Как происходит датирование с помощью углерода-14?

Радиоуглеродное датирование, или датирование по углероду-14, — это способ определения возраста некоторых археологических артефактов биологического происхождения. Этот метод используется для датирования таких предметов, как кости, ткани и древесина, но как именно он работает?

Ядерный распад

Процесс ядерного распада происходит при взаимодействии космических лучей (заряженных частиц из межзвездного пространства) с атомами в атмосфере Земли. Иногда эти лучи сталкиваются с ядром азота (N-14), в результате чего оно распадается на вторичные частицы, в частности, на энергичные нейтроны.

Энергичный нейтрон, столкнувшись с другим ядром азота-14, может запустить реакцию ядерной трансмутации. В частности, азот-14, имеющий семь протонов и семь нейтронов, может быть превращен в углерод-14 (шесть протонов и восемь нейтронов) и атом водорода (один протон и ноль нейтронов).

Период полураспада 5 700 лет

Атомы углерода-14, образующиеся под действием космических лучей, соединяются с кислородом, образуя углекислый газ. Затем он поглощается живыми организмами, например растениями, в процессе фотосинтеза. Затем животные и человек получают углекислый газ, поедая растения или других животных, которые его потребляли.

Соотношение “нормального” углерода (углерод-12) и углерода-14 в воздухе и во всех живых организмах в любой момент времени практически постоянно. Однако после смерти организм перестает поглощать углерод. В этот момент содержащийся в нем радиоактивный углерод-14 начинает медленно распадаться на стабильный углерод-12, период полураспада которого составляет около 5700 лет.

Более конкретно это означает, что в среднем каждые 5700 лет половина углерода-14, содержащегося в радиоактивном образце, будет распадаться на стабильный углерод-12. Таким образом, измерив соотношение между этими двумя элементами в образце организма или древнего органического материала, можно рассчитать возраст образца в зависимости от уменьшения количества углерода-14 по отношению к углероду-12. В принципе, чем меньше это соотношение, тем старше образец.

Радиоуглеродное датирование особенно полезно для датировки предметов и органических останков возрастом до 50 000 лет. После этого остаточное количество углерода-14 в образце часто настолько мало, что измерительные приборы не могут дать точных результатов. В таких случаях используются другие методы радиометрического датирования.