Как ученые выясняют, сколько лет вещам?
Способность точно датировать или определять возраст объекта может научить нас, когда сформировалась Земля, помочь выявить климат в прошлом и рассказать нам, как жили первые люди. Так как же это делают ученые?
По мнению экспертов, радиоуглеродное датирование — самый распространенный метод. Этот метод включает в себя измерение количества углерода-14, радиоактивного изотопа углерода или версии атома с другим количеством нейтронов. Углерод-14 повсеместно присутствует в окружающей среде. По словам Томаса Хайэма, археолога и специалиста по радиоуглеродному датированию из Оксфордского университета в Англии, после того, как он образуется высоко в атмосфере, растения вдыхают его, а животные выдыхают.
«Все живое принимает это», — сказал Хайэм Live Science.
В то время как наиболее распространенная форма углерода имеет шесть нейтронов, углерод-14 имеет два дополнительных. Это делает изотоп более тяжелым и менее стабильным, чем наиболее распространенная форма углерода. Итак, через тысячи лет углерод-14 в конечном итоге распадается. Один из ее нейтронов расщепляется на протон и электрон. Пока электрон улетает, протон остается частью атома. Если на один нейтрон и на один протон меньше, изотоп распадается на азот.
Когда живые существа умирают, они перестают принимать углерод-14, и количество, которое остается в их теле, запускает медленный процесс радиоактивного распада. Ученые знают, сколько времени требуется половине заданного количества углерода-14 для распада — промежуток времени, называемый периодом полураспада. Это позволяет им измерить возраст части органического вещества — будь то кожа или скелет животного, ясень или кольцо дерева — путем измерения отношения углерода-14 к углероду-12, оставшегося в нем, и сравнения этого количества с углеродом. -14 период полураспада.
Период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет, что делает его идеальным для ученых, которые хотят изучить последние 50 000 лет истории. «Это в основном охватывает действительно интересную часть истории человечества, — сказал Хайэм, — происхождение сельского хозяйства, развитие цивилизаций: все это произошло в период радиоуглеродного анализа».
Однако более старые объекты потеряли более 99% углерода-14, так что остается слишком мало для обнаружения, сказал Брендан Каллетон, доцент-исследователь в лаборатории радиоуглерода в Университете штата Пенсильвания. Для более старых объектов ученые не используют углерод-14 в качестве меры возраста. Вместо этого они часто обращаются к радиоактивным изотопам других элементов, присутствующих в окружающей среде.
Для самых старых объектов в мире наиболее полезным методом является датирование уран-торий-свинец. «Мы используем его, чтобы датировать Землю», — сказал Хайэм. Хотя радиоуглеродное датирование полезно только для материалов, которые когда-то были живыми, ученые могут использовать уран-торий-свинцовое датирование для измерения возраста таких объектов, как камни. В этом методе ученые измеряют количество различных радиоактивных изотопов, каждый из которых распадается на стабильные формы свинца. Эти отдельные цепочки распада начинаются с распада урана-238, урана-235 и тория-232.
«Уран и торий — такие большие изотопы, что они трещат по швам. Они всегда нестабильны», — сказала Тэмми Риттенур, геолог из Университета штата Юта. Каждый из этих «родительских изотопов» распадается на отдельный каскад радиоизотопов, прежде чем превратиться в свинец. Каждый из этих изотопов имеет разный период полураспада, от дней до миллиардов лет, согласно Агенству по Защите Окружающей Среды. Так же, как датирование с помощью радиоуглерода, ученые вычисляют отношения между этими изотопами, сравнивая их с их соответствующими периодами полураспада. Используя этот метод, ученые смогли датировать самую старую из когда-либо обнаруженных пород — кристалл циркона возрастом 4,4 миллиарда лет, найденный в Австралии.
Наконец, другой метод датирования показывает ученым не возраст объекта, а время его последнего воздействия тепла или солнечного света. Этот метод, называемый люминесцентным датированием, популярен среди ученых-геологов, изучающих изменения ландшафтов за последний миллион лет — они могут использовать его, чтобы обнаружить, когда ледник образовался или отступил, откладывая горные породы над долиной; или когда в результате наводнения осадки выпали в речной бассейн, сказал Риттенур.
Когда минералы в этих породах и отложениях захоронены, они подвергаются воздействию радиации, исходящей от отложений вокруг них. Это излучение выбивает электроны из их атомов. Некоторые электроны падают обратно в атомы, но другие застревают в дырах или других дефектах в плотной сети атомов вокруг них. Требуется второе воздействие тепла или солнечного света, чтобы вернуть эти электроны в исходное положение. Именно это и делают ученые. Они подвергают образец воздействию света, и, когда электроны падают обратно в атомы, они излучают тепло и свет или люминесцентный сигнал.
«Чем дольше этот объект находится в земле, тем больше радиации он подвергается воздействию», — сказал Риттенур. По ее словам, в сущности, у давно захороненных объектов, подвергшихся сильному облучению, будет выбито огромное количество электронов, которые вместе будут излучать яркий свет, возвращаясь к своим атомам. Таким образом, количество люминесцентного сигнала говорит ученым, как долго объект был похоронен.
Знакомство с объектами важно не только для понимания возраста мира и того, как жили древние люди. Судмедэксперты используют его для раскрытия преступлений, от убийства до подделки произведений искусства. По словам Хайэма, радиоуглеродное датирование может сказать нам, как долго было выдержано хорошее вино или виски, и, следовательно, были ли они подделаны. «Есть целый ряд различных приложений».
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Похожие статьи
ДРУГИЕ НОВОСТИ
