում է մթնոլորտում՝ մթնոլորտի ազոտի վրա տիեզերական ճառագայթների ազդեցության պատճառով։ Կենդանու կամ բույսի մահից հետո դադարում է ածխածնի փոխանակումը շրջակա միջավայրի հետ, մնացորդներում ¹⁴$C$-ն աստիճանաբար քայքայվում է, և դրա մնացորդային սահմանային ակտիվությունը կարող է օգտագործվել օրգանիզմի մահվան ժամանակը գնահատելու համար։ Տարիքը հստակեցնելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել կալիբրային (չափաբերման) կորեր։ 2020 թվականին ընդունվել են Հյուսիսային կիսագնդի (IntCal20), Հարավային կիսագնդի (SHCal20) և ծովային նմուշների (Marine20) չափաբերման (Cal-կալիբրացիոն) կորերի նոր տարբերակները, որոնք թույլ են տալիս թվագրել մինչև 55 000 տարեկան նմուշներ։

Ֆիզիկական հիմքեր

1.¹⁴$C$ ռադիոածխածնի ձևավորում
2. ¹⁴$C$ -ի քայքայում/տրոհում
3. Կենդանի օրգանիզմների համար հավասարակշռված վիճակի և մահացած օրգանիզմների համար՝ ոչ հավասարակշռված վիճակի պայմաններ, որոնցում ռադիոածխածինը քայքայվում է՝ առանց դրսից համալրվելու

Ածխածինը, լինելով կենսաբանական օրգանիզմների բաղադրության հիմնական տարրերից մեկը, Երկրի մթնոլորտում առկա է ¹²

$C$

(98,89%) և ¹³

$C$

(1,11%) կայուն իզոտոպների և ¹⁴

$C$

ռադիոակտիվ իզոտոպների տեսքով, որը առկա է մոտ. 10-10% քանակով։ ¹⁴

$C$

իզոտոպը մշտապես արտադրվում է հիմնականում մթնոլորտի վերին շերտերում 12-15 կմ բարձրության վրա՝ երկրորդական նեյտրոնների բախման ժամանակ մթնոլորտային ազոտի միջուկներով տիեզերական ճառագայթներից։

$n+{}^{\mathrm{1}\mathrm{4}}{}_{\mathrm{7}}\mathrm{N}\to {}^{\mathrm{1}\mathrm{4}}{}_{\mathrm{6}}\mathrm{C}+p.$

Միջին հաշվով Երկրի մթնոլորտում տարեկան ձևավորվում է մոտ 7,5 կգ ռադիոածխածին, որի ընդհանու քանակը ~ 75 տոննա է։

Երկրի մակերեսին բնական ռադիոակտիվության հետևանքով ռադիոածխածնի առաջացումն աննշան է։

Ածխածնի ¹⁴$C$ ռադիոիզոտոպը ենթարկվում է [[Բետա-տրոհում|Կաղապար:Math-տրոհման]]՝ Կաղապար:Nobr կիսատրոհման պարբերությամբ, տրոհման հաստատունը՝ Կաղապար:Nobr:

${}^{\mathrm{1}\mathrm{4}}{}_{\mathrm{6}}\mathrm{C}\to {}^{\mathrm{1}\mathrm{4}}{}_{\mathrm{7}}\mathrm{N}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e$:

Մթնոլորտում և կենսոլորտում ածխածնի ռադիոակտիվ և կայուն իզոտոպների հարաբերակցությունը մոտավորապես նույնն է մթնոլորտի ակտիվ խառնման պատճառով, քանի որ բոլոր կենդանի օրգանիզմները մշտապես ներգրավված են ածխածնի նյութափոխանակության մեջ՝ ածխածինը ստանալով շրջակա միջավայրից, իսկ իզոտոպները՝ իրենց անզանազանելիությամբ պայմանավորված, գործնականում, կենսաքիմիական գործընթացներին մասնակցում են, գրեթե միանման։

