Использование изотопа углерода 14C для определения возраста органических материалов

Радиоактивный изотоп углерода с атомным номером 14 использовался в датировке, среди прочего окаменелости растительных и животных организмов, такие продукты жизнедеятельности человека, как дерево, кожа и продукты из растительных волокон. Как можно определить возраст таких разных предметов? Почему 14C углерод так полезен?

Этот конкретный изотоп углерода постоянно находится в атмосфере (хотя и в небольших количествах). Образуется в верхних слоях атмосферы за счет взаимодействия нейтронов космических лучей с ядрами из 14 атомов азота (этот изотоп является наиболее распространенным типом азота, он является основным компонентом воздуха). Эти нейтроны попадают в ядро ​​атома азота и нарушают его стабильность. Результатом является излучение протона. Таким образом, азотное ядро ​​14N превращается в ядро ​​изотопа углерода 14C. Существует реакция по уравнению:

Как только образуется новый атом радиоактивного углерода, он немедленно окисляется до диоксида углерода (CO2). В атмосфере радиоактивный CO2 равномерно смешивается с диоксидом углерода, содержащим стабильные нерадиоактивные изотопы углерода (12C и 13C). Следовательно, атмосферный диоксид углерода содержит небольшое количество радиоактивного диоксида (важно, чтобы это содержание было более или менее постоянным).

Растения поглощают углекислый газ из атмосферы и посредством фотосинтеза образуют простые органические вещества, которые включаются в их ткани после дополнительных модификаций. Животные, питающиеся растениями, используют хранящиеся в них вещества, в том числе строить свои собственные ткани. Таким образом, углерод 14C проходит через последовательные звенья пищевой цепи. Таким образом, живое органическое вещество проявляет радиоактивность, вызванную присутствием радиоактивного изотопа углерода. Пока тело живо, оно обменивается с окружающим веществом, и отношение радиоактивного углерода к углероду со стабильными ядрами в клетках организма аналогично тому, что происходит в атмосфере. Со смертью возможность загрузки, среди прочего, прекращается 14C из окружающей среды, и относительное количество этого изотопа уменьшается (радиоактивные распады не прекращаются).

Датирование выполняется путем изучения того, как изменилась радиоактивность материала. Период полураспада 14C составляет около 5725 лет, то есть после этого времени половина первоначальных 14C распадается, поэтому радиоактивность уменьшается вдвое. Анализируя соотношения 14C и 12C и 13C вместе взятых, оценивается возраст субъекта (чтобы получить более точный результат, необходимо принять во внимание несколько поправок). Этот метод позволяет датировать объекты, возраст которых не превышает 50 000 лет (по словам Линуса Полинга, Питера Полинга «Химия» PWN, Варшава 1983)

Похожие