Радиоуглеродное датирование - Radiocarbon dating

Радиоуглеродное датирование (также называемый углеродное датирование или же углерод-14 датирование) - метод для определение возраста объекта, содержащего органический материал используя свойства радиоуглерод, радиоактивный изотоп углерода.

Метод был разработан в конце 1940-х гг. Чикагский университет к Уиллард Либби, получивший Нобелевская премия по химии за его работу в 1960 году. Он основан на том факте, что радиоуглерод (¹⁴
C) постоянно создается в атмосфере за счет взаимодействия космические лучи с атмосферным азот. Результирующий ¹⁴
C сочетается с атмосферным кислород образовывать радиоактивные углекислый газ, который включается в растения фотосинтез; животные затем приобретают ¹⁴
C поедая растения. Когда животное или растение умирают, они перестают обмениваться углеродом с окружающей средой, и после этого количество ¹⁴
C он начинает уменьшаться по мере того, как ¹⁴
C подвергается радиоактивный распад. Измерение количества ¹⁴
C в образце мертвого растения или животного, таком как кусок дерева или фрагмент кости, предоставляет информацию, которую можно использовать для расчета времени гибели животного или растения. Чем старше образец, тем меньше ¹⁴
C должно быть обнаружено, и поскольку период полураспада из ¹⁴
C (период времени, по истечении которого половина данного образца распадется) составляет около 5730 лет, самые старые даты, которые можно надежно измерить с помощью этого процесса, составляют примерно 50000 лет назад, хотя специальные методы подготовки иногда позволяют проводить точный анализ более старых образцов. возможный.

Исследования продолжаются с 1960-х годов, чтобы определить, какая доля ¹⁴
C в атмосфере находился последние пятьдесят тысяч лет. Полученные данные в виде калибровочной кривой теперь используются для преобразования данного измерения радиоуглерода в образце в оценку календарного возраста образца. Необходимо внести другие поправки, чтобы учесть долю ¹⁴
C в различных типах организмов (фракционирование), а также на различных уровнях ¹⁴
C на протяжении биосфера (пластовые эффекты). Дополнительные сложности возникают из-за сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть, а также из-за наземных ядерных испытаний, проведенных в 1950-х и 1960-х годах. Поскольку время, необходимое для преобразования биологических материалов в ископаемое топливо значительно дольше, чем время, необходимое для его ¹⁴
C распадаться ниже обнаруживаемого уровня ископаемое топливо почти не содержит ¹⁴
C. В результате, начиная с конца XIX века, произошло заметное снижение доли ¹⁴
C поскольку углекислый газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива, начал накапливаться в атмосфере. Наоборот, ядерные испытания увеличил количество ¹⁴
C в атмосфере, которая достигла максимума примерно в 1965 году, почти вдвое больше, чем было в атмосфере до ядерных испытаний.

Изначально измерение радиоуглерода производилось с помощью бета-счетных устройств, которые подсчитывали количество бета-излучение испускается при распаде ¹⁴
C атомов в образце. В последнее время, ускорительная масс-спектрометрия стал методом выбора; он считает все ¹⁴
C атомы в образце, а не только те несколько атомов, которые распадаются во время измерений; поэтому его можно использовать с гораздо меньшими образцами (размером с отдельные семена растений) и получить результаты намного быстрее. Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археология. В дополнение к более точному датированию археологических памятников, чем предыдущие методы, он позволяет сравнивать даты событий на больших расстояниях. Историки археологии часто называют ее влияние «радиоуглеродной революцией». Радиоуглеродное датирование позволило датировать ключевые переходы в предыстории, такие как конец последний ледниковый период, и начало Неолит и Бронзовый век в разных регионах.

Фон

История

В 1939 г. Мартин Камен и Сэмюэл Рубен из Радиационная лаборатория в Беркли начали эксперименты, чтобы определить, имеют ли какие-либо из элементов, обычных в органическом веществе, изотопы с достаточно длительным периодом полураспада, чтобы иметь ценность для биомедицинских исследований. Они синтезировали ¹⁴
C с помощью лабораторного циклотронного ускорителя и вскоре обнаружил, что атомный период полураспада был намного дольше, чем предполагалось ранее.^[1] За этим последовало предсказание Серж А. Корфф, затем работал в Институт Франклина в Филадельфия, что взаимодействие тепловые нейтроны с ¹⁴
N в верхних слоях атмосферы создаст ¹⁴
C.^{[примечание 1]}^[3]^[4] Ранее считалось, что ¹⁴
C с большей вероятностью будет создан дейтроны взаимодействуя с ¹³
C.^[1] Когда-то во время Второй мировой войны Уиллард Либби, который тогда был в Беркли, узнал об исследованиях Корфа и придумал идею, что можно было бы использовать радиоуглерод для датирования.^[3]^[4]

В 1945 году Либби переехала в Чикагский университет где он начал свою работу по радиоуглеродному датированию. В 1946 году он опубликовал статью, в которой предположил, что углерод в живом веществе может включать ¹⁴
C а также нерадиоактивный углерод.^[5]^[6] Либби и несколько сотрудников приступили к экспериментам с метан собранные с очистных сооружений в Балтиморе, и после изотопно обогащающий свои образцы они смогли продемонстрировать, что они содержат ¹⁴
C. Напротив, метан, созданный из нефти, не проявлял радиоуглеродной активности из-за своего возраста. Результаты были обобщены в статье в Наука в 1947 году, когда авторы отметили, что их результаты предполагают возможность датировать материалы, содержащие углерод органического происхождения.^[5]^[7]

Либби и Джеймс Арнольд приступили к проверке теории радиоуглеродного датирования путем анализа образцов с известным возрастом. Например, два образца, взятые из гробниц двух египетских царей, Зосер и Снеферу, независимо датированные 2625 г. до н.э. плюс-минус 75 лет, были датированы радиоуглеродным измерением в среднем 2800 г. до н.э. плюс-минус 250 лет. Эти результаты были опубликованы в Наука в декабре 1949 г.^[8]^[9]^{[заметка 2]} В течение 11 лет после их объявления во всем мире было создано более 20 лабораторий радиоуглеродного датирования.^[11] В 1960 году Либби была награждена Нобелевская премия по химии для этой работы.^[5]

Физико-химические характеристики

В природе, углерод существует как два стабильных, нерадиоактивных изотопы: углерод-12 (¹²
C), и углерод-13 (¹³
C) и радиоактивный изотоп, углерод-14 (¹⁴
C), также известный как «радиоуглерод». Период полураспада ¹⁴
C (время, необходимое для получения половины заданного количества ¹⁴
C к разлагаться ) составляет около 5730 лет, поэтому можно ожидать, что его концентрация в атмосфере уменьшится через тысячи лет, но ¹⁴
C постоянно производится в нижних стратосфера и верхний тропосфера, прежде всего галактическими космические лучи, и в меньшей степени солнечными космическими лучами.^[5]^[12] Эти космические лучи генерируют нейтроны, когда они проходят через атмосферу, которые могут ударить азот-14 (¹⁴
N) атомов и превратить их в ¹⁴
C.^[5] Следующее ядерная реакция это главный путь, по которому ¹⁴
C создано:

п + ¹⁴
₇N
→ ¹⁴
₆C
+ p

где n представляет собой нейтрон а p представляет собой протон.^[13]^[14]^{[заметка 3]}

После производства ¹⁴
C быстро соединяется с кислородом в атмосфере с образованием первого окиси углерода (CO),^[14] и в конечном итоге диоксид углерода (CO
₂).^[15]

¹⁴
C + О
₂ → ¹⁴
CO + O

¹⁴
CO + ОН → ¹⁴
CO
₂ + H

Образовавшийся таким образом углекислый газ диффундирует в атмосферу, растворяется в океане и поглощается растениями через фотосинтез. Животные поедают растения, и в конечном итоге радиоуглерод распределяется по биосфера. Соотношение ¹⁴
C к ¹²
C составляет примерно 1,25 части ¹⁴
C до 10¹² части ¹²
C.^[16] Кроме того, около 1% атомов углерода составляют стабильный изотоп. ¹³
C.^[5]

Уравнение радиоактивного распада ¹⁴
C является:^[17]

¹⁴
₆C
→ ¹⁴
₇N
+
е⁻
+
ν
_е

Испуская бета-частицу ( электрон, е⁻) и электронный антинейтрино (
ν
_е), один из нейтронов в ¹⁴
C ядро превращается в протон и ¹⁴
C ядро превращается в стабильный (нерадиоактивный) изотоп ¹⁴
N.^[18]

Принципы

В течение своей жизни растение или животное находится в равновесии с окружающей средой, обменивая углерод либо с атмосферой, либо через свой рацион. Следовательно, он будет иметь такую же пропорцию ¹⁴
C как атмосфера, или, в случае морских животных или растений, с океаном. Как только он умирает, он перестает приобретать ¹⁴
C, но ¹⁴
C в его биологическом материале в это время будет продолжать разлагаться, и поэтому соотношение ¹⁴
C к ¹²
C в его остатках будет постепенно уменьшаться. Потому что ¹⁴
C распадается с известной скоростью, доля радиоуглерода может быть использована для определения того, сколько времени прошло с тех пор, как данный образец прекратил обмен углерода - чем старше образец, тем меньше ¹⁴
C останется.^[16]

Уравнение, управляющее распадом радиоактивного изотопа:^[5]

{displaystyle N = N_ {0}, e ^ {- лямбда t},}

куда N₀ - количество атомов изотопа в исходном образце (в момент времени т = 0, когда организм, из которого была взята проба, погиб), и N количество атомов, оставшихся после времени т.^[5] λ - константа, которая зависит от конкретного изотопа; для данного изотопа он равен обратной величине подлая жизнь - т.е. среднее или ожидаемое время, в течение которого данный атом выживет до того, как подвергнется радиоактивному распаду.^[5] Средняя продолжительность жизни, обозначаемая τ, из ¹⁴
C 8 267 лет,^{[примечание 4]} поэтому приведенное выше уравнение можно переписать как:^[20]

{displaystyle t = ln (N_ {0} / N) cdot {ext {8267 лет}}}

Предполагается, что образец изначально имел такой же ¹⁴
C/¹²
C отношение как отношение в атмосфере, и поскольку размер образца известен, общее количество атомов в образце может быть вычислено, давая N₀, количество ¹⁴
C атомов в исходном образце. Измерение N, количество ¹⁴
C атомов, находящихся в настоящее время в образце, позволяет рассчитать т, возраст выборки, используя приведенное выше уравнение.^[16]

Период полураспада радиоактивного изотопа (обычно обозначается t_1/2) является более знакомым понятием, чем средний срок службы, поэтому, хотя приведенные выше уравнения выражены в терминах среднего срока службы, более принято указывать значение ¹⁴
Cпериод полураспада, чем его средний срок службы. В настоящее время принятое значение периода полураспада ¹⁴
C составляет 5730 ± 40 лет.^[5] Это означает, что через 5730 лет только половина первоначального ¹⁴
C останется; четверть останется через 11 460 лет; восьмой после 17 190 лет; и так далее.