Ածխածնի սահմանային ակտիվությունը կենդանի օրգանիզմներում, որոնք ածխածինը փոխանակում են մթնոլորտային ավազանի միջոցով, համապատասխանում է ռադիոածխածնի մթնոլորտային պարունակությանը և կազմում է մեկ գրամ ածխածնի համար 13,56 ± 0,07 տրոհում րոպեում։ Օրգանիզմի մահով դադարում է ածխածնի նյութափոխանակությունը։ Դրանից հետո պահպանվում են կայուն իզոտոպներ, իսկ ռադիոակտիվ իզոտոպը (¹⁴$C$) աստիճանաբար քայքայվում է, արդյունքում մամնի մնացորդներում նրա պարունակությունն աստիճանաբար նվազում է։ Իմանալով մարմնում իզոտոպների պարունակության սկզբնական հարաբերակցությունը և դրանց ընթացիկ հարաբերակցությունը կենսաբանական նյութում մասս-սպեկտրաչափական մեթոդով կամ ակտիվությունը դոզիմետրիայի մեթոդներով չափելով՝ կարելի է որոշել օրգանիզմի մահից հետո անցած ժամանակը։

Կիրառություն

Տարիքը որոշելու համար ուսումնասիրվող նմուշի մի կտորից ածխածին է անջատվում (նախապես մաքրված բեկորն այրելով), չափվում է անջատված ածխածնի ռադիոակտիվությունը, և դրա հիման վրա որոշվում է իզոտոպի հարաբերակցությունը, որն էլ ցույց է տալիս ածխածնի տարիքը։ Ակտիվության չափման համար ածխածնի նմուշը սովորաբար ներմուծվում է գազի մեջ, որով լցվում է բազմալար համամասնական հաշվիչը (пропорциональная камера -տարրական մասնիկների ճառագայթման դետեկտորը) կամ հեղուկ սցինտիլյատորի (սցինտիլյացիա) մեջ։ Վերջերս ¹⁴C-ի շատ ցածր կոնցենտրացիաների և/կամ նմուշների շատ փոքր զանգվածների համար (մի քանի մգ) օգտագործվում է արագացուցիչ զանգվածային սպեկտրոմետրիա, որը հնարավորություն է տալիս ուղղակիորեն որոշել ¹⁴C-ի պարունակությունը։ 2020 թվականի համար նմուշի տարիքային սահմանը, որը կարելի է ճշգրիտ որոշել ռադիոածխածնային թվագրման միջոցով, կազմում է մոտ 55000 տարի, այսինքն՝ մոտ 10 կիսաճեղքման տևողություն։ Այս ընթացքում ¹⁴C-ի պարունակությունը նվազում է գրեթե 1000 անգամ (մինչև ժամում մոտ 1 ճեղքում մեկ գրամ ածխածնի համար)։

Թուրինի պատանքի նեգատիվի մի կտոր, ենթադրաբար, Հիսուս Քրիստոսի պատկերով. Ռադիոածխածնային թվագրմամբ ստեղծվել է 11-13-րդ դարերում աշխատանք

Օբյեկտի տարիքի չափումը ռադիոածխածնային մեթոդով հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ նմուշում իզոտոպների հարաբերակցությունը չի խախտվել դրա գոյության ընթացքում, այսինքն՝ նմուշը չի աղտոտվել ավելի ուշ կամ ավելի վաղ առաջացած ածխածին պարունակող նյութերով, ռադիոակտիվ նյութերով և չի ենթարկվել ճառագայթման ուժեղ աղբյուրների ազդեցության։ Նման աղտոտված նմուշների տարիքը որոշելը կարող է հանգեցնել հսկայական սխալների։ Մեթոդի մշակումից հետո տասնամյակների ընթացքում մեծ փորձ է կուտակվել աղտոտիչների հայտնաբերման և դրանցից նմուշների մաքրման գործում։ Թվագրման համար ամենաքիչ աղտոտված բաղադրիչները նմուշներից առանձնացվում են քիմիական մեթոդներով։

Բույսերի մնացորդների ռադիոածխածնային թվագրման համար ծառայում է ցելյուլոզը, իսկ ոսկորների, եղջյուրների և այլ կենդանական մնացորդների թվագրման ժամանակ անջատվում է կոլագեն։ Հնարավոր է նաև թվագրել ըստ ճարպաթթուների մնացորդների, ինչպիսիք են պալմիտինաթթուն և ստեարինաթթուն, օրինակ, կերամիկայի դեպքում։ 2019 թվականի դրությամբ մեթոդի սխալը տատանվում է 24 տարուց (15-րդ դարի սկզբի նմուշների դեպքում) մինչև 1600 տարի (47 հազարամյակ մ.թ.ա. նմուշների դեպքում)։

