Элемент углерод также очень пригодился человечеству в проблеме датировки различных предметов и исторических находок.
Метод определения возраста исторических находок по содержанию в них радиоактивного изотопа углерода-14 был разработан физиком, лауреатом Нобелевской премии Ф. У. Либби.
Углерод-14 – один из природных радиоактивных изотопов, и период его полураспада равен 5870 лет. В чем его суть?
Поток космических протонов, летящих почти со скоростью света, непрерывно бомбардирует нашу планету. Уже в верхних слоях атмосферы протоны часто сталкиваются с ядрами азота и кислорода. При подобных столкновениях атомы разрушаются, и в результате этого получаются свободные нейтроны, моментально захватываемые ядрами элементов воздуха, в первую очередь, ядрами атомов азота. И вот тогда происходит одно из настоящих и немногих алхимических чудес, которое наука вынуждена была признать – взаимопревращение элементов: азот становится углеродом (азот в периодической таблице элементов идет сразу за углеродом), только не простым, а радиоактивным углеродом-14.
В свою очередь ядра углерода-14, распадаясь, испускают электроны и вновь превращаются в ядра азота. Зная период полураспада изотопов, можно подсчитать, сколько его теряется за любой промежуток времени. Подсчитали, что за год на Земле распадается примерно 7 кг радиоуглерода. Это означает, что на нашей планете естественным путем поддерживается постоянное количество этого изотопа – в результате ядерных реакций, идущих в атмосфере, Земля ежегодно, естественным образом, сама собой «приобретает» около 7 кг углерода-14.
Надо сказать, что сама по себе земная атмосфера углеродом не богата. В ней всего 0,03% двуокиси углерода СО2. Однако в пересчете на вес это не так уж и мало: общее содержание углерода в атмосфере – около 600 млн тонн. Атомы углерода вместе с обычными атомами усваиваются растениями, а оттуда уже попадают в организмы животных, а через них и в организм человека. В любом живом организме есть радиоуглерод, который постепенно распадается и вновь обновляется. В грамме «живого» углерода каждую минуту происходит 14 актов радиоактивного распада. Опыты показывают, что концентрация этого изотопа одинакова во всем живом на планете Земля, хотя в силу определенных геофизических причин радиоуглерод «приземляется» в основном в полярных районах.
Но когда организм гибнет, он перестает быть звеном непрерывно идущего на Земле круговорота углерода. Новый радиоуглерод в него уже не поступает, но, тем не менее, радиоактивный распад продолжается. Через 5870 лет количество радиоуглерода в отмершем организме уменьшается вдвое, и в грамме углерода, извлеченного из дерева, срубленного 5570 лет назад, чувствительные датчики за минуту зафиксируют уже не 14, а лишь 7 актов распада. Поэтому с помощью радиоуглерода можно определить возраст практически любого предмета, сделанного из материалов растительного или животного происхождения, а таких в исторической перспективе большинство.
Этот метод помог определить даты древних вулканических извержений и время вымирания некоторых видов животных. Он помог разоблачить не одну археологическую подделку, когда за свидетельства древности выдавались, к примеру, черепа с подпиленными зубами.
Но главной заслугой метода считается установление времени ледниковых периодов. Радиоуглеродные измерения показали, что за последние 40 000 лет на планете Земля прошло три ледниковых периода. Самый поздний закончился примерно 10 400 лет назад. С тех пор на Земле относительно тепло, а сейчас, похоже, становится еще теплее.
Хотя, надо признать, что не учеными всеми этот метод признается достаточно непогрешимым, и вызывает некоторые вопросы… Но об этом в следующих публикациях.