Приведенные выше расчеты основаны на нескольких предположениях, например о том, что уровень ¹⁴
C в атмосфере остается неизменным с течением времени.^[5] Фактически, уровень ¹⁴
C в атмосфере значительно изменилась, и в результате значения, полученные в приведенном выше уравнении, должны быть скорректированы с использованием данных из других источников.^[21] Это делается с помощью калибровочных кривых (обсуждаемых ниже), которые преобразуют измерение ¹⁴
C в выборке в предполагаемый календарный возраст. Расчеты включают несколько этапов и включают промежуточное значение, называемое «радиоуглеродным возрастом», который представляет собой возраст образца в «радиоуглеродных годах»: возраст, указанный в радиоуглеродных годах, означает, что калибровочная кривая не использовалась - расчеты для радиоуглеродных лет предположим, что атмосферный ¹⁴
C/¹²
C соотношение не изменилось со временем.^[22]^[23]

Расчет возраста радиоуглерода также требует значения периода полураспада для ¹⁴
C. В статье Либби 1949 года он использовал значение 5720 ± 47 лет, основанное на исследовании Engelkemeir et al.^[24] Это было очень близко к современному значению, но вскоре после этого принятое значение было пересмотрено до 5568 ± 30 лет,^[25] и это значение использовалось более десяти лет. Он был снова пересмотрен в начале 1960-х годов до 5730 ± 40 лет.^[26]^[27] это означало, что многие рассчитанные даты в статьях, опубликованных до этого, были неверными (ошибка в периоде полураспада составляет около 3%).^{[примечание 5]} Для согласования с этими ранними работами на радиоуглеродной конференции 1962 года в Кембридже (Великобритания) было решено использовать «период полураспада Либби», равный 5568 годам. Возраст радиоуглерода по-прежнему рассчитывается с использованием этого периода полураспада и известен как «условный возраст радиоуглерода». Поскольку калибровочная кривая (IntCal) также сообщает прошлые атмосферные ¹⁴
C концентрации с использованием этого условного возраста, любой условный возраст, калиброванный по кривой IntCal, даст правильный калиброванный возраст. Когда указывается дата, читатель должен знать, что если это некалиброванная дата (термин, используемый для дат, указанных в радиоуглеродных годах), она может существенно отличаться от наилучшей оценки фактической календарной даты, поскольку в ней используется неверное значение. на период полураспада ¹⁴
C, и поскольку никакая поправка (калибровка) не применялась к исторической вариации ¹⁴
C в атмосфере с течением времени.^[22]^[23]^[29]^{[примечание 6]}

Резервуар обмена углерода

Упрощенная версия резервуара обмена углерода, показывающая пропорции углерода и относительную активность ¹⁴
C в каждом резервуаре^[5]^{[примечание 7]}

Углерод распространяется в атмосфере, биосфере и океанах; их вместе называют резервуаром обмена углерода,^[32] и каждый компонент также упоминается отдельно как резервуар обмена углерода. Различные элементы резервуара обмена углерода различаются по тому, сколько углерода они хранят, и по тому, сколько времени требуется для ¹⁴
C генерируются космическими лучами, чтобы полностью смешаться с ними. Это влияет на соотношение ¹⁴
C к ¹²
C в различных резервуарах, и, следовательно, радиоуглеродный возраст образцов, взятых из каждого резервуара.^[5] Атмосфера, в которой ¹⁴
C генерируется, содержит около 1,9% всего углерода в коллекторах, а ¹⁴
C он содержит смеси менее чем за семь лет.^[33] Соотношение ¹⁴
C к ¹²
C в атмосфере принимается в качестве базовой линии для других резервуаров: если другой резервуар имеет более низкий коэффициент ¹⁴
C к ¹²
C, это указывает на то, что углерод старше и, следовательно, что либо некоторые из ¹⁴
C распался, или резервуар получает углерод, не соответствующий атмосферному фону.^[21] Поверхность океана является примером: она содержит 2,4% углерода в обменном резервуаре, но его только около 95%. ¹⁴
C как и следовало ожидать, если бы соотношение было таким же, как в атмосфере.^[5] Время, необходимое для того, чтобы углерод из атмосферы смешался с поверхностью океана, составляет всего несколько лет,^[34] но поверхностные воды также получают воду из глубин океана, в резервуаре которого содержится более 90% углерода.^[21] Вода в глубоком океане циркулирует обратно через поверхностные воды примерно через 1000 лет, поэтому поверхностные воды содержат комбинацию более старой воды с истощенными. ¹⁴
C, и вода недавно на поверхности, с ¹⁴
C в равновесии с атмосферой.^[21]

У существ, обитающих на поверхности океана, такое же ¹⁴
C соотношений воды, в которой они живут, и в результате уменьшенного ¹⁴
C/¹²
C Соответственно, радиоуглеродный возраст морской жизни обычно составляет около 400 лет.^[35]^[36] Организмы на суше находятся в более близком равновесии с атмосферой и имеют такие же ¹⁴
C/¹²
C соотношение как атмосфера.^[5]^{[примечание 8]} Эти организмы содержат около 1,3% углерода в резервуаре; морские организмы имеют массу менее 1% от наземных и не показаны на диаграмме. Накопленное мертвое органическое вещество как растений, так и животных превышает массу биосферы почти в 3 раза, и, поскольку это вещество больше не обменивается углеродом с окружающей средой, оно имеет ¹⁴
C/¹²
C соотношение ниже, чем у биосферы.^[5]

Соображения по поводу свиданий

Вариация в ¹⁴
C/¹²
C соотношение в различных частях резервуара обмена углерода означает, что простой расчет возраста образца на основе количества ¹⁴
C он содержит часто дает неверный результат. Есть несколько других возможных источников ошибок, которые необходимо учитывать. Ошибки бывают четырех основных типов:

вариации в ¹⁴
C/¹²
C соотношение в атмосфере, как географически, так и во времени;
изотопное фракционирование;
вариации в ¹⁴
C/¹²
C соотношение в разных частях водоема;
загрязнение.

Атмосферное изменение

Атмосферный ¹⁴
C для северного и южного полушарий, показывая процентное превышение над уровнями до бомбежки. В Договор о частичном запрещении испытаний вступил в силу 10 октября 1963 г.^[37]

В первые годы использования этого метода было понятно, что он зависит от атмосферного ¹⁴
C/¹²
C соотношение оставалось неизменным за предыдущие несколько тысяч лет. Чтобы проверить точность метода, были протестированы несколько артефактов, которые можно датировать другими методами; результаты испытаний разумно согласуются с истинным возрастом объектов. Однако со временем начали появляться расхождения между известной хронологией древнейших египетских династий и радиоуглеродными датами египетских артефактов. Ни существующую ранее египетскую хронологию, ни новый метод радиоуглеродного датирования нельзя было считать точным, но третья возможность заключалась в том, что ¹⁴
C/¹²
C соотношение изменилось со временем. Вопрос был решен изучение годичных колец:^[38]^[39]^[40] сравнение перекрывающихся серий годичных колец позволило построить непрерывную последовательность данных годичных колец, охватывающую 8000 лет.^[38] (С тех пор ряд данных по годичным кольцам увеличился до 13 900 лет.)^[29] В 1960-е гг. Ганс Зюсс смог использовать последовательность годичных колец, чтобы показать, что даты, полученные с помощью радиоуглерода, согласуются с датами, назначенными египтологами. Это стало возможным, потому что, хотя однолетние растения, такие как кукуруза, имеют ¹⁴
C/¹²
C соотношение, которое отражает соотношение атмосферы в то время, когда они росли, деревья добавляют материал только к своему внешнему кольцу дерева в любой год, в то время как внутренние годичные кольца не получают своего ¹⁴
C пополняется и вместо этого начинает терять ¹⁴
C через распад. Следовательно, каждое кольцо сохраняет запись атмосферного ¹⁴
C/¹²
C год, в котором она росла. Углеродное датирование древесины по самим годичным кольцам обеспечивает необходимую проверку атмосферных ¹⁴
C/¹²
C соотношение: с выборкой известной даты и измерением стоимости N (количество атомов ¹⁴
C остающийся в образце) уравнение углеродного датирования позволяет рассчитать N₀ - количество атомов ¹⁴
C в образце во время формирования годичного кольца - и, следовательно, ¹⁴
C/¹²
C соотношение в атмосфере в то время.^[38]^[40] Используя результаты углеродного датирования годичных колец, стало возможным построить калибровочные кривые, предназначенные для исправления ошибок, вызванных изменением во времени ¹⁴
C/¹²
C соотношение.^[41] Эти кривые описаны более подробно. ниже.

Уголь и нефть начали сжигать в больших количествах в 19 веке. Оба достаточно стары, поэтому в них мало или вообще не обнаруживается ¹⁴
C и, как следствие, CO
₂ высвобожден существенно разбавил атмосферный ¹⁴
C/¹²
C соотношение. Таким образом, датировка объекта началом 20 века дает кажущуюся дату старше истинной. По той же причине, ¹⁴
C концентрации в окрестностях крупных городов ниже, чем в среднем в атмосфере. Этот эффект ископаемого топлива (также известный как эффект Зюсса по имени Ханса Зюсса, который впервые сообщил о нем в 1955 году) приведет только к сокращению выбросов на 0,2%. ¹⁴
C активности, если бы дополнительный углерод от ископаемого топлива был распределен по резервуару углеродообмена, но из-за длительной задержки смешивания с глубинами океана фактический эффект снизился бы на 3%.^[38]^[42]

Гораздо больший эффект дают наземные ядерные испытания, в результате которых в атмосферу выбрасывается большое количество нейтронов, что приводит к созданию ¹⁴
C. Примерно с 1950 по 1963 год, когда были запрещены ядерные испытания в атмосфере, по оценкам, несколько тонн ¹⁴
C были созданы. Если все это лишнее ¹⁴
C немедленно распространилась по всему резервуару обмена углерода, это привело бы к увеличению ¹⁴
C/¹²
C всего несколько процентов, но немедленным эффектом было почти удвоение количества ¹⁴
C в атмосфере, причем пик уровня пришелся на 1964 г. для северного полушария и в 1966 г. для южного полушария. Уровень с тех пор упал, так как это импульс бомбы или «бомбовый углерод» (как его иногда называют) просачивается в остальную часть резервуара.^[38]^[42]^[43]^[37]

Изотопное фракционирование

Фотосинтез - это основной процесс перемещения углерода из атмосферы в живые существа. В путях фотосинтеза ¹²
C всасывается немного легче, чем ¹³
C, который, в свою очередь, легче всасывается, чем ¹⁴
C. Дифференциальное поглощение трех изотопов углерода приводит к ¹³
C/¹²
C и ¹⁴
C/¹²
C соотношения в растениях, которые отличаются от соотношений в атмосфере. Этот эффект известен как изотопное фракционирование.^[44]^[45]

Чтобы определить степень фракционирования, которая имеет место на данном заводе, количество обоих ¹²
C и ¹³
C изотопы измеряются, и в результате ¹³
C/¹²
C Затем соотношение сравнивается со стандартным соотношением, известным как PDB.^{[примечание 9]} В ¹³
C/¹²
C соотношение используется вместо ¹⁴
C/¹²
C потому что первое гораздо легче измерить, а второе легко вывести: истощение ¹³
C относительно ¹²
C пропорциональна разнице атомных масс двух изотопов, поэтому обеднение для ¹⁴
C вдвое больше истощения ¹³
C.^[21] Фракционирование ¹³
C, известный как $δ$ ¹³C, рассчитывается следующим образом:^[44]

{displaystyle delta {ce {^ {13} C}} = left ({frac {left ({frac {{ce {^ {13} C}}} {{ce {^ {12} C}}}} ight) _ {sample}} {left ({frac {{ce {^ {13} C}}} {{ce {^ {12} C}}}} ight) _ {standard}}} - 1ight) imes 1000}

‰

где знак указывает частей на тысячу.^[44] Поскольку стандарт PDB содержит необычно высокую долю ¹³
C,^{[примечание 10]} самый размеренный $δ$ ¹³C значения отрицательные.

