Радиоуглеродный метод датирования и его применение в археологии

всех живых организмов – углерод С
Три изотопа: 12С, 13С

и радиоактивный 14С (или радиоуглерод)

Радиоуглерод постоянно поглощается живыми организмами
и одновременно распадается происходит ОБМЕН

Если организм отмирает обмен прекращается
происходит ТОЛЬКО распад радиоуглерода
его содержание в организме постепенно снижается

это позволяет датировать остатки органического происхождения в диапазоне
200 – 50 000 лет

надежности метода – три основных процесса:


Постоянство
радиоактивного
распада;

Постоянная генерация
радиоуглерода

под
воздействием
космических лучей

3. Углеродный цикл Земли

концентрация радиоуглерода
Со смертью организма 14С выводится из цикла,
и поступление

радиоуглерода прекращается

С этого момента начальная концентрация (14С0) радиоуглерода в образце
начинает снижаться за счет радиоактивного распада

период полураспада (T) радиоуглерода был определен Либби как 5568 лет

Возраст образца (t) рассчитывается по формуле:

t = T/0,69 ln (14С0 / 14Ct)

где T – период полураспада радиоуглерода;
14С0 – начальная концентрация радиоуглерода (определяется экспериментально,
исходя из неизменности изотопного состава 14С в биосфере, путем измерения
концентрации 14С в современных объектах);
14Сt – концентрация радиоуглерода в образце (измеряется на счетчиках)

и т.п.)
необугленная (ветки, бревна, доски, плахи и пр.)
- земля, обогащенная

органикой

почва

очажные массы

культуровмещающие отложения

- торф или растительный детрит

- раковины моллюсков

- кости (все разновидности – зубы, рога, части скелета) и костный уголь

- нагар на обломках керамики

- текстиль

- собственно обломки керамики

- карбонаты

(конвенциональный)
С помощью ускорительной
масс-спектрометрии (AMS)
Все лаборатории России
В России нет, т.к. очень

дорогие прибор
и обслуживание

Для точных измерений
нужны большие образцы

Достаточно нескольких мг – первых грамм
образца (можно датировать даже зерна пыльцы)

При этом точность датирования одинакова в обоих способах
(одинаковая статистическая ошибка)

от 1950 года,
что выражается в русскоязычных текстах «14С

лет назад», в англоязычных – “BP”,
после указанного числа лет и доверительного интервала.

Например: 3450+40 14С лет назад или 3450+40 BP

При расчете радиоуглеродного возраста используется «период полураспада Либби»,
равный 5568 годам;

На самом деле, период полураспада 14С равен 5730 годам
(эти данные получены в Кембридже,
через годы после открытия метода и начала работы многих лабораторий).

Константа Либби используется для единообразия данных и возможности сравнения.

было показано, что:
I. Существуют вариации концентрации радиоуглерода во времени,
из-за колебаний магнитного

поля Земли, климата, солнечной активности

Подобные вариации учитываются при преобразовании радиоуглеродного возраста
в календарный, т.е. при калибровке дат.

II. Существуют вариации концентрации радиоуглерода в пространстве,
из-за наличия резервуаров радиоуглерода, таких как океаны, моря, реки, озера.

Для учета подобных вариаций необходимы тщательные дополнительные исследования,
для каждого конкретного резервуара

свои научные выводы (построения)
в категориях «до нашей эры /

нашей эры»

Радиоуглеродный возраст представляется в «годах назад»

Это – две разные временные шкалы!

При этом их разница НЕ ПОСТОЯННА
она меняется с течением времени вглубь веков

Нельзя переводить «годы назад» в «годы до н.э.» простым отъемом 2000 лет!!!

Следует пользоваться специально разработанным
калибровочными программами!!!

