До сих пор калибровка радиоуглеродного метода датировки опиралась в основном на годичные кольца деревьев. Теперь ученые нашли более обширный источник достоверной информации. Вот уже полвека радиоуглеродный анализ является одним из основных методов, используемых учеными для определения возраста археологических образцов органического происхождения. В основе метода лежит тот факт, что углерод - химический элемент, без которого земная жизнь была бы просто невозможна, - существует в природе в виде трех изотопов - двух стабильных (С-12 и С-13) и одного радиоактивного (С-14). Содержание изотопа С-12 в природном углероде составляет чуть меньше 99 процентов, содержание изотопа С-13 - чуть больше одного процента. Содержание радиоактивного изотопа С-14, образующегося из атмосферного азота в результате его бомбардировки нейтронами под действием космического излучения, крайне мало и составляет всего лишь около 10 в минус двенадцатой степени. Этого, однако, достаточно для датировки биологического материала.

Ведь все живые организмы участвуют в углеродном обмене, что поддерживает равновесное содержание изотопа С-14 в них и в окружающей среде. А после смерти организма углеродный обмен с окружающей средой прекращается, и содержание изотопа С-14 в органических останках начинает постепенно убывать вследствие его радиоактивного распада. Зная период полураспада углерода-14 - он составляет около 5730 лет - и определив содержание этого изотопа в археологическом образце, можно вычислить его возраст - если, конечно, речь идет об образце животного или растительного происхождения.

Все это звучит убедительно, но есть несколько обстоятельств, существенно снижающих точность метода. Во-первых, сам период полураспада углерода-14 определен с погрешностью плюс-минус 30 лет. Во-вторых, содержание С-14 в земной атмосфере непостоянно: оно изменялось на протяжении тысячелетий вследствие целого ряда факторов, будь то колебания солнечной активности, изменения состояния магнитосферы Земли или вулканическая активность, не говоря о промышленной революции, сопровождавшейся сжиганием огромного количества нефти, газа и угля, и атмосферных ядерных испытаниях. В-третьих, имеет место так называемое изотопное фракционирование у растений, то есть избирательное поглощение ими в процессе фотосинтеза более легкого изотопа углерода, в результате чего содержание С-12 в них может на 15, 20, а то и на 25 процентов превышать содержание этого изотопа в атмосфере. В-четвертых, углеродное равновесие между атмосферой и мировым океаном достигается гораздо медленнее, чем между атмосферой и сушей, что искажает датировку останков морских организмов. А есть еще и в-пятых, и в-шестых, и в-седьмых…

То есть с учетом всех этих факторов в результаты радиоуглеродного анализа должны вноситься соответствующие поправки, иначе неминуемы ошибки в датировке, составляющие сотни, а то и тысячи лет.

"Определяя возраст образца радиоуглеродным методом, вы получите лишь приблизительные данные, а для их уточнения используются калибровочные кривые и таблицы, - поясняет британский археолог Кристофер Рамзи (Christopher Ramsey), профессор Оксфордского университета. - Эти кривые и таблицы построены на основании данных о соотношении изотопов углерода в объектах, возраст которых заведомо известен. Тут, прежде всего, следует упомянуть о дендрохронологических шкалах, об архиве изотопных измерений образцов древесины с точной датировкой по годичным кольцам. Эти шкалы охватывают последние 12,5 тысяч лет. Если образец старше, мы обращаемся к данным анализа донных морских отложений. Но тут проблема в том, что содержание С-14 в морской воде не всегда идентично содержанию С-14 в атмосфере".

Теперь группа ученых, в числе которых и профессор Рамзи, опубликовала в журнале Science результаты исследования, которые позволят существенно повысить точность и достоверность радиоуглеродного метода. Речь идет о данных, полученных при анализе донных отложений небольшого японского озера Суйгецу на острове Хонсю. Это озеро имеет в глазах специалистов по радиоуглеродному анализу целый ряд достоинств. Так, благодаря большой глубине, достигающей местами 34 метров, никакое волнение, вызываемое ветром, до дна не доходит, и донные отложения здесь не потревожены, они сохранились в первозданном виде, говорит Такеши Накагава (Takeshi Nakagawa), профессор археологии Ньюкаслского университета.

"Еще одна важная особенность озера Суйгецу, - добавляет он, - состоит в том, что этот регион никогда не был покрыт глетчерами. Там даже в периоды оледенения росли деревья. Их листья падали в озеро, оседали на дно и год за годом формировали очередной слой органических отложений. И так на протяжении многих тысячелетий. Эти слои идеально подходят для калибровки радиоуглеродного метода".

Лист древнего дерева, упавший на дно японского озера Суйгецу примерно 24,7 тысячи лет назад

Практически на дне озера образовалась нетронутая временем слоистая структура отложений, напоминающая годичные кольца деревьев, но простирающаяся гораздо дальше вглубь веков. Профессор Рамзи говорит: "Законсервированные в этих отложения листья прекрасно сохранились, что позволило нам измерить их возраст радиоуглеродным методом. В то же время мы произвели химический анализ и микроскопическое исследование каждого отдельного слоя отложений. Хотя слои очень тонкие, они разделяются достаточно отчетливо, так что мы смогли их пересчитать и таким образом определить возраст каждого слоя с точностью до года. А потом мы сопоставили данные первого и второго методов".

Этот лист датируется примерно 33800 лет назад. (Оксфордский университет )

В общей сложности, ученым удалось пробурить в дне озера скважины на глубину до 73 метров, что позволило погрузиться в прошлое примерно на 150 тысяч лет. Правда, выраженная слоистость оказалась присуща кернам лишь до глубины в 43 метра, что соответствует приблизительно 53 тысячам лет. Но это почти все, что нужно ученым.

Ведь если возраст исследуемого объекта превышает десятикратный период полураспада С-14, то есть примерно 57 тысяч лет, изотопа в нем остается уже так мало, что чувствительности измерительных приборов не хватает, и радиоуглеродный анализ в принципе перестает давать сколько-нибудь надежные результаты. Так вот, новая информация, добытая со дна озера Суйгецу, подтвердила правильность радиоуглеродной датировки объектов, возраст которых не превышал 12 тысяч лет. Что не удивительно, поскольку этот период калиброван по годичным кольцам деревьев.

В то же время керны со дна японского озера выявили погрешности в 300-400 лет при датировке более древних объектов возрастом от 12 тысяч до 40 тысяч лет. "В ближайшие месяцы мы внесем соответствующие поправки в наши калибровочные таблицы и кривые, так что каждый исследователь сможет проверить свои данные, - говорит профессор Рамзи. - Это позволит гораздо точнее ответить на многие вопросы истории, археологии, палеонтологии. Например, уточнить, когда вымерли неандертальцы".

Благодаря новым таблицам погрешность при определении возраста окаменелых костей, насчитывающих около 30 тысяч лет, уменьшится до плюс-минус ста лет. Причем кости даже не надо заново анализировать - достаточно внести поправки в прежние данные.

***

© Автор: Владимир Фрадкин