Овцы Северной Роналдсей на пляже в North Ronaldsay. Зимой эти овцы питаются водорослями, у которых выше

δ

¹³C содержание, чем трава; образцы от этих овец имеют

δ

¹³C значение около -13 ‰, что намного выше, чем у овец, питающихся травами.^[44]

Материал	Типичный $δ$ ¹³C классифицировать
PDB	0‰
Морской планктон	От −22 ‰ до −17 ‰^[45]
C3 растения	От −30 ‰ до −22 ‰^[45]
C4 растения	От −15 ‰ до −9 ‰^[45]
Атмосферный CO ₂	−8‰^[44]
морской CO ₂	От −32 ‰ до −13 ‰^[45]

Для морских организмов детали реакций фотосинтеза менее понятны, и $δ$ ¹³C значения для морских фотосинтезирующих организмов зависят от температуры. При более высоких температурах CO
₂ плохо растворяется в воде, а значит, меньше CO
₂ доступен для фотосинтетических реакций. В этих условиях фракционирование снижается, а при температурах выше 14 ° C $δ$ ¹³C значения соответственно выше, а при более низких температурах CO
₂ становится более растворимым и, следовательно, более доступным для морских организмов.^[45] В $δ$ ¹³C ценность для животных зависит от их рациона. Животное, которое ест пищу с высоким $δ$ ¹³C значения будут выше $δ$ ¹³C чем тот, кто ест пищу с более низким $δ$ ¹³C значения.^[44] Собственные биохимические процессы животного также могут повлиять на результаты: например, костные минералы и костный коллаген обычно имеют более высокую концентрацию ¹³
C чем содержится в рационе животного, хотя и по другим биохимическим причинам. Обогащение кости ¹³
C также означает, что выделяемый материал обедняется ¹³
C относительно диеты.^[48]

С ¹³
C составляет около 1% углерода в образце, ¹³
C/¹²
C соотношение может быть точно измерено масс-спектрометрии.^[21] Типичные значения $δ$ ¹³C были обнаружены экспериментально для многих растений, а также для различных частей животных, таких как кости коллаген, но при датировании данного образца лучше определить $δ$ ¹³C значение для этого образца напрямую, чем полагаться на опубликованные значения.^[44]

Обмен углерода между атмосферными CO
₂ и карбонаты на поверхности океана также подлежат фракционированию, при этом ¹⁴
C в атмосфере более вероятно, чем ¹²
C раствориться в океане. В результате общее увеличение ¹⁴
C/¹²
C соотношение в океане 1,5%, относительно ¹⁴
C/¹²
C соотношение в атмосфере. Это увеличение ¹⁴
C концентрация почти полностью компенсирует уменьшение, вызванное подъемом воды (содержащей старую и, следовательно, ¹⁴
C обедненный углерод) из глубин океана, так что прямые измерения ¹⁴
C радиация аналогична измерениям для остальной биосферы. Поправка на изотопное фракционирование, как это делается для всех радиоуглеродных дат, позволяет сравнивать результаты, полученные в разных частях биосферы, дает кажущийся возраст поверхностных вод океана около 400 лет.^[21]^[36]

Пластовые эффекты

Исходная гипотеза Либби предполагала, что ¹⁴
C/¹²
C соотношение в обменном резервуаре постоянно во всем мире,^[49] но с тех пор было обнаружено, что существует несколько причин изменения соотношения в пласте.^[35]

Морской эффект

В морской эффект: The CO
₂ в атмосфере переходит в океан, растворяясь в поверхностных водах в виде ионов карбоната и бикарбоната; в то же время ионы карбоната в воде возвращаются в воздух в виде CO
₂.^[49] Этот процесс обмена приносит¹⁴
C из атмосферы в поверхностные воды океана, но ¹⁴
C таким образом введенный, занимает много времени, чтобы просочиться через весь объем океана. Самые глубокие части океана очень медленно смешиваются с поверхностными водами, причем перемешивание происходит неравномерно. Основным механизмом, выводящим глубокую воду на поверхность, является апвеллинг, который чаще встречается в регионах, расположенных ближе к экватору. На апвеллинг также влияют такие факторы, как топография дна местного океана и береговой линии, климат и характер ветра. В целом смешение глубинных и поверхностных вод занимает гораздо больше времени, чем смешение атмосферных вод. CO
₂ с поверхностными водами, и в результате вода из некоторых глубоководных районов океана имеет очевидный радиоуглеродный возраст в несколько тысяч лет. Апвеллинг смешивает эту "старую" воду с поверхностной водой, придавая поверхностной воде кажущийся возраст около нескольких сотен лет (после поправки на фракционирование).^[35] Этот эффект неоднороден - средний эффект составляет около 400 лет, но есть локальные отклонения в несколько сотен лет для территорий, географически близких друг к другу.^[35]^[36] Эти отклонения могут быть учтены при калибровке, и пользователи программного обеспечения, такого как CALIB, могут предоставить в качестве входных данных соответствующую поправку для местоположения своих образцов.^[15] Этот эффект также применяется к морским организмам, таким как ракушки, и морским млекопитающим, таким как киты и тюлени, радиоуглеродный возраст которых составляет сотни лет.^[35]

Эффект полушария

Северное и южное полушария имеют атмосферная циркуляция системы, которые достаточно независимы друг от друга, так что между ними существует заметная задержка по времени. Атмосферный ¹⁴
C/¹²
C это соотношение ниже в южном полушарии с очевидным дополнительным возрастом около 40 лет для радиоуглеродных результатов с юга по сравнению с севером.^{[примечание 11]} Это связано с тем, что большая площадь поверхности океана в южном полушарии означает, что между океаном и атмосферой происходит больший обмен углерода, чем на севере. Поскольку поверхность океана обеднена ¹⁴
C из-за морского эффекта, ¹⁴
C удаляется из южной атмосферы быстрее, чем из северной.^[35]^[50] Эффект усиливается за счет сильного апвеллинга вокруг Антарктиды.^[12]

Прочие эффекты

Если углерод в пресной воде частично поступает из состаренного углерода, например из горных пород, то результатом будет сокращение ¹⁴
C/¹²
C соотношение в воде. Например, реки, которые проходят через известняк, который в основном состоит из карбонат кальция, приобретет карбонат-ионы. Точно так же грунтовые воды могут содержать углерод, полученный из горных пород, через которые они прошли. Эти породы обычно настолько стары, что больше не содержат каких-либо измеримых ¹⁴
C, поэтому этот углерод снижает ¹⁴
C/¹²
C соотношение воды, в которую она входит, что может привести к кажущемуся возрасту в тысячи лет как для загрязненной воды, так и для растений и пресноводных организмов, которые в ней живут.^[21] Это известно как жесткая вода эффект, потому что он часто связан с ионами кальция, которые характерны для жесткой воды; другие источники углерода, такие как перегной могут дать аналогичные результаты, а также могут уменьшить кажущийся возраст, если они более позднего происхождения, чем образец.^[35] Эффект сильно варьируется, и нет общего смещения, которое можно применить; Для определения размера смещения обычно необходимы дополнительные исследования, например, путем сравнения радиоуглеродного возраста отложившихся пресноводных раковин с соответствующим органическим материалом.^[51]

Извержения вулканов выбрасывать в воздух большое количество углерода. Углерод имеет геологическое происхождение и не обнаруживается. ¹⁴
C, Итак ¹⁴
C/¹²
C соотношение в окрестностях вулкана понижено по сравнению с прилегающими территориями. Спящие вулканы также могут выделять старый углерод. У растений, которые фотосинтезируют этот углерод, также меньше ¹⁴
C/¹²
C соотношения: например, растения по соседству Фурнаш кальдера в Азорские острова было установлено, что их возраст варьировался от 250 до 3320 лет.^[52]

Загрязнение

Любое добавление углерода к образцу другого возраста приведет к неточности измеренной даты. Загрязнение современным углеродом приводит к тому, что образец кажется моложе, чем он есть на самом деле: эффект больше для более старых образцов. Если образец возрастом 17 000 лет загрязнен так, что 1% образца составляет современный углерод, он будет выглядеть на 600 лет моложе; для образца возрастом 34 000 лет такое же количество загрязнения вызовет ошибку в 4 000 лет. Загрязнение старым углеродом, без остатка ¹⁴
C, вызывает ошибку в другом направлении, независимо от возраста - образец, загрязненный 1% старого углерода, окажется примерно на 80 лет старше, чем он есть на самом деле, независимо от даты отбора.^[53]

Образцы

Образцы для датирования необходимо преобразовать в форму, подходящую для измерения ¹⁴
C содержание; это может означать преобразование в газообразную, жидкую или твердую форму, в зависимости от используемой методики измерения. Прежде чем это можно будет сделать, образец необходимо обработать, чтобы удалить все загрязнения и любые нежелательные составляющие.^[54] Это включает удаление видимых загрязнений, таких как корешки, которые могли проникнуть в образец с момента его захоронения.^[54] Для удаления гуминовой кислоты и карбонатов можно использовать щелочные и кислотные промывки, но следует соблюдать осторожность, чтобы избежать удаления части образца, содержащей проверяемый углерод.^[55]

Существенные соображения

Обычно перед испытанием образец древесины сокращают до целлюлозного компонента, но поскольку это может уменьшить объем образца до 20% от его первоначального размера, часто также проводится испытание всей древесины. Древесный уголь часто проверяется, но, вероятно, потребуется обработка для удаления загрязняющих веществ.^[54]^[55]
Можно проверить несгоревшую кость; обычно датировать его, используя коллаген, белковая фракция, которая остается после вымывания структурного материала кости. Гидроксипролин, одна из составляющих аминокислот в кости, когда-то считалась надежным индикатором, поскольку не было известно, что она встречается, кроме как в кости, но с тех пор она была обнаружена в грунтовых водах.^[54]
Тестируемость обожженной кости зависит от условий, в которых кость была сожжена. Если кость нагревается под восстанавливающие условия, он (и связанные с ним органические вещества) могли быть карбонизированы. В этом случае образец часто можно использовать.^[54]
Раковины морских и наземных организмов почти полностью состоят из карбоната кальция, либо как арагонит или как кальцит, или какая-то их смесь. Карбонат кальция очень подвержен растворению и перекристаллизации; перекристаллизованный материал будет содержать углерод из окружающей среды образца, который может иметь геологическое происхождение. Если испытания рекристаллизованной оболочки неизбежны, иногда можно идентифицировать исходный материал оболочки из последовательности испытаний.^[56] Также можно протестировать конхиолин, органический белок, содержащийся в оболочке, но он составляет только 1-2% материала оболочки.^[55]
Три основных компонента торфа - это гуминовая кислота, гумины, и фульвокислота. Из них гумины дают наиболее надежную дату, поскольку они нерастворимы в щелочах и с меньшей вероятностью содержат загрязняющие вещества из окружающей среды образца.^[55] Особая трудность с сухим торфом - удаление корешков, которые, вероятно, будет трудно отличить от материала пробы.^[54]
Почва содержит органический материал, но из-за вероятности загрязнения гуминовой кислотой более позднего происхождения очень трудно получить удовлетворительные радиоуглеродные данные. Предпочтительно просеивать почву на предмет фрагментов органического происхождения и датировать фрагменты методами, устойчивыми к небольшим размерам образцов.^[55]
Другие материалы, которые были успешно датированы, включают слоновую кость, бумагу, текстиль, отдельные семена и зерна, солому из глиняных кирпичей и обугленные остатки пищи, найденные в керамике.^[55]

Подготовка и размер

В частности, для более старых образцов может быть полезно увеличить количество ¹⁴
C в образце перед тестированием. Это можно сделать с помощью термодиффузионной колонки. Процесс занимает около месяца и требует образца примерно в десять раз больше, чем потребовалось бы в противном случае, но он позволяет более точно измерить ¹⁴
C/¹²
C соотношение в старом материале и увеличивает максимальный возраст, о котором можно достоверно сообщить.^[57]

После удаления загрязнения образцы необходимо преобразовать в форму, подходящую для используемой технологии измерения.^[58] Если требуется газ, CO
₂ широко используется.^[58]^[59] Для образцов, которые будут использоваться в жидкостные сцинтилляционные счетчики, углерод должен быть в жидкой форме; образец обычно преобразуется в бензол. За ускорительная масс-спектрометрия, твердые графитовые мишени являются наиболее распространенными, хотя и газообразными CO
₂ также можно использовать.^[58]^[60]

Количество материала, необходимого для тестирования, зависит от типа образца и используемой технологии. Существует два типа технологий тестирования: детекторы, регистрирующие радиоактивность, известные как бета-счетчики, и масс-спектрометры с ускорителями. Для бета-счетчиков обычно требуется образец весом не менее 10 граммов (0,35 унции).^[58] Ускорительная масс-спектрометрия намного более чувствительна, и можно использовать образцы, содержащие всего 0,5 миллиграмма углерода.^[61]

Измерение и результаты

Измерение ¹⁴
C в настоящее время чаще всего выполняется с помощью масс-спектрометра ускорителя.

