Пожалуй, одним из наиболее часто упоминаемых методов радиометрического датирования является радиоуглеродный метод. К сожалению, далеко не все упоминания этого метода неспециалистами корректны по своей сути, к примеру, иногда можно услышать, что с помощью данного метода получают возраст образца «в миллионы лет», чего на самом деле быть не может, поскольку максимально возможный возраст, который ещё можно получить с помощью радиоуглеродного датирования, составляет около 50-60 тыс. лет. Также можно услышать о «возрасте камня, определённом с помощью радиоуглеродного датирования», что тоже некорректно, поскольку с помощью этого метода нельзя определять возраст горных пород. Поэтому будет полезно разобрать, в чём состоит суть данного метода, а также поговорить о его ограничениях. Кроме того, хотя радиоуглеродный метод не даёт возраст в миллионы и сотни миллионов лет, получаемые с помощью него датировки иногда противоречат библейской версии истории Земли, поскольку составляют десятки тысяч лет. В этой связи необходимо разобраться, можем ли мы доверять подобным датировкам, да и вообще – этому методу. Краткому разбору этих и других, связанных с ними, вопросов и посвящена данная статья.
Суть метода
Радиоуглеродный метод датирования был предложен американским учёным Уиллардом Либби еще в 1946 году, а в 1960 году за изобретение этого метода учёный удостоился Нобелевской премии по химии [1].
Хотя с тех пор методика радиоуглеродного датирования постоянно совершенствовалась, основы метода оставались неизменными, и, надо сказать, метод действительно выглядит красиво и элегантно с научной точки зрения.
Его суть состоит в измерении отношения между стабильным изотопом углерода – углеродом-12 и радиоактивным изотопом углерода – углеродом-14 (реже для этой цели используют другой радиоактивный изотоп углерода – углерод-13). Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы благодаря взаимодействиям коcмических лучей и молекул азота. Затем он опускается в нижние слои атмосферы, где смешивается со стабильным углеродом-12. Если этот процесс начался давно, то к настоящему времени в атмосфере должно установиться равновесие между количеством радиоактивного и стабильного углерода, отношение между ними должно быть постоянным. Кроме того, следует отметить, что углерод составляет основу белковых молекул, а потому все живые организмы активно участвуют в углеродном обмене. Считается также, что для биохимических процессов, происходящих внутри живых организмов, нет разницы между радиоактивным и стабильным углеродом: оба участвуют в них одинаково активно. В силу высокой биохимической активности живого организма можно обоснованно предположить, что соотношение между углеродом-14 и углеродом-12 в его тканях будет таким же, как и в окружающей среде, благодаря интенсивно идущим процессам обмена веществ. Но что произойдет с этим отношением после смерти живого организма, после прекращения обмена веществ? Количество стабильного углерода-12 в тканях останется неизменным, а вот количество радиоактивного углерода-14 будет уменьшаться из-за процесса радиоактивного распада. Соответственно, отношение концентраций углерод-14/углерод-12 в тканях организма после его смерти будет уменьшаться. Зная скорость распада углерода-14 и измеряя текущее значение вышеупомянутого отношения, учёные могут определить, сколько времени прошло с момента смерти данного организма. Как я уже писал выше, метод действительно выглядит красиво, поскольку позволяет обойти одну из главных проблем всех радиометрических методов – незнание начального отношения между радиоактивным и стабильным изотопами. А тут это отношение равно текущему (и, соответственно, измеряемому) отношению этих изотопов в атмосфере! На самом деле, обычно это отношение относят к 1950 году, поскольку примерно с этого времени человеческая деятельность (индустриальная активность, ядерные испытания) начала заметно влиять на его величину [2]. Но принципиально это ничего не меняет.
Ограничения метода
Из сути метода, которую мы рассмотрели в предыдущем разделе, следуют и присущие ему основные ограничения.
Во-первых, скорость распада углерода-14 достаточно велика. Эта скорость обычно выражается через так называемый период полураспада радиоактивного изотопа – время, за которое распадётся ровно половина его первоначального количества. Для углерода-14 это время равно приблизительно 5700 годам. Современные методы выделения радиоактивных изотопов позволяют увидеть их следы на протяжении приблизительно 10 периодов полураспада, а значит, максимальный возраст, который еще можно измерить с помощью радиоуглеродного метода, равен приблизительно 60 тыс. лет, дальше мы просто не сможем выделить радиоактивный углерод-14 из образца и измерить отношение углерод-14/углерод-12.