Ռադիոածխածնային մեթոդի կիրառման ամենահայտնի դեպքերից մեկը Թուրինի պատանքի առանձին դրվագների ուսումնասիրությունն է, որն իրականացվել է 1988 թվականին, միաժամանակ մի քանի լաբորատորիաներում՝ կույր մեթոդով (սուբյեկտիվ մոտեցումից խուսափելու համար)։ Ռադիոածխածնային անալիզը թույլ է տվել պատանքը թվագրել 11-13-րդ դարերի ժամանակաշրջանով։ Թերահավատները այս արդյունքը համարում են հաստատում, որ պատանքը միջնադարյան կեղծիք է։ Մասունքի իսկության կողմնակիցները ստացված տվյալները համարում են 16-րդ դարում հրդեհի ժամանակ պատն ածխածնով աղտոտվելու և հետագայում եռման յուղով լվալու արդյունք։

Քննադատություն

Չնայած այն հանգամանքին, որ ռադիոածխածնային թվագրումը վաղուց դարձել է գիտական պրակտիկայի մաս և լայնորեն կիրառվում է, գիտականանման հրապարակումներում և համացանցում քննադատվում է այս մեթոդը, կասկածի տակ դնելով պատմական արտեֆակտների (հատկապես՝ առավել հին արտեֆակտների) համար դրա օգտագործման օրինականությունը։ Որպես կանոն, ռադիոածխածնային մեթոդը քննադատվում է «Նոր ժամանակագրություն» տեսության, «Գիտական կրեացիոնիզմ» և այլ կեղծ գիտական հասկացությունների կողմնակիցների կողմից։ Ռադիոածխածնային թվագրման առարկությունների որոշ օրինակներ բերված են Անատոլի Ֆոմենկոյի «Նոր ժամանակագրության բնական-գիտական մեթոդների քննադատություն» բաժնում։ Սովորաբար ռադիոածխածնային թվագրման նման քննադատությունը հիմնված է 1960-ականների մեթոդաբանության վիճակն արտացոլող ամենավաղ գիտական հրապարակումների վրա, ինչպես նաև մեթոդի հիմունքների և չափաբերման առանձնահատկությունների թյուրըմբռնման վրա։

Արտանետումների ազդեցությունը բրածո ածխածնի վրա

2015 թվականին Հ. Գրեյվենը (Լոնդոնի կայսերական քոլեջ) հաշվարկել է, որ հանածո վառելիքի հետագա այրումը ներկայիս արագությամբ՝ մթնոլորտ «հնագույն» ածխածնի արտանետման պատճառով, կհանգեցնի ժամանակակից նմուշների ավելի հին նմուշներից ռադիոածխածնային անզանազանելիության (չնայած նմուշների վրա, որոնք առաջացել են նախքան արդյունաբերականացումը և մթնոլորտի հետ ածխածին չեն չփոխանակել, այս էֆեկտը, իհարկե, չի ազդի)։ Ներկայումս հանածո ածխածնի մթնոլորտային արտանետումները հանգեցնում են մթնոլորտային ածխածնի թվացյալ «ծերացման»՝ տարեկան մոտ 30 տարով։

Աղտոտումը հատկապես մտահոգիչ է հնագիտական պեղումներից ստացված շատ հին նյութերի թվագրման ժամանակ, և նմուշի ընտրության և պատրաստման հարցում մեծ ուշադրություն է պահանջվում։ 2014 թվականին Թոմաս Հայհեմը և նրա գործընկերները ենթադրեցին, որ նեանդերթալյան արտեֆակտների համար հրապարակված ամսաթվերից շատերը չափազանց թարմ են՝ «երիտասարդ ածխածնով» աղտոտման պատճառով։

Տես նաև

• Վստահության միջակայք
• Դենդրոխրոնոլոգիա
• Մասս-սպեկտրաչափություն
• Երկրի տարիք
• Տիեզերքի տարիք
• Երկրաբանական հասակ
• Երկրաբանական ժամանակագրություն

Գրականություն

• Կաղապար:Cite book
• Կաղապար:Cite book
• Կաղապար:Cite book
• Կաղապար:Cite book
• Կաղապար:Cite book

Արտաքին հղումներ

• Е. Н. Черных, Н. Б. Черных. Дендрохронология и радиоуглеродное датирование в археологии
• Методика отбора проб для радиоуглеродного и дендрохронологического анализа. Учебное пособиеԿաղապար:Webarchive
• В.Левченко. Радиоуглерод и абсолютная хронология: записки на тему.
• В. А. Дергачев. Радиоуглеродный хронометр зеркало.
• Новый метод радиоуглеродного датирования артефактов не уничтожает
• Программа для калибровки радиоуглеродного возраста OxCal Կաղապար:Webarchive
• Б. Ф. Хасанов. О радиоуглеродном методе датирования