Спустя десятилетия после того, как Либби провела первые эксперименты по радиоуглеродному датированию, единственный способ измерить ¹⁴
C в образце было обнаружено радиоактивный распад отдельных атомов углерода.^[58] При таком подходе измеряется активность образца в количестве событий распада на единицу массы за период времени.^[59] Этот метод также известен как «бета-счет», потому что это бета-частицы, испускаемые распадающимися ¹⁴
C обнаруженные атомы.^[62] В конце 1970-х годов стал доступен альтернативный подход: прямой подсчет количества ¹⁴
C и ¹²
C атомов в данном образце с помощью масс-спектрометрии на ускорителе, обычно называемой AMS.^[58] AMS считает ¹⁴
C/¹²
C соотношение непосредственно, вместо активности образца, но измерения активности и ¹⁴
C/¹²
C соотношение может быть преобразовано друг в друга точно.^[59] Некоторое время методы бета-подсчета были более точными, чем AMS, но теперь AMS более точен и стал предпочтительным методом для измерения радиоуглерода.^[63]^[64] Помимо улучшенной точности, AMS имеет еще два значительных преимущества по сравнению с бета-счетом: он может выполнять точное тестирование на образцах, слишком малых для бета-подсчета, и это намного быстрее - точность 1% может быть достигнута за считанные минуты с помощью AMS, что намного быстрее, чем это было бы возможно с помощью более старых технологий.^[65]

Бета-подсчет

Первым детектором Либби был счетчик Гейгера собственного дизайна. Он превратил углерод в своем образце в ламповую сажу (сажу) и покрыл ею внутреннюю поверхность цилиндра. Этот цилиндр вставляли в счетчик таким образом, чтобы счетная проволока находилась внутри цилиндра с образцом, чтобы между образцом и проволокой не было материала.^[58] Любой промежуточный материал помешал бы обнаружению радиоактивности, так как бета-частицы, испускаемые распадом ¹⁴
C настолько слабы, что половина их останавливается алюминием толщиной 0,01 мм.^[59]

Метод Либби вскоре был вытеснен газом. пропорциональные счетчики, которые меньше подвержены влиянию углерода бомбы (дополнительная ¹⁴
C созданный в результате испытаний ядерного оружия). Эти счетчики регистрируют всплески ионизации, вызванные бета-частицами, испускаемыми распадающимися ¹⁴
C атомы; всплески пропорциональны энергии частицы, поэтому другие источники ионизации, такие как фоновое излучение, можно идентифицировать и игнорировать. Счетчики окружены свинцовым или стальным экраном для устранения фонового излучения и уменьшения падения космических лучей. Кроме того, антисовпадение используются детекторы; эти записывают события вне счетчика, и любое событие, записанное одновременно внутри и вне счетчика, рассматривается как постороннее событие и игнорируется.^[59]

Другая распространенная технология, используемая для измерения ¹⁴
C деятельность - жидкостный сцинтилляционный счет, который был изобретен в 1950 году, но ему пришлось подождать до начала 1960-х годов, когда были разработаны эффективные методы синтеза бензола, чтобы стать конкурентоспособным с газовым счетом; после 1970 г. жидкостные счетчики стали более распространенным технологическим выбором для вновь построенных лабораторий для датирования. Счетчики работают, обнаруживая вспышки света, вызванные бета-частицами, испускаемыми ¹⁴
C поскольку они взаимодействуют с флуоресцентным агентом, добавленным к бензолу. Подобно газовым счетчикам, жидкостным сцинтилляционным счетчикам необходимы счетчики защиты и антисовпадений.^[66]^[67]

Как для газового пропорционального счетчика, так и для жидкостного сцинтилляционного счетчика измеряется количество бета-частиц, обнаруженных за данный период времени. Поскольку масса образца известна, ее можно преобразовать в стандартную меру активности в единицах количества импульсов в минуту на грамм углерода (имп / мин / г C) или беккерели на кг (Бк / кг C, дюйм Единицы СИ ). Каждое измерительное устройство также используется для измерения активности холостого образца - образца, приготовленного из углерода, достаточно старого, чтобы не иметь активности. Это дает значение радиационного фона, которое необходимо вычесть из измеренной активности пробы, которую нужно датировать, чтобы получить активность, относящуюся исключительно к этой пробе. ¹⁴
C. Кроме того, измеряется образец со стандартной активностью, чтобы обеспечить базовый уровень для сравнения.^[68]

Ускорительная масс-спектрометрия

Упрощенная схематическая компоновка ускорительного масс-спектрометра, используемого для подсчета изотопов углерода для датирования углерода

AMS считает атомы ¹⁴
C и ¹²
C в данном образце, определяя ¹⁴
C/¹²
C соотношение напрямую. Образец, часто в виде графита, испускает C⁻ ионы (атомы углерода с одним отрицательным зарядом), которые вводятся в ускоритель. Ионы ускоряются и проходят через стриппер, который удаляет несколько электронов, так что ионы появляются с положительным зарядом. Ионы, которые могут иметь от 1 до 4 положительных зарядов (C⁺ в C⁴⁺), в зависимости от конструкции ускорителя, затем проходят через магнит, искривляющий их путь; более тяжелые ионы изогнуты меньше, чем более легкие, поэтому разные изотопы появляются как отдельные потоки ионов. Затем детектор частиц регистрирует количество ионов, обнаруженных в ¹⁴
C поток, но поскольку объем ¹²
C (и ¹³
C, необходим для калибровки) слишком велик для обнаружения отдельных ионов, счет определяется путем измерения электрического тока, создаваемого в Кубок фарадея.^[69] Большой положительный заряд, индуцированный стриппером, вынуждает такие молекулы, как ¹³
CH, вес которого достаточно близок к ¹⁴
C мешать измерениям, диссоциировать, чтобы они не обнаруживались.^[70] Большинство машин AMS также измеряют $δ$ ¹³C, для использования при расчете радиоуглеродного возраста образца.^[71] Использование AMS, в отличие от более простых форм масс-спектрометрии, необходимо из-за необходимости отличать изотопы углерода от других атомов или молекул, которые очень близки по массе, таких как ¹⁴
N и ¹³
CH.^[58] Как и при бета-подсчете, используются как холостые, так и стандартные образцы.^[69] Могут быть измерены два разных типа заготовки: образец мертвого углерода, который не подвергался химической обработке, для обнаружения любого фона машины, и образец, известный как технологический холостой, сделанный из мертвого углерода, который точно таким же образом перерабатывается в целевой материал. как образец, который датируется. Любой ¹⁴
C сигнал от фоновой заготовки машины может быть вызван либо пучками ионов, которые не прошли ожидаемый путь внутри детектора, либо гидридами углерода, такими как ¹²
CH
₂ или же ¹³
CH. А ¹⁴
C сигнал от технологического бланка измеряет количество загрязнения, внесенного во время подготовки пробы. Эти измерения используются в последующем вычислении возраста образца.^[72]

Расчеты

Расчеты, которые необходимо выполнить на основе выполненных измерений, зависят от используемой технологии, поскольку бета-счетчики измеряют радиоактивность образца, а AMS определяет соотношение трех различных изотопов углерода в образце.^[72]

Чтобы определить возраст образца, активность которого была измерена с помощью бета-подсчета, необходимо найти отношение его активности к активности стандарта. Чтобы определить это, измеряется холостой образец (старого или мертвого углерода), а также образец с известной активностью. Дополнительные образцы позволяют обнаруживать и исправлять такие ошибки, как фоновое излучение и систематические ошибки в лабораторных установках.^[68] Наиболее распространенным стандартным материалом пробы является щавелевая кислота, такая как стандарт HOxII, 1000 фунтов которой было приготовлено Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в 1977 г. из урожая французской свеклы.^[73]^[74]

Результаты тестирования AMS представлены в виде соотношений ¹²
C, ¹³
C, и ¹⁴
C, которые используются для расчета Fm, «современной фракции». Это определяется как соотношение между ¹⁴
C/¹²
C соотношение в образце и ¹⁴
C/¹²
C соотношение в современном углероде, которое, в свою очередь, определяется как ¹⁴
C/¹²
C соотношение, которое можно было бы измерить в 1950 году, если бы не было эффекта ископаемого топлива.^[72]

И бета-подсчет, и результаты AMS должны быть скорректированы для фракционирования. Это необходимо, потому что разные материалы одного возраста, которые из-за фракционирования естественно имеют разные ¹⁴
C/¹²
C отношения, окажется, что они разного возраста, потому что ¹⁴
C/¹²
C Коэффициент принимается за показатель возраста. Чтобы избежать этого, все измерения радиоуглерода преобразуются в измерения, которые можно было бы увидеть, если бы образец был сделан из дерева, имеющего известную величину δ¹³
C значение −25 ‰.^[22]

После исправления ¹⁴
C/¹²
C соотношение известно, "радиоуглеродный возраст" рассчитывается с использованием:^[75]

{displaystyle {ext {Age}} = - 8033cdot ln (Fm)}

В расчетах используется 8 033, среднее время жизни, полученное из периода полураспада Либби в 5 568 лет, а не 8 267, среднее время жизни, полученное из более точного современного значения 5730 лет. Значение периода полураспада Либби используется для поддержания согласованности с ранними результатами испытаний на радиоуглерод; Калибровочные кривые включают поправку на это, поэтому точность окончательного календарного возраста гарантирована.^[75]

Ошибки и надежность

Достоверность результатов можно повысить, увеличив время тестирования. Например, если подсчета бета-распадов в течение 250 минут достаточно, чтобы дать ошибку ± 80 лет с достоверностью 68%, то удвоение времени счета до 500 минут позволит получить образец только с половиной меньшего ¹⁴
C должны быть измерены с тем же сроком погрешности 80 лет.^[76]

Радиоуглеродное датирование обычно ограничивается датировкой образцов возрастом не более 50 000 лет, так как более старые образцы имеют недостаточный ¹⁴
C быть измеримым. Более старые даты были получены с использованием специальных методов подготовки образцов, больших образцов и очень длительного времени измерения. Эти методы позволяют измерять даты до 60 000, а в некоторых случаях до 75 000 лет до настоящего времени.^[63]

Радиоуглеродные даты обычно представлены в диапазоне от одного стандартное отклонение (обычно обозначается греческой буквой сигма как 1σ) по обе стороны от среднего. Однако диапазон дат 1σ представляет собой только 68% -ный уровень достоверности, поэтому истинный возраст измеряемого объекта может выходить за пределы указанного диапазона дат. Это было продемонстрировано в 1970 году экспериментом, проведенным радиоуглеродной лабораторией Британского музея, в котором еженедельные измерения проводились на одном и том же образце в течение шести месяцев. Результаты сильно различались (хотя и соответствовали нормальное распределение ошибок в измерениях) и включал несколько диапазонов дат (с достоверностью 1σ), которые не пересекались друг с другом. Измерения включали одно с диапазоном от примерно 4250 до примерно 4390 лет назад, а другое с диапазоном от примерно 4520 до примерно 4690.^[77]

Ошибки в процедуре также могут привести к ошибкам в результатах. Если 1% бензола в современном эталонном образце случайно испарится, сцинтилляционный счет даст радиоуглеродный возраст, который будет меньше примерно на 80 лет.^[78]

Калибровка

Пень очень старой сосны щетинистой. Годовые кольца этих деревьев (среди прочих) используются при построении калибровочных кривых.

