Датирование с помощью углерода 14

Эндрю Снеллинг

Понимание основ

Многие люди предполагают, что возраст некоторых горных пород, установленный с помощью радиоуглеродного датирования (углеродом-14) насчитывает «миллионы лет». Однако на самом деле это не так. Причина проста. С помощью углерода-14 до его распада можно измерить возраст лишь в «тысячи лет».

Самым известным из всех существующих методов радиометрического датирования является радиоуглеродное датирование. Хотя многие люди считают, что с помощью радиоуглеродного датирования можно установить возраст горные породы, этот способ применим лишь к предметам, содержащим углеродный материал и которые когда-то были живы (например, окаменевшие остатки).

Датирование с помощью углерода -14

Часть 1. Понимание основ

Часть 2. Эволюционная дилемма— углерод C-14 в окаменелостях и алмазах

Часть 3. Загадка для креацианистов: окаменелости в возрасте 50 тысяч лет?

Как образуется радиоуглерод

В отличие от радиоуглерода (¹⁴C), другие радиоактивные элементы, которые применяются для датирования горных пород, – например, уран (²³⁸U), калий (⁴⁰K), и рубидий (⁸⁷Rb), насколько нам известно, не формируются в земных условиях. Можно предположить, что Бог создал эти элементы, творя Землю в ее первозданном виде.

Радиоуглерод же, напротив, продолжает формироваться и сегодня в верхних слоях атмосферы. Насколько нам известно, он продолжает формироваться в верхних слоях земной атмосферы с момента ее сотворения на второй день недели сотворения (в виде части пространства, или тверди, описанной в книге Бытия 1:6–8).

Так как же образовывается радиоуглерод? Космические лучи постоянно «бомбардируют» верхние слои земной атмосферы, создавая быстро движущиеся нейтроны (субатомные частицы, не несущие электрического заряда) (Рисунок 1a).1 Эти быстро движущиеся нейтроны сталкиваются с атомами азота-14, наиболее распространенного элемента в верхних слоях атмосферы, и превращают их в радиоуглеродные атомы (углерод-14).

Формирование УГЛЕРОДА -14 (рисунок 1a): Когда космические лучи бомбардируют атмосферу Земли, в результате получаются нейтроны. Когда эти высвободившиеся нейтроны сталкиваются с атомами азота в атмосфере, эти атомы превращаются в атомы радиоактивного углерода -14.

Поглощение УГЛЕРОДА-14 (Рисунок1b): Растения поглощают углерод -14 в процессе фотосинтеза. Когда животные поедают растения, углерод-14 проникает в их кости и распадается на азот -14 с такой же скоростью, как вырабатывается новый углерод-14. Таким образом, уровень углерода-14 остается стабильным.

Разрушение УГЛЕРОДА-14 (Рисунок 1c): Когда животное умирает, углерод-14 продолжает распадаться на азот-14 и испаряться, в то время как новый углерод-14 в мертвый организм больше не поступает. Путем сравнения оставшегося количества углерода-14 с его изначальным содержанием ученые могут рассчитать, как давно это животное погибло.

Поскольку атмосфера приблизительно на 78% состоит из азота,2 вырабатывается достаточно большое количество атомов радиоуглерода – в среднем, около 7,5 кг в год. Эти атомы быстро смешиваются с атомами кислорода (второго по количеству элемента в атмосфере – около 21%) и образуют углекислый газ (CO₂).

Этот углекислый газ, ставший теперь радиоактивным благодаря углероду-14, практически неотличим от обычного углекислого газа, находящегося в атмосфере (однако обычный углекислый газ более легкий по весу, поскольку содержит углерод-12). Радиоактивный и нерадиоактивный углекислый газ смешиваются в атмосфере и растворяются в океанах.

В процессе фотосинтеза углекислый газ поступает в растения и водоросли, и, таким образом, радиоуглерод попадает в цепь питания. Затем радиоуглерод попадает в тела животных, когда они поедают растения (Рисунок 1б). Даже мы, люди, радиоактивны, поскольку незначительное количество радиоуглерода попадает и в наши тела.

Определение скорости распада радиоуглерода

Ядра атомов сформированного углерода -14 нестабильны, поэтому со временем они прогрессивно распадаются на стабильные ядра азота-14.3 Нейтрон распадается на протон и электрон, а электрон выбрасывается во внешнюю среду. Этот процесс называют бета-распадом. Выброшенные электроны называются бета-частицами, которые производят так называемую бета-радиацию.

Не все атомы радиоуглерода распадаются одновременно. Различные атомы углерода-14 распадаются на азот-14 за различное время, и это объясняет, почему распад радиоуглерода считается произвольным процессом.

Чтобы измерить период распада, специальный детектор определяет количество бета-частиц, выброшенных определенным количеством углерода за определенный промежуток времени, например, за месяц (для иллюстрации). Поскольку выброс каждой бета-частица означает распад одного атома углерода-14, мы можем узнать, сколько атомов углерода-14 распалось за один месяц.

