Радиоуглеродный метод датирования и его палеогеографическое значение.
Среди геохронометрических методов, позволяю возраста в годах, наиболее точным и распространенным является радиоуглеродный анализ, изобретенный в 50-х годах прошлого века американским физиком Уиллардом Либби, которому за это изобретение была присуждена нобелевская премия. Основан метод на том, что после гибели организма прекращаются обменные процессы и более не происходит поглощения им радиоактивного изотопа 14С, распадающегося с течением времени. Измеряя оставшееся содержание радиоактивного изотопа 14С, можно оценить количество лет, прошедших с момента гибели этого организма. В отличие от обычного стабильного изотопа 12С, радиоуглерод 14С образуется в атмосфере при бомбардировке атомов азота нейтронами космического излучения. Период его полураспада 5730+-40 лет, так что по истечении 50 тыс. лет остаётся лишь 0,2% от изначального количества атомов этого изотопа. На возраст древних образцов резко влияет загрязнение более молодым углеродом (гуминовыми кислотами, корнями растений, посторонними карбонатами etc), который приводит к кажущемуся занижению возраста образца поэтому достоверный предел датирования для карбонатных образцов не превышает 35-40 тыс. лет, а для органики - 45-50 тыс. лет, однако, при применении особой очистки, можно увеличить предел датирования до 60 тыс. лет. Радиоуглеродный возраст отсчитывается лабораториями от 1950 г., например, в виде 14С— 14 450±200 лет. Число после знака "плюс-минус" означает статистическую ошибку измерения. При датировании древних образцов (более 30 тыс. лет) она составляет уже от 700 до 3000 лет. Для образцов на пределе возможностей метода обычно указывается как запредельный возраст например≥45 000 лет.
При этом, конечно, не учитывается вполне возможная ошибка геолога, который взял образец из смеси разновозрастной органики или недостаточно глубоко расчистил обнажение для взятия пробы, и древний слой оказался пронизан корнями и корешками современных растений, внёсшими современный 14С в древнюю пробу. Для древних образцов небольшая примесь современного углерода может резко занизить определяемый возраст.
Наилучшие результаты получаются при датировании непереотложенных растительных остатков, например пней деревьев in situ, остатков трав в лёссе или хрупких веточек в торфе, а также трупов мамонтов и угольков от пожаров.
Гораздо сомнительнее датировки обломков древесины, которая могла путешествовать тысячи километров перед захоронением, или еще хуже — раковин моллюсков, т.к. примесь этих переотложенных образцов может удревнить определяемый возраст. Эти затруднения часто встречаются при сжигании больших объемов органического углерода, например детрита или раковин моллюсков.
Менее подвержена влиянию загрязнений молодым или переотложенным углеродом современная модификация радиоуглеродного датирования — AMS-метод (метод ускорительной масс спетрометрии), т. е. анализ миллиграмовых количеств углерода с помощью масс-спектрометрии на ускорителях. Эта дорогостоящая разновидность метода позволяет анализировать отдельные травинки, раковинки фораминифер или даже пыльцевые зерна, что, возможно, повышает уверенность в качестве датируемого материала. Но сами мелкие остатки органических остатков могут быть легко переотложены, что приводит к искажению возраста.
Необходимо помнить, что лабораторные значения радиоуглеродного возраста не равны значениям астрономического (иногда называемого истинным или «календарным») возраста, которые можно получить по тем же слоям другим методом, например, путём подсчета годичных колец деревьев и слойков гренладских кернов. И чем древнее образец, тем это расхождение больше. Уже на границе плейстоцена и голоцена радиоуглеродный возраст 10 300 л. н. отличается на 1 200 лет от так называемого «календарного» (астрономического) возраста 11500 л. н., полученного подсчетом слойков льда в гренландских кернах. На уровне 25-30 тыс. л.н. разница достигает 3-4 тыс. лет. До 50 тыс. лет имеются калибровочные кривые, которые используются для перевода радиоуглеродного возраста в «календарный». Для более древних дат таких кривых пока нет, поскольку очень трудно учесть колебания содержания радиоактивного углерода в атмосфере, которая зависит от скорости перемешивания углерода в углеродном резервуаре и от вариаций магнитного поля Земли, влияющих на поток космического излучения и продукцию радиоактивного углерода.
Несмотря на эти ограничения, радиоуглеродное датирование является самым распространенным геохронометрическим методом, позволяющим сравнивать геологические события последних 50 тыс. лет по всей планете.
Следует отметить, что при корреляциях не следует полагаться на единичные датировки из-за вполне возможных ошибок опробования или лабораторного измерения. Но даже при условии большой ошибки измерения, серии радиометрических датировок можно использовать в качестве корреляционных меток возраста отложений и палео-событий. Надежность корреляции резко возрастает с увеличением числа датированных образцов. [2]
Радиоуглеродный метод представляет огромное значение для палеогеографии. Как уже отмечалось выше, во введении, определение возраста горных пород может проводиться методами относительной и абсолютной хронологий. Методы относительной хронологии позволяют определить возраст пород только на уровне моложе - древнее. На начальном этапе исследований этого может быть достаточно, но без привязки к абсолютному возрасту теряется громадное количество информации.
История исследования четвертичного периода знает немало примеров некорректных палеореконструкций, связанных с отсутствием данных об абсолютном возрасте. В частности, метод коррелятных отложений часто слабо применим в виду прерывистости залегания маркирующего горизонта и ведёт к неверной хронологической привязке какого-либо пласта (например моренных отложений). Что ведёт за собой искажение всех последующих выводов. Радиоуглеродный же метод не позволяет допускать таких ошибок.
Без радиоуглеродного метода немыслимы геохронологическая шкала позднего неоплейстоцена, сколь бы то ни было точные реконструкции изменений климата и его прогноз.
Тот же, вышеупомянутый, метод коррелятных отложений не способен выделить одновозрастные отложения на больших расстояниях и, особенно, в пределах различных материков, не говоря уж о различных полушариях. А без выделения оных невозможно судить о взаимосвязях изменений климата с рельефообразующими процессами.
По мере развития методов и методики радиоуглеродного датирования растут точность определения возраста, пределы датирования, уменьшается количество необходимого углерода в образце.
Также, по мере увеличения количества датированных образцов растёт и точность палеогеографических реконструкций, нивелируя тем самым, возможные нарушения метода отбора проб, их обработки и других факторов, влияющих на достоверность данных.
Некоторые исследователи делают попытки поставить под сомнение научную пригодность радиоуглеродного метода. В частности, в цикле книг под общим названием «Новая хронология» Носовский Г. В., Фоменко А. Т. [5], ставят под сомнение весь метод, основываясь на выводах, сделанных на основе единичных датировок, опровергающих некоторые постулаты исторической парадигмы.
В защиту своей позиции эти авторы книги 1999 года издания приводит размышления о большом количестве факторов, чьё влияние на точность радиоуглеродных датировок невыяснено, тогда как в монографии Арсланова Х.А. (1987г) все эти вопросы рассмотрены и приведены расчеты построения калибровочных шкал [1].
Как и любой другой метод исследования, радиоуглеродный имеет свои пределы и ограничения. Но известно, что ошибки систематические можно убрать методом ввода поправок, а грубые нивелировать увеличением количества измерений. В частности в этом и заключается цель данной работы – путём сбора и систематизации как можно большего количества датировок повысить точность решений палеогеографических задач.