Во-вторых, с помощью этого метода можно определять возраст только того материала, который когда-то был частью живого организма. То есть возраст старой деревяшки определить можно (поскольку раньше она была частью живого дерева), а вот возраст булыжника (горной породы) определить с помощью этого метода уже нельзя.
И в-третьих, критически важным условием применимости данного метода является предположение о том, что величина отношения углерод-14/углерод-12 не менялась в значительной степени на протяжении последних 60000 лет (максимальный возраст, который можно определить с помощью радиоуглеродного датирования).
Существует множество других факторов, которые могут влиять на точность радиоуглеродного метода: изменение солнечной активности; вулканическая деятельность; антропогенные факторы, то есть те, что связаны с человеческой деятельностью (ядерные испытания, сжигание большого количества ископаемого топлива); так называемый «резервуарный эффект», связанный с тем, что достижение равновесия в океане происходит медленнее, чем в атмосфере, что сказывается на определении возраста остатков морских организмов; эффект изотопного фракционирования (как оказалось, живые организмы всё-таки могут «отличать» радиоактивный углерод-14 от углерода-12 благодаря большей атомной массе первого, и биохимические процессы идут немного по-разному в зависимости от того, какой именно изотоп углерода в них участвует). Рассмотрение всех этих факторов выходит за рамки данной статьи, кроме того, учёные в определённой мере научились учитывать их влияние на получаемые датировки. Нас же будет интересовать третье из сформулированных основных ограничений радиоуглеродного метода – постоянство отношения углерод-14/углерод-12 в прошлом.
Отношение углерод-14/углерод-12
Мы уже упомянули выше, что по прошествии определённого времени это отношение в нижних слоях атмосферы Земли стабилизируется, становится постоянным. Почему это происходит?
Можно провести нехитрый эксперимент. Для него нам понадобится кран, способный создать сильную струю воды, и дуршлаг, в который мы и направим эту воду. Нас будет интересовать один вопрос: как будет меняться уровень воды в дуршлаге с течением времени? Оказывается, что в начале уровень воды будет расти, но через какое-то время стабилизируется и в дальнейшем не будет меняться (если, конечно, мы не увеличим или не уменьшим интенсивность струи воды, падающей в дуршлаг). Почему так происходит? Ответ достаточно прост. В самом начале, когда вода из крана только начинает поступать в дуршлаг, скорость поступления воды выше, чем скорость её оттока через дырочки в днище дуршлага. Но по мере роста уровня воды скорость оттока увеличивается, поскольку воды становится всё больше и больше, а вот скорость поступления не меняется. И настаёт момент, когда обе скорости сравниваются: в дуршлаг поступает ровно столько воды из крана, сколько за это же время выливается из него через дырочки в днище. Уровень воды стабилизируется, и наступает равновесие, в дальнейшем уровень уже не меняется.
То же самое происходит и с отношением углерод-14/углерод-12 в атмосфере Земли. Если сопоставить поступление воды из крана в дуршлаг с поступлением углерода-14 в нижние слои атмосферы, вытекание воды из дуршлага – с убылью углерода-14, а уровень воды в дуршлаге – с величиной отношения углерод-14/углерод-12, аналогия становится ясной. Вначале, когда углерод-14 только начал поступать в нижние слои атмосферы, его количество росло, соответственно, росло и исследуемое нами отношение. Но через какое-то время скорость поступления оказалась скомпенсирована скоростью распада, и отношение стабилизировалось, оставаясь в дальнейшем более или менее постоянным. Вопрос в том, за какой период времени устанавливается это равновесие, можно ли считать, что на протяжении последних 50-60 тыс. лет отношение углерод-14/углерод-12 действительно оставалось неизменным? Сторонники теории эволюции считают, что атмосфера Земли существует уже миллиарды лет. За такой большой срок, разумеется, равновесие по углероду-14 должно было быть достигнуто давным-давно, соответственно, из этого они и исходят в своих датировках по этому методу. Но так ли это? И почему в названии статьи стоит странная фраза: «проблема мировоззрения»? Разве может то или иное мировоззрение влиять на результаты научных измерений? Оказывается, может!