Приведенные выше расчеты производят даты в радиоуглеродных годах: т.е. даты, которые представляют возраст, в котором была бы выборка, если бы ¹⁴
C/¹²
C соотношение исторически было постоянным.^[79] Хотя Либби еще в 1955 году указала на возможность того, что это предположение было неверным, только после того, как начали накапливаться расхождения между измеренными возрастами и известными историческими датами для артефактов, стало ясно, что к возрасту радиоуглерода необходимо внести поправку. получить календарные даты.^[80]

Чтобы построить кривую, которая может быть использована для соотнесения календарных лет с годами по радиоуглероду, необходима последовательность надежно датированных образцов, которые можно протестировать для определения их радиоуглеродного возраста. Изучение годичных колец привело к первой такой последовательности: отдельные куски дерева демонстрируют характерные последовательности колец, которые различаются по толщине из-за факторов окружающей среды, таких как количество осадков в конкретный год. Эти факторы влияют на все деревья в области, поэтому изучение последовательностей годичных колец из старой древесины позволяет идентифицировать перекрывающиеся последовательности. Таким образом, непрерывная последовательность годичных колец может уйти далеко в прошлое. Первая такая опубликованная последовательность, основанная на кольцах сосны щетинистой, была создана Уэсли Фергюсон.^[40] Ганс Зюсс использовал эти данные для публикации первой калибровочной кривой для радиоуглеродного датирования в 1967 году.^[38]^[39]^[80] Кривая показывает два типа отклонения от прямой линии: долгосрочное отклонение с периодом около 9000 лет и краткосрочное отклонение, часто называемое «покачиванием», с периодом в несколько десятилетий. Сьюсс сказал, что он нарисовал линию, показывающую колебания, с помощью "космического Schwung", под которым он имел в виду, что изменения были вызваны внеземными силами. Некоторое время было неясно, были ли эти колебания реальными или нет, но теперь они точно установлены.^[38]^[39]^[81] Эти краткосрочные колебания калибровочной кривой теперь известны как эффекты де Фриза после Hessel de Vries.^[82]

Калибровочная кривая используется путем взятия даты по радиоуглероду, сообщенной лабораторией, и отсчета от этой даты по вертикальной оси графика. Точка пересечения этой горизонтальной линии с кривой показывает календарный возраст образца по горизонтальной оси. Это обратный способ построения кривой: точка на графике получается из выборки известного возраста, такой как годичное кольцо; когда это проверено, результирующий радиоуглеродный возраст дает точку данных для графика.^[41]

Кривая Северного полушария из IntCal20. По состоянию на 2020 год это самая последняя версия стандартной калибровочной кривой. Диагональная линия показывает, где бы лежала кривая, если бы радиоуглеродный возраст и календарный возраст были одинаковыми.^[83]

В течение следующих тридцати лет было опубликовано множество калибровочных кривых с использованием различных методов и статистических подходов.^[41] Они были заменены серией кривых IntCal, начиная с IntCal98, опубликованной в 1998 году и обновленной в 2004, 2009, 2013 и 2020 годах.^[83] Улучшения этих кривых основаны на новых данных, собранных из годичных колец деревьев, варвы, коралл, растение окаменелости, образования, и фораминиферы. Данные IntCal20 включают отдельные кривые для северного и южного полушарий, поскольку они систематически различаются из-за эффекта полушария. Южная кривая (SHCAL20) основана на независимых данных, где это возможно, и получена из северной кривой путем добавления среднего смещения для южного полушария, где не было прямых данных. Также имеется отдельная морская калибровочная кривая MARINE20.^[29]^[84]^[85]^[86] Для набора образцов, образующих последовательность с известным разделением во времени, эти образцы образуют подмножество калибровочной кривой. Последовательность можно сравнить с калибровочной кривой и наилучшим образом соответствовать установленной последовательности. Этот метод "покачивания" может привести к более точному датированию, чем это возможно с отдельными радиоуглеродными датами.^[87] Сопоставление с покачиванием может использоваться в местах, где есть плато на калибровочной кривой, и, следовательно, может обеспечить гораздо более точную дату, чем методы пересечения или вероятностные методы.^[88] Техника не ограничивается годичными кольцами; например, стратифицированный тефра Последовательность в Новой Зеландии, которая, как полагают, предшествовала колонизации островов людьми, была датирована 1314 г. н.э. ± 12 лет путем сопоставления колебаний.^[89] Колебания также означают, что считывание даты с калибровочной кривой может дать более одного ответа: это происходит, когда кривая изгибается настолько, что возраст радиоуглерода пересекает кривую в более чем одном месте, что может привести к получению радиоуглеродного результата. представлены как два отдельных возрастных диапазона, соответствующих двум частям кривой, которые отсчитываются от радиоуглеродного возраста.^[41]

Байесовские статистические методы может применяться, когда необходимо откалибровать несколько радиоуглеродных дат. Например, если серия радиоуглеродных дат берется с разных уровней стратиграфической последовательности, байесовский анализ может использоваться для оценки дат, которые являются выбросами, и может вычислять улучшенные распределения вероятностей на основе предварительной информации о том, что последовательность должна быть упорядочена во времени. .^[87] Когда был представлен байесовский анализ, его использование было ограничено необходимостью использования мэйнфреймов для выполнения вычислений, но с тех пор этот метод был реализован в программах, доступных для персональных компьютеров, таких как OxCal.^[90]

Отчетные даты

С момента датировки первых образцов использовалось несколько форматов цитирования результатов радиоуглеродного анализа. С 2019 года стандартный формат, требуемый журналом Радиоуглерод как следует.^[91]

Неоткалиброванные даты следует указывать как "<лаборатория>: <¹⁴
C год> ± <диапазон> БП », где:

<лаборатория> обозначает лабораторию, которая проверила образец, и идентификатор образца.
<¹⁴
C год> - это лабораторное определение возраста образца в радиоуглеродных годах
<диапазон> - оценка лаборатории ошибки возраста при достоверности 1σ.
BP означает "до настоящего ", имея в виду ссылочную дату 1950 года, так что 500 лет назад означает 1450 год нашей эры.

Например, неоткалиброванная дата «UtC-2020: 3510 ± 60 л.н.» указывает на то, что образец был протестирован Утрехтской лабораторией ван дер Граафа, где номер образца - 2020, и что неоткалиброванный возраст составляет 3510 лет до настоящего времени. ± 60 лет. Иногда используются родственные формы: например, «10 тыс. Лет назад» означает 10 000 радиоуглеродных лет до настоящего времени (то есть 8050 г. до н.э.), и ¹⁴
C yr BP может использоваться, чтобы отличить неоткалиброванную дату от даты, полученной с помощью другого метода датировки, такого как термолюминесценция.^[91]

Откалиброван ¹⁴
C даты часто указываются как кал. н. э., кал. до н. э. или кал. н. э., опять же, при этом BP относится к 1950 году как нулевой дате.^[92] Радиоуглерод предоставляет две возможности для сообщения откалиброванных дат. Общий формат - «cal <диапазон- дат> <уверенность>», где:

<диапазон- дат> - диапазон дат, соответствующий заданному уровню достоверности
указывает уровень достоверности для данного диапазона дат.

Например, «cal 1220–1281 AD (1σ)» означает откалиброванную дату, истинная дата которой находится между 1220 и 1281 AD, с уровнем достоверности, заданным как 1σ, или одно стандартное отклонение. Калиброванные даты также могут быть выражены в BP вместо использования BC и AD. Кривая, используемая для калибровки результатов, должна быть последней доступной кривой IntCal. Калиброванные даты также должны указывать на любые программы, такие как OxCal, используемые для выполнения калибровки.^[91] Кроме того, статья в Радиоуглерод в 2014 г. о конвенциях по радиоуглеродному сообщению данных рекомендует предоставлять информацию об обработке проб, включая материал пробы, методы предварительной обработки и измерения контроля качества; что в ссылке на программное обеспечение, используемое для калибровки, должен быть указан номер версии и любые используемые опции или модели; и что откалиброванная дата должна быть указана с соответствующими вероятностями для каждого диапазона.^[93]

Использование в археологии

Интерпретация

Ключевым понятием при интерпретации дат радиоуглеродного анализа является археологическая ассоциация: каковы истинные отношения между двумя или более объектами на археологическом участке? Часто бывает, что образец для радиоуглеродного датирования может быть взят непосредственно с интересующего объекта, но также есть много случаев, когда это невозможно. Металлические предметы захоронения, например, не могут быть датированы радиоуглеродом, но их можно найти в могиле вместе с гробом, древесным углем или другим материалом, которые, как можно предположить, были депонированы одновременно. В этих случаях дата гроба или угля указывает на дату захоронения погребального инвентаря из-за прямой функциональной связи между ними. Бывают также случаи, когда функциональная связь отсутствует, но связь достаточно сильна: например, слой древесного угля в яме для мусора дает дату, имеющую отношение к яме для мусора.^[94]

Загрязнение вызывает особую озабоченность при датировании очень старых материалов, полученных в результате археологических раскопок, и при отборе и подготовке образцов требуется большая осторожность. В 2014, Томас Хайэм и коллеги предположили, что многие даты, опубликованные для Неандерталец артефакты появились слишком недавно из-за загрязнения «молодым углеродом».^[95]

По мере роста дерева только самое внешнее кольцо дерева обменивается углеродом с окружающей средой, поэтому возраст, измеренный для образца древесины, зависит от того, откуда он был взят. Это означает, что радиоуглеродные даты на образцах древесины могут быть старше даты, когда дерево было срублено. Кроме того, если кусок дерева используется для нескольких целей, может возникнуть значительная задержка между вырубкой дерева и его окончательным использованием в том контексте, в котором оно было найдено.^[96] Это часто называют "старое дерево " проблема.^[5] Один из примеров - бронзовый век. путь в Withy Bed Copse, в Англии; дорожка была построена из дерева, которое явно использовалось для других целей, прежде чем снова использоваться в дорожке. Другой пример - коряги, которые можно использовать как строительный материал. Распознать повторное использование не всегда возможно. Другие материалы могут представлять ту же проблему: например, битум известно, что они использовались некоторыми Неолит сообщества для водонепроницаемых корзин; радиоуглеродный возраст битума будет больше, чем можно измерить в лаборатории, независимо от фактического возраста среды, поэтому тестирование материала корзины даст неверный возраст, если не будут приняты меры. Отдельная проблема, связанная с повторным использованием, - это длительное использование или отложенное осаждение. Например, деревянный предмет, который используется в течение длительного периода, будет иметь видимый возраст больше, чем фактический возраст того места, в котором он хранится.^[96]

Использование вне археологии

Археология - не единственная область, в которой используется радиоуглеродное датирование. Радиоуглеродные данные также можно использовать, например, в геологии, седиментологии и исследованиях озер. Возможность датировать мельчайшие образцы с помощью AMS означает, что палеоботаники и палеоклиматологи могут использовать радиоуглеродное датирование непосредственно на пыльце, очищенной от отложений, или на небольших количествах растительного материала или древесного угля. Даты на органическом материале, извлеченном из представляющих интерес пластов, можно использовать для корреляции пластов в разных местах, которые кажутся схожими по геологическим признакам. Датирование материала из одного местоположения дает информацию о дате другого местоположения, и даты также используются для размещения слоев на общей геологической временной шкале.^[97]

Радиоуглерод также используется для определения даты выброса углерода из экосистем, в частности, для мониторинга выбросов старого углерода, который ранее хранился в почвах в результате антропогенного воздействия или изменения климата.^[98] Последние достижения в области полевого сбора также позволяют проводить радиоуглеродное датирование метан и углекислый газ, которые важны парниковые газы.^[99]^[100]

Известные приложения

Граница плейстоцена и голоцена в ископаемом лесу двух ручьев

В Плейстоцен геологическая эпоха, начавшаяся около 2,6 миллиона лет назад. В Голоцен нынешняя геологическая эпоха началась около 11700 лет назад, когда закончился плейстоцен.^[101] Установление даты этой границы, которая определяется резким потеплением климата, как можно точнее было целью геологов на протяжении большей части 20 века.^[101]^[102] В Два ручья, в Висконсине был обнаружен ископаемый лес (Государственный природный заповедник "Два ручья", погребенный лес ), и последующие исследования определили, что разрушение леса было вызвано восстановлением льда Вальдерса, последним движением льда на юг перед концом плейстоцена в этой области. До появления радиоуглеродного датирования окаменелые деревья были датированы путем сопоставления последовательностей ежегодно осаждаемых слоев отложений в Ту-Крик с последовательностями в Скандинавии. Это привело к оценке, что деревьям было от 24000 до 19000 лет,^[101] и поэтому было принято, что это была дата последнего наступления Висконсинское оледенение перед его окончательным отступлением ознаменовал конец плейстоцена в Северной Америке.^[103] В 1952 году Либби опубликовала радиоуглеродные даты для нескольких образцов с участка Ту-Крик и двух подобных участков поблизости; среднее значение дат составило 11 404 лет назад со стандартной ошибкой в 350 лет. Этот результат не был откалиброван, так как необходимость калибровки радиоуглеродного возраста еще не была понята. Дальнейшие результаты, полученные в течение следующего десятилетия, подтвердили, что средняя дата составляет 11350 лет назад, при этом результаты считаются наиболее точными, составляя 11 600 лет назад. Первоначальное сопротивление этим результатам со стороны Эрнст Антевс, то палеоботаник который работал над серией скандинавских варвов, но его возражения в конечном итоге были отвергнуты другими геологами. В 1990-х годах образцы были протестированы с помощью AMS, и были получены (неоткалиброванные) даты в диапазоне от 11640 до 11 800 лет назад, оба со стандартной ошибкой 160 лет. Впоследствии образец ископаемого леса был использован в межлабораторном испытании, результаты которого предоставили более 70 лабораторий. Эти тесты дали средний возраст 11 788 ± 8 лет назад (достоверность 2σ), что при калибровке дает диапазон дат от 13 730 до 13 550 калорий.^[101] Радиоуглеродные датировки Two Creeks теперь считаются ключевым результатом в развитии современного понимания североамериканского оледенения в конце плейстоцена.^[103]

