Датирование биологических останков методом радиоуглеродного анализа.⁠⁠

27 февраля 1940 года американские физики Мартин Дэвид Кеймен и Самуэл Рубен обнаружили во время своих экспериментов странный изотоп углерода с массовым числом 14. Они выяснили, что углерод-14 является одним из природных радиоактивных изотопов. Мартин Кеймен, поработав над этим изотопом, установил, что период его полураспада

(время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер) составляет около 5 700 лет.

Углерод-14 образуется в атмосфере в результате бомбардировки атомов азота нейтронами, входящими в состав космических лучей. Относительное содержание углерода-14 по отношению к «обычному» (углероду-12) в атмосфере остается примерно постоянным (приблизительно 1:10^12). Как и обычный углерод, 14C вступает в реакцию с кислородом, образуя углекислый газ, который нужен растениям в процессе фотосинтеза. Люди и различные животные затем потребляют растения и изготовленные из них продукты в пищу, усваивая таким образом и углерод-14.

Пока организм находится в состоянии обмена веществ с окружающей средой, содержание 14С в нём остаётся постоянным и находится в равновесии с концентрацией данного изотопа в атмосфере. Когда организм заканчивает свое существование, обмен углеродом с внешней средой прекращается; содержание радиоактивного изотопа начинает уменьшаться, так как уже нет притока «свежего» 14С извне. Накопленный 14С постепенно распадается.

В 1946 году химик Уиллард Либби, изучив углерод-14, предположил, что его можно использовать для установления возраста биоматериалов (до 50000 лет).

Как уже было сказано, период полураспада данного изотопа составляет 5700 лет.

Следовательно, зная изначальное количество 14С в организме по отношению к стабильным изотопам 12С и 13С в состоянии равновесия (когда организм жив) и содержание 14С в ископаемых остатках, можно установить, сколько времени прошло с момента смерти углеродсодержащей субстанции.  Такова суть модели, созданной У.Ф. Либби с соавторами.

Метод Либби получил название метода радиоуглеродного анализа, и в 1960 году Уиллард получил Нобелевскую премию по химии «За введение метода использования углерода-14 для определения возраста в археологии, геологии, геофизике и других областях науки».

Таким образом, радиоуглеродный анализ – метод датирования биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C по отношению к стабильным изотопам углерода.

Для определения возраста из фрагмента исследуемого образца выделяется углерод (путём сжигания предварительно очищенного фрагмента), для выделенного углерода производится измерение радиоактивности, на основании этого определяется соотношение изотопов, которое и показывает возраст образцов. В последнее время для очень малых содержаний 14C и/или очень малых масс образцов (несколько мг) используется ускорительная масс-спектрометрия, позволяющая прямо определять содержание 14C. Предельный возраст образца, который может быть точно определён радиоуглеродным методом — около 60 000 лет, то есть около 10 периодов полураспада 14C. За это время содержание 14C уменьшается примерно в 1000 раз.

Измерение возраста предмета радиоуглеродным методом возможно только тогда, когда соотношение изотопов в образце не было нарушено за время его существования, то есть образец не был загрязнён углеродосодержащими материалами более позднего или более раннего происхождения, радиоактивными веществами и не подвергался действию сильных источников радиации. За прошедшие с момента разработки метода десятилетия накоплен большой опыт в выявлении загрязнений и в очистке от них образцов. Для датирования из образцов химическими методами выделяют наименее подверженные загрязнению компоненты. При радиоуглеродном анализе растительных остатков используется целлюлоза, а при датировании костей, рогов и других животных остатков выделяется коллаген. Погрешность метода в настоящее время находится в пределах от семидесяти до трёхсот лет

Один из наиболее известных случаев применения радиоуглеродного метода — исследование фрагментов Туринской плащаницы, проведённое в 1988 году. Туринская плащаница — христианская реликвия, четырёхметровое льняное полотно, в которое, по преданию, Иосиф из Аримафеи завернул тело Иисуса Христа после его крестных страданий и смерти. Датировки проводились на ускорительных масс-спектрометрах в трёх известнейших лабораториях (в Оксфорде, Цюрихе и Туссоне), получивших сходные результаты: с вероятностью 95 % материал плащаницы был сделан в интервале от 1260 до 1390 года вот это поворот.jpg.

Большую известность приобрёл Тирольский ледяной человек или Эци. Метод радиоуглеродного датирования показал, что Эци жил 3300 — 3000 лет до н. э.

Несмотря на то, что радиоуглеродное датирование уже давно вошло в научную практику и достаточно широко используется, в околонаучных публикациях и в Интернете встречается критика этого метода, ставящая под сомнение правомерность его применения для датирования исторических артефактов (в особенности более позднего периода). Как правило, радиоуглеродный метод критикуется сторонниками креационизма, «Новой хронологии» и других псевдонаучных концепций.