Проблема мировоззрения
И начнём мы с вопроса о том, за какое время устанавливается равновесие между радиоактивным и стабильным углеродом. Из теории радиоактивного распада известно, что такое равновесие устанавливается за время, равное 3-4 средним временам жизни атома радиоактивного углерода в атмосфере Земли.
Тут надо сделать одно существенное замечание. Дело в том, что основной отток радиоактивного углерода из атмосферы происходит не из-за его радиоактивного распада, а из-за поглощения его океанами Земли. И среднее время жизни атома углерода-14 в атмосфере, измеренное учёными, оказалось равным приблизительно 375 годам [3]. Соответственно, время, за которое устанавливается равновесие – примерно 1500 лет. Вот тут и возникает «проблема мировоззрения». С точки зрения сторонников теории эволюции, на Земле за последние 50-60 тыс. лет не происходило глобальных катастроф, способных существенно повлиять на величину установившегося отношения углерод-14/углерод-12. Следовательно, можно смело считать это отношение постоянным на протяжении всего этого периода времени, его небольшие изменения из-за природных процессов (изменение активности Солнца, вулканическая деятельность) учитываются с помощью так называемых калибровочных кривых (графиков соответствия между получаемым из метода и реальным возрастом образца). Но какую картину мы получим, если будем исходить из библейской истории Земли? Если мы примем во внимание глобальную катастрофу, называемую в Библии Всемирным потопом? Существуют свидетельства того, что до Потопа величина равновесного отношения была значительно меньше, чем после него, соответственно, после Потопа равновесие устанавливалось заново. И заняло это, если исходить из современного значения среднего времени жизни атома углерода-14, около 1500 лет. Как это влияет на значение возраста образца, получаемого с помощью радиоуглеродного метода? Достаточно сильно! В тот период времени, когда это равновесие только устанавливалось, значение отношения углерод-14/углерод-12 было меньше равновесного, а значит, радиоуглеродный метод будет давать завышенный возраст образца по сравнению с его реальным возрастом, ведь, чем меньше это отношение в образце, тем выше оценка возраста, определяемая с помощью данного метода. И это отклонение в большую сторону будет тем выше, чем ближе время смерти организма, возраст которого мы определяем, к моменту начала установления равновесия.
К чему это приводит на практике? Если предположить, что Потоп произошел приблизительно 5000 лет назад и, соответственно, в это время вновь начался процесс установления равновесия между радиоактивным и стабильным углеродом в атмосфере, то все оценки возраста, полученные с помощью радиоуглеродного метода для остатков живых организмов, умерших в период времени, занявший примерно 1500 лет после Потопа, нуждаются в пересмотре в сторону уменьшения этого самого возраста. Расчёты показывают, что при возрасте образцов, определённом с помощью радиоуглеродного метода, до 3500-4000 лет (приблизительно) практически нет расхождений между «классическим» (когда считается, что равновесие давно установилось) и «креационистским» (когда считается, что равновесие вновь устанавливалось после Потопа) подходами [4]. Но если оценка возраста, полученная в «классическом» подходе, превышает 4000 лет, такие расхождения возникают и могут стать весьма существенными. К примеру, возраст образца в 9000 лет, определённый в «классическом» подходе, соответствует возрасту всего в 5000 лет в «креационистском» подходе; возраст образца в 43000 лет в «классическом» подходе соответствует возрасту всего в 5350 лет в «креационистском» подходе!
Итак, что мы видим? Оказывается, принятие во внимание библейской концепции истории Земли оказывает влияние не только на наше миропонимание, но и на интерпретацию научных фактов, причём не только в общем плане, но и на численные результаты научных измерений! В случае радиоуглеродного метода датирования принятие библейской концепции сразу делает несостоятельными оценки возраста, полученные по «классической» методике и превышающие ~5000 лет, они должны быть скорректированы в сторону уменьшения, причём тем более значительного, чем больше величины этих оценок. Действительно, радиоуглеродное датирование можно считать одним из лучших примеров того, как мировоззрение может влиять на научные результаты.
Примеры
Но остаётся важный вопрос: какой подход, «классический» или «креационистский», лучше соответствует имеющимся научным данным? Можно с уверенностью утверждать, что сегодня у нас есть многочисленные свидетельства того, что «креационистский» подход позволяет более правильно описать многие из известных нам примеров датирования по радиоуглеродному методу. Приведу два из них.