Свитки Мертвого моря

Часть Великого свитка Исайи, одного из свитков Мертвого моря

В 1947 г. свитки были обнаружены в пещерах возле Мертвое море что оказалось содержать запись в иврит и арамейский, большинство из которых, как полагают, были произведены Ессеи, небольшая еврейская секта. Эти свитки имеют большое значение при изучении библейских текстов, поскольку многие из них содержат самую раннюю известную версию книг Библии на иврите.^[104] Образец льняной упаковки одного из этих свитков, Великий свиток Исайи, был включен в анализ 1955 года Либби с предполагаемым возрастом 1917 ± 200 лет.^[104]^[105] На основе анализа стиля письма, палеографический оценки были сделаны для возраста 21 свитка, и образцы из большинства из них, наряду с другими свитками, которые не были палеографически датированы, были проверены двумя лабораториями AMS в 1990-х годах. Результаты варьировались по возрасту от начала 4 века до нашей эры до середины 4 века нашей эры. Во всех случаях, кроме двух, было установлено, что свитки находятся в пределах 100 лет от палеографически определенного возраста. Свиток Исайи был включен в тестирование, и было обнаружено, что он имеет два возможных диапазона дат при уровне достоверности 2σ из-за формы калибровочной кривой в этой точке: существует 15% вероятность, что он датируется периодом с 355 по 295 год до нашей эры, и с вероятностью 84%, что он датируется 210–45 гг. Впоследствии эти даты подверглись критике на том основании, что перед испытанием свитков они были обработаны современным касторовым маслом для облегчения чтения надписей; Утверждалось, что отсутствие достаточного удаления касторового масла привело бы к тому, что финики были слишком молодыми. Было опубликовано множество статей как в поддержку, так и против критики.^[104]

Влияние

Вскоре после публикации статьи Либби 1949 г. в Наукауниверситеты по всему миру начали создание лабораторий радиоуглеродного датирования, и к концу 1950-х годов насчитывалось более 20 активных ¹⁴
C исследовательские лаборатории. Вскоре стало очевидно, что принципы радиоуглеродного датирования действительны, несмотря на определенные расхождения, причины которых оставались неизвестными.^[106]

Развитие радиоуглеродного датирования оказало глубокое влияние на археологию, которую часто называют «радиоуглеродной революцией».^[107] По словам антрополога Р. Э. Тейлора, "¹⁴
C данные сделали Мир предыстория возможна путем добавления временной шкалы, выходящей за пределы местных, региональных и континентальных границ ". Он обеспечивает более точное датирование в пределах памятников, чем предыдущие методы, которые обычно основываются либо на стратиграфии, либо на типологиях (например, каменных орудий труда или керамики); он также позволяет проводить сравнения и синхронизация событий на больших расстояниях. Появление радиоуглеродного датирования, возможно, даже привело к созданию более совершенных полевых методов в археологии, поскольку лучшая регистрация данных приводит к более прочной связи объектов с исследуемыми образцами. Эти улучшенные полевые методы иногда были мотивированы попытками доказать, что ¹⁴
C дата была неверной. Тейлор также предполагает, что наличие точной информации о датах освободило археологов от необходимости сосредоточить так много энергии на определении дат своих находок и привело к расширению круга вопросов, которые археологи хотели исследовать. Например, с 1970-х годов вопросы об эволюции человеческого поведения гораздо чаще встречались в археологии.^[108]

Система датирования, предоставленная радиоуглеродом, привела к изменению преобладающего взгляда на то, как инновации распространяются в доисторической Европе. Ранее исследователи полагали, что многие идеи распространяются путем распространения по континенту или посредством вторжений людей, приносящих с собой новые культурные идеи. Когда радиоуглеродные датировки во многих случаях стали доказывать, что эти идеи ошибочны, стало очевидно, что эти инновации, должно быть, иногда возникали на местном уровне. Это было описано как "вторая радиоуглеродная революция", и что касается британской предыстории, археологи Ричард Аткинсон охарактеризовал влияние радиоуглеродного датирования как «радикальную ... терапию» «прогрессирующей болезни инвазионизма». В более широком смысле успех радиоуглеродного датирования стимулировал интерес к аналитическим и статистическим подходам к археологическим данным.^[108] Тейлор также описал влияние AMS и возможность получения точных измерений на очень маленьких образцах как начало третьей радиоуглеродной революции.^[109]

Иногда методы радиоуглеродного датирования позволяют датировать объект, вызывающий всеобщий интерес, например Туринская плащаница, кусок льняной ткани, по мнению некоторых, несущий изображение Иисуса Христа после его распятия. Три отдельные лаборатории датированные образцы полотна с Плащаницы 1988 г.; результаты указывают на происхождение 14-го века, вызывая сомнения в подлинности плащаницы как предполагаемой реликвии 1-го века.^[17]

Исследователи изучили другие радиоактивные изотопы, созданные космическими лучами, чтобы определить, могут ли они также использоваться для помощи в датировании объектов, представляющих археологический интерес; такие изотопы включают ³
Он, ¹⁰
Быть, ²¹
Ne, ²⁶
Al, и ³⁶
Cl. С развитием AMS в 1980-х годах стало возможным достаточно точно измерить эти изотопы, чтобы они могли стать основой полезных методов датирования, которые в основном применялись для датирования горных пород.^[110] Встречающиеся в природе радиоактивные изотопы также могут лечь в основу методов датирования, например калий-аргоновое датирование, аргон-аргоновое датирование, и датировка урановой серии.^[111] Другие методы датирования, представляющие интерес для археологов, включают: термолюминесценция, оптически стимулированная люминесценция, электронный спиновой резонанс, и датировка треков деления, а также методы, которые зависят от годовых полос или слоев, например дендрохронология, тефрохронология, и варва хронология.^[112]

Смотрите также

Примечания

^ В статье Корфа на самом деле упоминаются медленные нейтроны, термин, который со времен Корфа приобрел более конкретное значение, относящееся к диапазону энергий нейтронов, который не перекрывается с тепловыми нейтронами.^[2]
^ Некоторые из исходных образцов Либби с тех пор были протестированы повторно, и результаты, опубликованные в 2018 году, в целом хорошо согласуются с исходными результатами Либби.^[10]
^ Взаимодействие космических лучей с азотом и кислородом под поверхностью Земли также может создавать ¹⁴
C, а в некоторых случаях (например, у поверхности скоплений снега, проницаемых для газов) это ¹⁴
C мигрирует в атмосферу. Однако, по оценкам, на этот путь приходится менее 0,1% от общего производства ¹⁴
C.^[14]
^ Период полураспада ¹⁴
C (который определяет средний срок жизни) в 1952 году составлял 5568 ± 30 лет.^[19] Средняя продолжительность жизни и период полураспада связаны следующим уравнением:^[5]
${displaystyle T_ {frac {1} {2}} = 0,693 cdot au}$
^ Два экспериментально определенных значения с начала 1950-х годов не были включены в используемое значение Либби: ~ 6090 лет и 5900 ± 250 лет.^[28]
^ Также используется термин «условный радиоуглеродный возраст». Определение радиоуглеродных лет следующее: возраст рассчитывается с использованием следующих стандарты: a) с использованием периода полураспада по Либби, равного 5568 лет, а не принятого в настоящее время фактического периода полураспада в 5730 лет; (б) использование стандарта NIST, известного как HOxII, для определения активности радиоуглерода в 1950 году; (c) использование 1950 года в качестве даты, с которой отсчитываются годы «до настоящего времени»; (d) поправка на фракционирование, основанный на стандартном соотношении изотопов, и (e) предположение, что ¹⁴
C/¹²
C соотношение не изменилось со временем.^[30]
^ Данные о процентном содержании углерода в каждой части коллектора взяты из оценки содержания углерода в коллекторе на середину 1990-х годов; оценки распределения углерода в доиндустриальные времена существенно различаются.^[31]
^ Для морских обитателей возраст составляет всего 400 лет с поправкой на фракционирование сделан. Этот эффект учитывается во время калибровки с использованием другой морской калибровочной кривой; без этой кривой возраст современной морской жизни при радиоуглеродном датировании составил бы 400 лет. Точно так же утверждение о наземных организмах верно только после того, как будет принято во внимание фракционирование.
^ «PDB» означает «Pee Dee Belemnite», окаменелость из Формирование Пи Ди в Южной Каролине.^[46]
^ Стоимость PDB составляет 11,2372 ‰.^[47]
^ Две недавние оценки включали 8–80 лет радиоуглеродного излучения за последние 1000 лет, в среднем 41 ± 14 лет; и от -2 до 83 радиоуглеродных лет за последние 2000 лет, в среднем 44 ± 17 лет. Для более старых наборов данных было оценено смещение примерно на 50 лет.^[50]