Ученые-химики уже определили, сколько атомов содержится в определенной массе каждого элемента, например, углерода.4 Поэтому, взвесив определенный объем углерода, мы сможем рассчитать, сколько в нем атомов углерода.

Зная, что какое-то количество атомов углерода радиоактивны, мы также сможем рассчитать, сколько атомов радиоуглерода содержится в этом образце. А зная количество атомов, распавшихся в нашем образце на протяжении месяца, мы можем рассчитать скорость распада радиоуглерода.

Стандартный способ выражения скорости распада называется периодом полураспада.5 Он определяется, как период времени, за который распадается половина определенного количества радиоактивного элемента. Итак, если на начальном этапе у нас было 2 миллиона атомов углерода-14 в определенном нами количестве углерода, то периодом полураспада радиоуглерода будет период времени, необходимый для распада половины, то есть 1 миллиона атомов. Период полураспада радиоуглерода или скорость распада, как было определено учеными, составляет 5730 лет.

Использование радиоуглерода для датирования

Далее возникает вопрос: как ученые используют эти знания для датирования различных образцов? Если углерод-14 формировался с неизменной интенсивностью на протяжении довольно длительного периода и постоянно смешивался с биосферой, то уровень углерода-14 в атмосфере должен оставаться неизменным.

Если этот уровень не меняется, в живых растениях и животных должен поддерживаться постоянный уровень содержания углерода-14. Причина заключается в том, что пока организм жив, любые молекулы углерода в нем распадаются на азот.

После гибели растения или животного, они больше не замещают молекулы, подвергнутые радиоуглеродному распаду. Вместо этого атомы радиоуглерода в этих телах постепенно разрушаются, и соотношение атомов углерода -14 с атомами обычного углерода со временем постепенно уменьшается (Рисунок 1c).

Предположим, что мы обнаружили череп мамонта и хотим провести датирование, чтобы определить, насколько давно он жил. Мы можем измерить в лаборатории, сколько атомов углерода-14 сохранилось в черепе. Если предположить, что в костях мамонта изначально присутствовало такое же количество атомов углерода-14, которое содержится в костях современных животных (в среднем, один атом углерода-14 на один триллион атомов обычного углерода -12), то, зная период полураспада радиоуглерода, мы можем рассчитать, насколько давно умер мамонт. Все довольно просто.

Этот метод датирования напоминает по своему принципу песочные часы.6 Песчинки, которые изначально заполняли верхнюю часть часов – это количество атомов углерода-14 в теле живого мамонта незадолго до его смерти. Предполагается, что это количество атомов углерода-14, которое содержится в теле слонов, живущих сегодня. Со временем эти песчинки падают в нижнюю часть часов, поэтому новое количество песчинок – это количество атомов углерода-14, оставшихся в черепе мамонта, когда он был найден.

Разница в количестве песчинок олицетворяет количество атомов углерода-14, распавшихся на азот-14 со времени смерти мамонта. Поскольку мы измерили скорость, с которой песчинки падают вниз (период полураспада радиоуглерода), мы можем рассчитать, сколько времени потребовалось для распада атомам углерода-14, а значит, мы сможем узнать, какое время прошло со времени смерти мамонта.

Таков принцип работы метода радиоуглеродного датирования. И поскольку период полураспада углерода-14 составляет всего 5730 лет, радиоуглеродное датирование материалов, содержащих углерод, может предоставлять нам даты лишь в тысячи лет. Данные о миллионах лет противоречат истории Земли, изложенной в Библии, - истории рассказанной самим Богом.

Доктор Эндрю Снеллинг имеет степень кандидата геологических наук, которую он получил в Сиднейском университете. Он работал консультантом по геологическим исследованиям во многих организациях, как в Австралии, так и в Америке. Доктор Снеллинг является автором многих научных статей, а также директором по исследованиям в организации «Ответы в книге Бытия», США.

Ссылки и примечания

1. S. Bowman, Interpreting the Past: Radiocarbon Dating (London: British Museum Publications, 1990). Вернуться к тексту.
2. S. S. Zumdahl, Chemical Principles, 2nd edition (Lexington, Massachusetts: D. C. Heath and Company, 1995), p.171. Вернуться к тексту.
3. A. Dickin, Radiogenic Isotope Geology, 2nd edition (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2005), pp. 383–398. Вернуться к тексту.
4. Ref. 2, p. 55, 1995. For radiocarbon this number is ~6.022 × 1023 atoms per 14 grams of carbon-14. Вернуться к тексту.
5. G. Faure and T. M. Mensing, Isotopes: Principles and Applications, 3rd edition (Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2005), pp. 614–625. Вернуться к тексту.
6. A. A. Snelling, “Radiometric Dating: Back to Basics,” Answers 4.3 (2009): 72–75. Вернуться к тексту.

источник — www.answersingenesis.org