В 1970 году в вечной мерзлоте на Аляске были найдены останки мускусного быка и определён его возраст с помощью радиоуглеродного датирования (в «классическом» его варианте) [5]. Причём возраст мышечных тканей быка и волос его шкуры определялся независимо. Возраст мышечных тканей был определён как 24140 ± 2200 лет, а возраст волос как 17210 ± 500 лет. Само по себе наличие разницы в возрасте между мышцами и волосами быка не должно вызывать удивления, поскольку мышечная ткань в организме заменяется значительно медленнее, чем волосы. Поэтому, если предположить, что возраст мышечной ткани относится к молодости быка, а возраст волос – к его старости, то разница между этими возрастами приблизительно укажет на время жизни животного. Удивляет другое: это время жизни получается неестественно большим. Даже если мы возьмем возраст мышц по нижней границе коридора ошибок (24140 – 2200 = 21940 лет), а возраст волос – по верхней границе (17210 + 500 = 17710 лет), время жизни быка составит 21940 – 17710 = 4230 лет. Проблема в том, что мускусные быки столько не живут! Если же пересчитать эти возрасты с помощью «креационистского» подхода, время жизни быка составит приблизительно 60 лет, что, согласитесь, гораздо ближе к истине.
Второй пример связан с остатками жизнедеятельности древних ленивцев, живших в пещере Рампарт, расположенной в Большом каньоне в штате Аризона (США) [6]. С помощью радиоуглеродного датирования с использованием «классического» подхода было определено, что ленивцы обитали в этой пещере в период от 40000 до 20000 лет назад. При этом количество гранул их помета, произведённого за этот промежуток времени (20000 лет), оценивается в 39000 штук. Нетрудно посчитать, что ленивцы в этом случае «производили» приблизительно 2 гранулы помета… в год! Они, конечно, ленивцы и, соответственно, весьма терпеливые животные, но всё же не настолько! А что будет, если пересчитать возраст и, соответственно, общее время жизни ленивцев в пещере с помощью «креационистского» подхода? В этом случае 20000 лет жизнедеятельности ленивцев в пещере сокращаются приблизительно до 80 лет, а «производительность» ленивцев – до 1,4 гранулы помета, но не в год, а в день.
Итоги
Подводя итог, можно отметить, что принятие библейской картины истории Земли, в частности Всемирного потопа, произошедшего относительно недавно, оказывает значительное влияние на интерпретацию возраста, получаемого с помощью радиоуглеродного метода. Все оценки возраста больше 3500-4000 лет нуждаются в пересмотре, учитывающем время установления равновесия между радиоактивным и стабильным углеродом, которое составляет приблизительно 1500 лет, начиная с окончания Потопа. Этот пересмотр решает проблему большого возраста органических остатков (10000-40000 лет), получаемого с помощью «классического» подхода, не принимающего во внимание Всемирный Потоп и последующее установление равновесного соотношения углерод-14/углерод-12. Сегодня существуют многочисленные научные данные, свидетельствующие в пользу «креационистского» подхода в интерпретации оценок возраста, получаемых с помощью радиоуглеродного датирования.
А. Попов, кандидат физико-математических наук
________________________________________________________
1. Libby W. F., Radiocarbon Dating, University of Chicago Press, Chicago, 1955.
2. Coffin H., Brown R., Gibson J., Origin by Design, Review and Herald, Hagerstown, 2005, p. 349-350.
3. Hesshalmer V., Helmann M., and Levin I., Radiocarbon Evidence for a Smaller Ocean Carbon Dioxide Sink Than Previously Believed, Nature 370, 1994, p. 201-203. Duffy P. B. et al., The Global Budget of Bomb Radiocarbon, EOS Transactions of the American Geophysical Union 76(46):F83, Abstract A21E-2, 1995.
4. Попов А., Некоторые замечания по поводу оценки возраста органических остатков с помощью радиоуглеродного метода, https://geoscience.esd.adventist.org.
5. Stuckenrath R., Mielke J., Smithsonian Institution Radiocarbon Measurements VI, Radiocarbon 12(1), 1970, p. 193-204.
6. Long A., Martin P., Death of American Ground Sloths, Science 186(4164), 1974, p. 638-640.