Источники

Эйткен, М.Дж. (1990). Научные знакомства в археологии. Лондон: Лонгман. ISBN 978-0-582-49309-4.
Эйткен, Мартин Дж. (2003). «Радиоуглеродные знакомства». В Эллис, Линда (ред.). Археологический метод и теория. Нью-Йорк: Издательство Гарленд. С. 505–508.
Бьянки, Томас С.; Кануэль, Элизабет А. (2011). Химические маркеры в водных экосистемах. Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-13414-7.
Бусман, К. Бритт; Вьерра, Брэдли Дж. (2012). «Хронология, окружающая среда и взгляды на конечный плейстоцен и ранний голоцен культурных переходов в Северной Америке». В Bousman, C. Britt; Вьерра, Брэдли Дж. (Ред.). От плейстоцена до голоцена: человеческая организация и культурные преобразования в доисторической Северной Америке. Колледж-Стейшн, Техас: Издательство Техасского университета A&M. С. 1–15. ISBN 978-1-60344-760-7.
Боуман, Шеридан (1995) [1990]. Радиоуглеродные знакомства. Лондон: Издательство Британского музея. ISBN 978-0-7141-2047-8.
Кронин, Томас М. (2010). Палеоклиматы: понимание изменений климата в прошлом и настоящем. Нью-Йорк: издательство Колумбийского университета. ISBN 978-0-231-14494-0.
Дасс, Чхабил (2007). Основы современной масс-спектрометрии. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-68229-5.
Эрикссон Стенстрём, Кристина; Ског, Горан; Георгиаду, Елисавет; Генберг, Йохан; Йоханссон, Анетт (2011). Руководство по радиоуглеродным единицам и расчетам. Лунд: Лундский университет.
Ферронский, В.И .; Поляков, В.А. (2012). Изотопы гидросферы Земли. Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-94-007-2855-4.
Киллик, Дэвид (2014). «Использование данных естественных наук в археологии». В Чепмене, Роберте; Элисон, Уайли (ред.). Материальные свидетельства: уроки археологической практики. Абингдон, Великобритания: Рутледж. С. 159–172. ISBN 978-0-415-83745-3.
L'Annunziata, Майкл Ф. (2007). Радиоактивность: введение и история. Амстердам: Эльзевир. ISBN 978-0-444-52715-8.
L'Annunziata, Майкл Ф .; Кесслер, Майкл Дж. (2012). «Жидкостный сцинтилляционный анализ: принципы и практика». В L'Annunziata, Майкл Ф. (ред.). Справочник по радиоактивному анализу (3-е изд.). Оксфорд: Academic Press. С. 423–573. Дои:10.1016 / b978-012436603-9 / 50010-7. ISBN 978-0-12-384873-4.
Либби, Уиллард Ф. (1965) [1952]. Радиоуглеродные знакомства (2-е (1955) изд.). Чикаго: Феникс.
Макдугалл, Дуг (2008). Часы природы: как ученые измеряют возраст почти всего. Беркли, Калифорния: Калифорнийский университет Press. ISBN 978-0-520-24975-2.
Malainey, Мэри Э. (2010). Путеводитель по археологической науке для потребителей. Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-1-4419-5704-7.
Марра, Джон (2019). Горячий углерод: углерод-14 и революция в науке. Издательство Колумбийского университета. ISBN 9780231186704.
Маслин, Марк А .; Суонн, Джордж Э. (2006). «Изотопы в морских отложениях». В Ленг, Мелани Дж. (Ред.). Изотопы в палеоэкологических исследованиях. Дордрехт: Спрингер. стр.227 –290. Дои:10.1007/1-4020-2504-1_06. ISBN 978-1-4020-2503-7.
Mook, W.G .; Waterbolk, H.T. (1985). Справочники для археологов: № 3: Радиоуглеродное датирование.. Страсбург: Европейский научный фонд. ISBN 978-2-903148-44-7.
Сообщение, Уилфред М. (2001). "Цикл углерода". В Гоуди, Эндрю; Кафф, Дэвид Дж. (Ред.). Энциклопедия глобальных изменений: изменение окружающей среды и человеческое общество, том 1. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. С. 127–130. ISBN 978-0-19-514518-2.
Ренфрю, Колин (2014). «Предисловие». In Taylor, R.E .; Бар-Йосеф, Офер (ред.). Радиоуглеродные знакомства. Уолнат-Крик, Калифорния: Left Coast Press. С. 12–14. ISBN 978-1-59874-590-0.
Шенингер, Маргарет Дж. (2010). «Реконструкция диеты и экология с использованием соотношения стабильных изотопов». У Ларсена, Кларка Спенсера (ред.). Товарищ по биологической антропологии. Оксфорд: Блэквелл. стр.445 –464. Дои:10.1002 / 9781444320039.ch25. ISBN 978-1-4051-8900-2.
Шилар, Ян (2004). «Применение радионуклидов окружающей среды в радиохронологии: Радиоуглерод». В Тыкве, Ричард; Берг, Дитер (ред.). Техногенная и естественная радиоактивность в загрязнении окружающей среды и радиохронологии. Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. С. 150–179. ISBN 978-1-4020-1860-2.
Suess, H.E. (1970). «Калибровка радиоуглеродной шкалы времени с 5200 г. до н.э. по настоящее время». В Olsson, Ingrid U. (ред.). Радиоуглеродные вариации и абсолютная хронология. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. С. 303–311.
Тейлор, Р. (1987). Радиоуглеродные знакомства. Лондон: Academic Press. ISBN 978-0-12-433663-6.
Тейлор, Р. (1997). «Радиоуглеродное датирование». In Taylor, R.E .; Эйткен, Мартин Дж. (Ред.). Хронометрические датировки в археологии. Нью-Йорк: Пленум Пресс. С. 65–97. ISBN 978-0-306-45715-9.
Taylor, R.E .; Бар-Йосеф, Офер (2014). Радиоуглеродные знакомства (2-е изд.). Уолнат-Крик, Калифорния: Left Coast Press. ISBN 978-1-59874-590-0.
Терасмае, Дж. (1984). «Радиоуглеродное датирование: некоторые проблемы и перспективы развития». В Махани, W.C. (ред.). Методы четвертичного датирования. Амстердам: Эльзевир. стр.1 –15. ISBN 978-0-444-42392-4.
Теодорссон, Палл (1996). Измерение слабой радиоактивности. Сингапур: World Scientific Publishing. ISBN 978-9810223151.
Трумбор, Сьюзен Э. (1996). «Применение ускорительной масс-спектрометрии в почвоведении». В Boutton, Thomas W .; Ямасаки, Син-ичи (ред.). Масс-спектрометрия почв.. Нью-Йорк: Марсель Деккер. С. 311–340. ISBN 978-0-8247-9699-0.
Ципенюк, Юрий М. (1997). Ядерные методы в науке и технологиях. Бристоль, Великобритания: Издательский институт физики. ISBN 978-0750304221.
Tuniz, C .; Zoppi, U .; Барбетти, М. (2004). «Радионуклидное датирование в археологии методом ускорительной масс-спектрометрии». В Мартини, М .; Милаццо, М .; Пьячентини, М. (ред.). Физические методы в археометрии. Амстердам: IOS Press. С. 385–405. ISBN 978-1-58603-424-5.
Уокер, Майк (2005). Методы четвертичного датирования (PDF). Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-470-86927-7.
Варнек, Питер (2000). Химия естественной атмосферы. Лондон: Academic Press. ISBN 978-0-12-735632-7.
Виберт, Андерс (1995). Разработка системы Lund AMS и оценка новой техники обнаружения AMS. Лунд: Университет Лунда.

внешняя ссылка

РАДОН - база данных для европейских ¹⁴
C даты

[3] В статье Корфа на самом деле упоминаются медленные нейтроны, термин, который со времен Корфа приобрел более конкретное значение, относящееся к диапазону энергий нейтронов, который не перекрывается с тепловыми нейтронами.^[2]

[12] Некоторые из исходных образцов Либби с тех пор были протестированы повторно, и результаты, опубликованные в 2018 году, в целом хорошо согласуются с исходными результатами Либби.^[10]

[17] Взаимодействие космических лучей с азотом и кислородом под поверхностью Земли также может создавать ¹⁴
C, а в некоторых случаях (например, у поверхности скоплений снега, проницаемых для газов) это ¹⁴
C мигрирует в атмосферу. Однако, по оценкам, на этот путь приходится менее 0,1% от общего производства ¹⁴
C.^[14]

[23] Период полураспада ¹⁴
C (который определяет средний срок жизни) в 1952 году составлял 5568 ± 30 лет.^[19] Средняя продолжительность жизни и период полураспада связаны следующим уравнением:^[5]
${displaystyle T_ {frac {1} {2}} = 0,693 cdot au}$

[33] Два экспериментально определенных значения с начала 1950-х годов не были включены в используемое значение Либби: ~ 6090 лет и 5900 ± 250 лет.^[28]

[36] Также используется термин «условный радиоуглеродный возраст». Определение радиоуглеродных лет следующее: возраст рассчитывается с использованием следующих стандарты: a) с использованием периода полураспада по Либби, равного 5568 лет, а не принятого в настоящее время фактического периода полураспада в 5730 лет; (б) использование стандарта NIST, известного как HOxII, для определения активности радиоуглерода в 1950 году; (c) использование 1950 года в качестве даты, с которой отсчитываются годы «до настоящего времени»; (d) поправка на фракционирование, основанный на стандартном соотношении изотопов, и (e) предположение, что ¹⁴
C/¹²
C соотношение не изменилось со временем.^[30]

[38] Данные о процентном содержании углерода в каждой части коллектора взяты из оценки содержания углерода в коллекторе на середину 1990-х годов; оценки распределения углерода в доиндустриальные времена существенно различаются.^[31]

[44] Для морских обитателей возраст составляет всего 400 лет с поправкой на фракционирование сделан. Этот эффект учитывается во время калибровки с использованием другой морской калибровочной кривой; без этой кривой возраст современной морской жизни при радиоуглеродном датировании составил бы 400 лет. Точно так же утверждение о наземных организмах верно только после того, как будет принято во внимание фракционирование.

[55] «PDB» означает «Pee Dee Belemnite», окаменелость из Формирование Пи Ди в Южной Каролине.^[46]

[57] Стоимость PDB составляет 11,2372 ‰.^[47]

[61] Две недавние оценки включали 8–80 лет радиоуглеродного излучения за последние 1000 лет, в среднем 41 ± 14 лет; и от -2 до 83 радиоуглеродных лет за последние 2000 лет, в среднем 44 ± 17 лет. Для более старых наборов данных было оценено смещение примерно на 50 лет.^[50]

[renamed_from_20_on_20200701175743-1] а ^б Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 268.

[Korff_1949-2] Корфф, С.А. (1940). «О вкладе в ионизацию на уровне моря, производимую нейтронами космического излучения». Журнал Института Франклина. 230 (6): 777–779. Bibcode:1940TeMAE..45..133K. Дои:10.1016 / s0016-0032 (40) 90838-9.

[taylor269-4] а ^б Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 269.

[acs-5] а ^б «Радиоуглеродное датирование - Американское химическое общество». Американское химическое общество. Получено 2016-10-09.

[Bowman_9-6] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм ^час ^я ^j ^k ^л ^м ^п ^о ^п ^q ^р Боумен (1995), стр. 9–15.

[7] Либби, В.Ф. (1946). «Атмосферный гелий 3 и радиоуглерод космического излучения». Физический обзор. 69 (11–12): 671–672. Bibcode:1946ПхРв ... 69..671Л. Дои:10.1103 / PhysRev.69.671.2.

[Anderson_1947-8] Андерсон, E.C .; Libby, W.F .; Weinhouse, S .; Reid, A.F .; Киршенбаум, А.Д .; Гроссе, А. (1947). «Радиоуглерод космического излучения». Наука. 105 (2765): 576–577. Bibcode:1947 г. наук ... 105..576А. Дои:10.1126 / science.105.2735.576. PMID 17746224.

[libby49-9] Arnold, J.R .; Либби, В.Ф. (1949). «Определение возраста по содержанию радиоуглерода: проверка по образцам известного возраста». Наука. 110 (2869): 678–680. Bibcode:1949Научный ... 110..678А. Дои:10.1126 / science.110.2869.678. JSTOR 1677049. PMID 15407879.

[Aitken_60-10] Aitken1990, стр. 60–61.

[LJ_2018-11] Jull, A.J.T .; Pearson, C.L .; Taylor, R.E .; Southon, J.R .; Santos, G.M .; Kohl, C.P .; Hajdas, I .; Молнар, М .; Baisan, C .; Lange, T.E .; Cruz, R .; Janovics, R .; Майор, И. (2018). «Радиоуглеродное датирование и взаимное сравнение некоторых ранних исторических образцов радиоуглерода». Радиоуглерод. 60 (2): 535–548. Дои:10.1017 / RDC.2018.18.

[13] "Метод". www.c14dating.com. Получено 2016-10-09.

[Russel-14] а ^б Рассел, Никола (2011). Эффекты морского радиоуглеродного резервуара (MRE) в археологии: временные и пространственные изменения в течение голоцена в прибрежной среде Великобритании (кандидатская диссертация) (PDF). Глазго, Шотландия Великобритания: Университет Глазго. п. 16. Получено 11 декабря 2017.

[CES_476-15] Бьянки и Кануэль (2011), стр. 35.

[LJ_2001-16] а ^б ^c Lal, D .; Джулл, A.J.T. (2001). "Космогенный ¹⁴
C: продукция и примеры уникального применения в исследованиях земных и внеземных процессов ». Радиоуглерод. 43 (2B): 731–742. Дои:10.1017 / S0033822200041394.

[Alves2018-18] а ^б Кейруш-Алвес, Эдуардо; Макарио, Кита; Аскау, Филиппа; Бронк Рэмси, Кристофер (2018). «Мировой морской радиоуглеродный резервуарный эффект: определения, механизмы и перспективы» (PDF). Обзоры геофизики. 56 (1): 278–305. Bibcode:2018RvGeo..56..278A. Дои:10.1002 / 2017RG000588.

[Aitken_56-19] а ^б ^c Ципенюк (1997), с. 343.

[Currie_2004-20] а ^б Карри, Ллойд А. (2004). «Замечательная метрологическая история радиоуглеродного датирования II». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий. 109 (2): 185–217. Дои:10.6028 / jres.109.013. ЧВК 4853109. PMID 27366605.

[21] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 33.

[22] Либби (1965), стр. 42.

[24] Aitken1990, стр. 59.

[Aitken1990-25] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм ^час Aitken1990, стр. 61–66.

[renamed_from_12_on_20200701175743-26] а ^б ^c Aitken1990, стр. 92–95.

