Радиоактивное датирование

Радиоактивность имеет много интересных применений. К их числу относится метод радиоактивного датирования, позволяющий определять возраст древних материалов.

Возраст любого предмета, изготовленного из некогда живой ткани, например из дерева, можно определить по естественной радиоактивности изотопа углерода С. Все растения поглощают из воздуха двуокись углерода СО₂, ассимилируют углерод и выделяют кислород. Большинство атомов углерода ­­­– это изотоп С, а небольшая доля (около 1,3×10-12) –радиоактивный изотоп С. Отношение числа атомов C к числу атомов С в атмосфере на протяжении многих тысячелетий остается примерно постоянным, несмотря на то что изотоп С распадается с периодом полураспада около 5700 лет. Баланс изотопов углерода поддерживается нейтронами космических лучей, проникающих на Землю из космического пространства. При столкновении с ядрами азота эти нейтроны вызывают превращение п + N → С + р. Нейтрон сталкивается с ядром азота N и поглощается им; в результате испускается протон и образуется ядро С. Непрерывное образование изотопа С в атмосфере в основном компенсирует его убыль за счет радиоактивного распада. Пока растение или дерево живет, оно постоянно восстанавливает углерод из двуокиси углерода и использует его в новых тканях и для замены старых. Животные поедают растения и поэтому также постоянно получают свежие порции углерода для своих тканей. Организмы не отличают изотоп С от изотопа C, а так как отношение содержания изотопов С к С в атмосфере остается примерно постоянным, их относительное содержание в живом организме также примерно постоянно. После того как организм погибает, он перестает поглощать и утилизировать двуокись углерода, а так как изотоп С распадается, отношение содержания изотопов С к С в мертвом организме со временем убывает. Период полураспада изотопа С составляет примерно 5700 лет, поэтому отношение С/ С убывает вдвое каждые 5700 лет. Если отношение С/ С для древнего деревянного орудия составляет половину значения этого отношения в живом дереве, то орудие могло быть изготовлено из дерева, срубленного примерно 5700 лет назад. В действительности при датировании с помощью радиоуглеродного метода необходимо вводить поправки, учитывающие, что отношение С/ С в атмосфере не остается строго постоянным. Определение этого отношения для различных исторических периодов было проведено путем сравнения ожидаемых значений с истинными для предметов, возраст которых точно известен (например, для деревьев, возраст которых устанавливается по годичным кольцам).

Радиоуглеродное датирование пригодно лишь для установления возраста предметов «не старше» 40 000 лет. Количество изотопа С в более старых предметах обычно слишком мало и не поддается точному измерению. Для датирования более старых предметов можно использовать радиоактивные изотопы с большим периодом полураспада. Например, изотоп урана-238 с периодом полураспада 4,5×109 лет полезен для датирования воз¬раста пород по геологической шкале.