Радиоуглеродный анализ: почему он точнее, чем мы думаем.

Друзья! Сегодня мы поговорим про точность радиоуглеродного анализа. В различной псевдонаучной литературе🎓📖🙀 можно услышать что он весьма неточен по целому ряду причин.
Так это или не так? Давайте разберёмся!
Но в начале кратко о самом методе (для тех, кто с ним не знаком, кто знает что это - пропускайте следующие 3 абзаца).
Метод радиоуглеродного анализа - это метод датировки органических остатков (дерево, кость, кожа и что-нибудь ещё в этом духе). Он базируется на следующих принципах. Как мы знаем (из школьного курса химии) в составе любого органического вещества есть углерод (причём в очень больших количествах). А ещё у любого химического элемента могут быть изотопы - те же химические молекулы, отличающие атомной массой (ввиду другого количества нейтронов). Один из изотопов углерода - так называемый изотоп углерода-14 (он же С14) отличается тем, что является радиоактивным. А как мы знаем опять же со школьной скамьи (теперь уже с уроков физики) радиоактивные элементы со временем распадаются на более стабильные. Причём происходит это не абы как, а в определённом темпе - так называемом периоде полураспада. Этот период составляет для С14 примерно 5730 (плюс-минус 40) лет. То есть, если у нас есть кусок дерева, в котором у нас 100 атомов С14, то примерно через 5730 лет в нём останется только 50 таких атомов. Ещё примерно через 5730 лет - 25 атомов.
В атмосфере Земли С14 появляется благодаря солнечной активности. Далее, он вместе с обычным углеродом поглощается в процессе фотосинтеза (а теперь я передаю привет школьной программе по биологии) деревьями. Деревья едят травоядные, а их - хищники. Отсюда С14 и попадает в животных. Когда же дерево или животное погибает, то процесс накопления С14 заканчивается.
Отсюда возникает простая идея: если знать, сколько в организме было 14С на момент гибели и знать, сколько в нём сейчас, то можно примерно посчитать, когда же этот организм погиб. И такой подход для датировки органических данных начали применять уже (подумать только!) более 50 лет назад.
Плюсы метода очевидны: органика широко распространена в нашем мире, а сам метод базируется на вполне конкретных естественно-научных принципах, которые проверялись (и были подтверждены) экспериментально. Что же с ним может быть не так?
Большинство псевдонаучных исторических теорий строится на идее о том, что прошлое нельзя проверить. Естественно, методы датирования, работающие на законах физики (которые проверить можно) для таких теорий как заноза в каком-нибудь неприятном месте. Поэтому к радиоуглеродному анализу стали высказывать ряд претензий. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся:
1. Невозможно точно определить количество радиоуглерода на момент гибели организма.
Как бы не так. На заре становления метода было установлено, что в нормальных условиях уровень содержания С14 в организме примерно такой же как в атмосфере. Однако позже стало понятно, что этот уровень со временем менялся, а значит и уровень С14 на момент гибели организма был различным, в зависимости от времени. Казалось бы, на этом все расчёты возраста уходят в прошлое. Но. Учёные крепче задумались и сказали. Хорошо, давайте для начала выясним, как же менялось количество С14 в атмосфере со временем. Для этого они взяли то, что можно было легко датировать. Например, живые колонии кораллов, которые имеют строго фиксированную величину годового прироста (например, прирастают на сантиметр в год, а значит 100 лет назад были на метр меньше), ледяные керны (во льду тоже нашлась органика, правда в микроскопических количествах, в виде пыли, но нашлась), когда стало понятно, что деревья накапливают новый углерод только в зоне роста, стали брать древнейшие кольца деревьев-долгожителей (секвойи или скалистой сосны - они вполне себе живут тысячелетиями). В общем, сделали уравнение, где неизвестным было начальное количество С14, зато известны конечное его количество и возраст образца. Потом полученные данные вбили в компьютеры, посчитали и написали специальную программу, которая знает, когда и сколько в атмосфере было С14. Программа это совершенствуется до сих пор и называется калибровочной программой (над лучшей из них ежедневно без перерывов и выходных трудятся компьютеры Оксфорда).
Но и это ещё не всё. Позже выяснили, что количество изначального С14 можно посчитать ещё одним путём. Дело в том, что среди изотопов углерода существует изотоп С13. Он стабилен (то есть не распадается). А ещё он прекрасен тем, что по количеству в организме С13 можно посчитать, сколько в нём С14. И поскольку С13 со временем не распадается, а остаётся в том же количестве, что и после смерти организма, мы можем по нему высчитать, сколько в организме было С14 на момент смерти. Так что, приложив мозги, учёные смогли решить эту проблему.
2. Период полураспада не точная цифра, а значит и конечный результат не может быть точным.
А вот это чистая правда. Период полураспада С14 (как я уже отмечал выше) составляет примерно 5730 (плюс-минус 40) лет. Только разброс в 80 лет, согласитесь, не такой уж большой для событий времён, когда люди переходили с каменных орудий на медные. В действительности из-за дополнительных факторов разброс может быть и несколько больше. Чтобы увеличить точность анализа стараются брать как можно больше проб с одного объекта и как можно объектов для исследования с одного комплекса (то есть исследовать не одну доску из забора, которую могли прибить через 100 лет после того, как забор поставили, а несколько досок. в идеале - все). В любом случае, мы не скрываем, что этот метод не может дать дату с точностью до одного года. Но разница для средневековья в виде плюс-минус 15 лет, а для бронзового века плюс-минус 70 лет - это очень даже круто, если нет других способов датирования. Это даёт возможность точнее понять, к какой эпохе относится наша находка. Иногда с точностью до нескольких лет (если повезёт).
И ещё кое что: очень редко, но бывают образцы, для которых выпадает очень большой разброс дат (например 4000 плюс-минус 300 лет). Но даже в этих случаях предмет эпохи бронзы не будет давать результат средневековья. И опять же, мы этого не скрываем.
3. Образцы могут быть загрязнены современным углеродом.
Да, бывало такое, особенно раньше. Например, собирает учёный деревяхи в раскопе и курит над ними. Пепел попадает на образцы и меняет количество С14 в них своим присутствием. Поэтому в раскопах мы не курим. И даже на краю раскопа. Но на самом деле сейчас существует немало методов борьбы с этими загрязнениями и во многих случаях (даже если они происходят) мы можем разделить образец и загрязнитель.
4. Для 🐙морских организмов🐚 метод не применим!
Да, мы в курсе. Это называется резервуарный эффект. В чём он состоит я сейчас расписывать не буду подробно - можете гуглить, в интернете это есть. Скажу просто: физика. И да, поскольку мы в курсе, мы не используем радиоуглеродный анализ для морских организмов. Уже давно. А если и используем, то только в качестве эксперимента.
5. Количество С14, которые накапливаются различными живыми организмами, не одинаково!
Опять же, для нас это не новость. И называется это (научным языком) изотопное фракционирование (разное количество разных изотопов углерода в разных живых организмах). И эти величины давно известны для различных форм жизни. Всё считается.
Здесь мы постарались рассмотреть наиболее часто встречающиеся претензии к радиоуглеродному датированию.
Но все они сводятся только к двум проблемам: авторы этих претензий или считают, что метод за свою более чем полувековую историю ни разу не развивался (а это неправда) или считают, что учёные, которые им пользуются, сами не понимают основ метода (что также неправда).
Существует и множество других претензий, которые встречаются реже, но которые сводятся к тем же двум проблемам.