[renamed_from_0_on_20200701175743-27] а ^б Боуман (1995), стр. 42.

[28] Engelkemeir, Antoinette G .; Hamill, W.H .; Inghram, Mark G .; Либби, В.Ф. (1949). "Период полураспада радиоуглерода (C¹⁴)". Физический обзор. 75 (12): 1825. Bibcode:1949ПхРв ... 75.1825Э. Дои:10.1103 / PhysRev.75.1825.

[Johnson-29] Фредерик Джонсон (1951). "Вступление". Мемуары Общества американской археологии (8): 1–19. JSTOR 25146610.

[Godwin-30] Х. Годвин (1962). «Период полураспада радиоуглерода». Природа. 195 (4845): 984. Bibcode:1962Натура.195..984Г. Дои:10.1038 / 195984a0. S2CID 27534222.

[Plicht-31] Дж. Ван дер Плихт и А. Хогг (2006). «Примечание по сообщению радиоуглерода» (PDF). Четвертичная геохронология. 1 (4): 237–240. Дои:10.1016 / j.quageo.2006.07.001. Получено 9 декабря 2017.

[Taylor_287-32] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 287.

[INTCAL13-34] а ^б ^c Reimer, Paula J .; Бард, Эдуард; Бейлисс, Алекс; Бек, Дж. Уоррен; Блэквелл, Пол Дж .; Рэмси, Кристофер Бронк; Бак, Кейтлин Э .; Ченг, Хай; Эдвардс, Р. Лоуренс (2013). «Калибровочные кривые радиоуглеродного возраста IntCal13 и Marine13, 0–50 000 лет, кал.. Радиоуглерод. 55 (4): 1869–1887. Дои:10.2458 / azu_js_rc.55.16947. ISSN 0033-8222.

[Taylor_4-35] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 26–27.

[GC_128-37] Post (2001), стр. 128–129.

[39] Эйткен (2003), стр. 506.

[Warneck_690-40] Варнек (2000), стр. 690.

[41] Ферронский и Поляков (2012), с. 372.

[Bowman1995-42] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм Боуман (1995), стр. 24–27.

[Cronin2010-43] а ^б ^c Кронин (2010), стр. 35.

[Hua_etal-45] а ^б Хуа, Цюань; Барбетти, Майк; Раковски, Анджей З. (2013). «Радиоуглерод атмосферы за период 1950–2010 гг.». Радиоуглерод. 55 (4): 2059–2072. Дои:10.2458 / azu_js_rc.v55i2.16177. ISSN 0033-8222.

[Bowman_16-46] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм Боуман (1995), стр. 16–20.

[Suess_1970-47] а ^б ^c Suess (1970), стр. 303.

[Taylor2014-48] а ^б ^c Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 50–52.

[renamed_from_18_on_20200701175743-49] а ^б ^c ^d Боуман (1995), стр. 43–49.

[Aitken_71-50] а ^б Aitken1990, стр. 71–72.

[PTBT-51] «Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой». Государственный департамент США. Получено 2 февраля 2015.

[Bowman_20-52] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм Bowman (1995), стр. 20–23.

[Leng_246-53] а ^б ^c ^d ^е ^ж Маслин и Суонн (2006), стр. 246.

[54] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 125.

[56] Дасс (2007), стр. 276.

[58] Шенингер (2010), стр. 446.

[Libby1965-59] а ^б Либби (1965), стр. 6.

[Hoggetal-60] а ^б Hogg et al. (2013), стр. 1898 г.

[62] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 74–75.

[63] Паскье-Кардина и др. (1999), стр. 200–201.

[64] Aitken1990, стр. 85–86.

[Bowman_27-65] а ^б ^c ^d ^е ^ж Боумен (1995), стр. 27–30.

[AitkenWashing-66] а ^б ^c ^d ^е ^ж Aitken1990, стр. 86–89.

[67] Шилар (2004), стр. 166.

[68] Боуман (1995), стр. 37–42.

[BowmanMeasure-69] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм ^час Боумен (1995), стр. 31–37.

[Aitken_76-70] а ^б ^c ^d ^е Aitken1990, стр. 76–78.

[Trumbore96-71] Трумбор (1996), стр. 318.

[72] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 103–104.

[73] Уокер (2005), стр. 20.

[renamed_from_14_on_20200701175743-74] а ^б Уокер (2005), стр. 23.

[75] Киллик (2014), стр. 166.

[76] Malainey (2010), стр. 96.

[77] Теодорссон (1996), стр. 24.

[78] L'Annunziata & Kessler (2012), стр. 424.

[renamed_from_10_on_20200701175743-79] а ^б Эрикссон Стенстрём и др. (2011), стр. 3.

[renamed_from_9_on_20200701175743-80] а ^б Aitken1990, стр. 82–85.

[Wiebert-81] Виберт (1995), стр. 16.

[82] Тунис, Зоппи и Барбетти (2004), стр. 395.

[renamed_from_11_on_20200701175743-83] а ^б ^c McNichol, A.P .; Jull, A.T.S .; Берр, Г.С. (2001). «Преобразование данных AMS в значения радиоуглерода: соображения и условные обозначения». Радиоуглерод. 43 (2A): 313–320. Дои:10.1017 / S0033822200038169.

[84] Терасма (1984), стр. 5.

[85] L'Annunziata (2007), стр. 528.

[renamed_from_13_on_20200701175743-86] а ^б «Расчет радиоуглеродных данных: НОСАМС». Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. 2007 г.. Получено 27 августа 2013.

[Bowman_38-87] Боуман (1995), стр. 38–39.

[88] Тейлор (1987), стр. 125–126.

[89] Боуман (1995), стр. 40–41.

[90] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 155.

[Aitken_66-91] а ^б Aitken1990, стр. 66–67.

[92] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 59.

[93] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 53–54.

[:0-94] а ^б Хитон, Тимоти Дж .; Blaauw, Maarten; Блэквелл, Пол Дж .; Рэмси, Кристофер Бронк; Reimer, Paula J .; Скотт, Э. Мэриан (август 2020 г.). "Подход IntCal20 к построению калибровочной кривой для радиоактивного углерода: новая методология с использованием байесовских сплайнов и ошибок в переменных". Радиоуглерод. 62 (4): 821–863. Дои:10.1017 / RDC.2020.46. ISSN 0033-8222.

[95] Стювер, М .; Бразиунас, Т.Ф. (1993). «Моделирование атмосферного ¹⁴
C влияет и ¹⁴
C возраст морских образцов до 10 000 лет до нашей эры ». Радиоуглерод. 35 (1): 137–189. Дои:10.1017 / s0033822200013874.

[96] Хогг, Алан Дж .; Хитон, Тимоти Дж .; Хуа, Цюань; Палмер, Джонатан Дж .; Терни, Крис SM; Саутон, Джон; Бейлисс, Алекс; Блэквелл, Пол Дж .; Босвейк, Гретель; Рэмси, Кристофер Бронк; Пирсон, Шарлотта (август 2020 г.). «Калибровка SHCal20 в Южном полушарии, 0–55 000 лет, кал.. Радиоуглерод. 62 (4): 759–778. Дои:10.1017 / RDC.2020.59. ISSN 0033-8222.

[97] Хитон, Тимоти Дж .; Келер, Питер; Буцин, Мартин; Бард, Эдуард; Реймер, Рон У .; Остин, Уильям Э. Н .; Рэмси, Кристофер Бронк; Grootes, Pieter M .; Hughen, Konrad A .; Кромер, Бернд; Реймер, Паула Дж. (Август 2020 г.). "Marine20 - Калибровочная кривая морского радиоуглеродного возраста (0–55 000 кал. Бар.)". Радиоуглерод. 62 (4): 779–820. Дои:10.1017 / RDC.2020.68. ISSN 0033-8222.

[Walker2005-98] а ^б Уокер (2005), стр. 35–37.

[99] Aitken1990, стр. 103–105.

[100] Уокер (2005), стр. 207–209.

[101] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 148–149.

[Radiocarbon_Authors-102] а ^б ^c «Радиоуглерод: информация для авторов» (PDF). Радиоуглерод. Университет Аризоны. 25 мая 2011 г. С. 5–7. Архивировано из оригинал (PDF) 10 августа 2013 г.. Получено 1 января 2014.

[103] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 29.

[104] Миллард, Эндрю Р. (2014). «Соглашения об отчетах об определениях радиоактивных углеводородов» (PDF). Радиоуглерод. 56 (2): 555–559. Дои:10.2458/56.17455.

[105] Мук и Уотерболк (1985), стр. 48–49.

[106] Higham, T .; и другие. (2014). «Время и пространственно-временные паттерны исчезновения неандертальцев». Природа. 512 (7514): 306–309. Bibcode:2014Натура.512..306H. Дои:10.1038 / природа13621. PMID 25143113. S2CID 205239973.

[renamed_from_17_on_20200701175743-107] а ^б Боуман (1995), стр. 53–54.

[108] Годвин, Гарри (1961). «Крооновская лекция: радиоуглеродное датирование и четвертичная история в Великобритании». Труды Лондонского королевского общества B: биологические науки. 153 (952): 287–320. Bibcode:1961RSPSB.153..287G. Дои:10.1098 / rspb.1961.0001. S2CID 140692260.

[109] Дин, Джошуа Ф .; Гарнетт, Марк Х .; Спиракос, Эвангелос; Биллетт, Майкл Ф. (2019). «Возможный скрытый век растворенного органического углерода, выносимого торфяными ручьями». Журнал геофизических исследований: биогеонауки. 124 (2): 328–341. Bibcode:2019JGRG..124..328D. Дои:10.1029 / 2018JG004650. ISSN 2169-8953.

[110] Старейшина, Клейтон Д .; Сюй, Сяомэй; Уокер, Дженнифер; Schnell, Jordan L .; Hinkel, Kenneth M .; Таунсенд-Смолл, Эми; Арп, Кристофер Д .; Pohlman, John W .; Гаглиоти, Бенджамин В. (2018). «В выбросах парниковых газов из различных арктических озер Аляски преобладает молодой углерод». Природа Изменение климата. 8 (2): 166–171. Bibcode:2018NatCC ... 8..166E. Дои:10.1038 / s41558-017-0066-9. ISSN 1758-678X. S2CID 90232027.

[111] Дин, Джошуа Ф .; Биллетт, Майкл Ф .; Мюррей, Каллум; Гарнетт, Марк Х. (2017). «Древний растворенный метан во внутренних водах обнаружен с помощью нового метода сбора при низких полевых концентрациях для анализа радиоуглерода (14 C)». Водные исследования. 115: 236–244. Дои:10.1016 / j.watres.2017.03.009. PMID 28284090.

[renamed_from_15_on_20200701175743-112] а ^б ^c ^d Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 34–37.

[113] Бусман и Вьерра (2012), стр. 4.

[renamed_from_16_on_20200701175743-114] а ^б Macdougall (2008), стр. 94–95.

[taylor38-115] а ^б ^c Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 38–42.

[116] Либби (1965), стр. 84.

[117] Тейлор и Бар-Йосеф (2014), стр. 288.

[118] Тейлор (1997), стр. 70.

[renamed_from_19_on_20200701175743-119] а ^б Тейлор (1987), стр. 143–146.

[120] Ренфрю (2014), стр. 13.

[121] Уокер (2005), стр. 77–79.

[122] Уокер (2005), стр. 57–77.

[123] Уокер (2005), стр. 93–162.

[1]

[примечание 1]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[заметка 2]

[11]

[12]

[13]

[14]

[заметка 3]

[15]

[16]

[17]

[18]

[примечание 4]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[примечание 5]

[29]

[примечание 6]

[примечание 7]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[примечание 8]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[примечание 9]

[примечание 10]

[48]

[49]

[примечание 11]

[50]

[51]

[52]

[53]

[54]

[55]

[56]

[57]

[58]

[59]

[60]

[61]

[62]

[63]

[64]

[65]

[66]

[67]

[68]

[69]

[70]

[71]

[72]

[73]

[74]

[75]

[76]

[77]

[78]

[79]

[80]

[81]

[82]

[83]

[84]

[85]

[86]

[87]

[88]

[89]

[90]

[91]

[92]

[93]

[94]

[95]

[96]

[97]