возраста
древесных колец долгоживущих сосен Pinus aristata
и других видов

деревьев построены надежные декадная
(измерялся радиоуглеродный возраст каждых 10 колец)
и бидекадная (20 колец) калибровочные кривые



10 колец

ряд ОБЩЕДОСТУПНЫХ калибровочных программ
Калибровочная программа (любая) производит преобразование радиоуглеродного
возраста

в календарный, рассчитывая вероятностное распределение
истинного возраста образца
При этом измеренный радиоуглеродный возраст сравнивается
с соответствующими значениями на калибровочной кривой

- Измерение активности как годичных колец,
так и образца имеет ограниченную точность
(доверительный интервал),
то есть мы получим временной интервал
календарных лет.
- Поскольку концентрация радиоуглерода
менялась со временем,
мы можем получить несколько
таких отрезков времени

Калиброванные радиоуглеродные даты следует
представлять как сalBC, calAD или calBP.
Приставка “cal” обозначает, что дата представляет собой результат калибровки.
AD/BC (anno domini/before Christ) соответствует обычной исторической хронологии
до н.э./н.э. BP (before present) обозначает годы до 1950 года, что тоже можно напрямую
сравнивать с календарными годами.

морей, озер, рек)
«Носители» резервуарного эффекта:
Морские млекопитающие
Раковины моллюсков
Кораллы
Рыба, обитающая в

водоемах
Прибрежные жители, поедавшие рыбу, моллюсков или морских зверей

Если 14С находится в пределах резервуара длительное время и отсутствует обмен
с атмосферой и перемешивание воды (время > периода полураспада), то снижается
концентрация 14С и происходит «старение» углерода.

Проблема: нет единого коэффициента для резервуар-эффекта;
для каждого резервуара определяется свой коэффициент

Примесь старого углерода снижает концентрацию 14С.
Это приводит к увеличению возраста образцов.

Решение: комплексное датирование

образца
(материал для датирования)
ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Отбор радиоуглеродных образцов
соотношение образца с
датируемым

объектом

Для датирования в лабораториях России требуется большое количество образца

Получаемый радиоуглеродный возраст
образца не всегда напрямую связан
с возрастом исследуемого события

Пример: датирование отложений,
вмещающих, подстилающих или
перекрывающих объект
(например, культурный слой);
Датирование многократно
использовавшихся объектов
(например, кострищ).

Собственный возраст образца

Переотложенные образцы

Разновозрастные компоненты образца

Контаминация (загрязнение) образца

Чем больше объем образца, тем выше точность измерений.
Это особенно важно при работе с молодыми образцами!

т.е. сыпучие или рыхлые образцы,
лучше отбирать в плотные полиэтиленовые пакеты

«на молнии» (zip-lock);
В полиэтилен также удобно заворачивать древесину.
Нельзя отбирать торф или почву в фольгу !!! Кислая среда разъедает
фольгу, и целостность упаковки нарушается ! Кроме того, с таким образцом
неприятно работать.
Образцы угля удобно отбирать в одноразовые пластиковые контейнеры
(как для салатов в супермаркетах);
Не надо отбирать угольки в пачки из-под чая и сигарет !!!
Образцы нагара лучше оставлять прямо на обломках керамики;
В случае большого количества нагара можно соскрести его
в маленький zip-пакетик.
Кости можно отбирать в большие полиэтиленовые пакеты.
Образцы лучше не «вылеживать» в подвалах или складах, а доставлять их
в лаборатории. Аналитикам сложно делать образцы, которых у них нет!

ВСЕ ОБРАЗЦЫ ДОЛЖНЫ БЫТЬ СНАБЖЕНЫ ЭТИКЕТКОЙ С УКАЗАНИЕМ
ПАМЯТНИКА, МАТЕРИАЛА, ПОЛОЖЕНИЯ ОБРАЗЦА (ПРИВЯЗКИ), И АВТОРА

доски, кора, тлен)
Образец, имеющий
собственный возраст
Отбирать следует внешние 10-20
колец; кору

не брать.

всегда имеют собственный возраст,
так как их накопление занимает
длительное

время;
имеет смысл делать «растяжку» дат

одной стороны, высокая скорость роста торфа позволяет проводить детальное
датирование многослойных

поселений;
С другой стороны, торф состоит из растительных остатков, которые могут иметь
разный возраст;
Подобные противоречия разрешаются с помощью анализа ботанического состава
остатков растений в торфе.

Растительный детрит
зачастую содержит
переотложенный
материал

костный уголь
- нагар на обломках керамики
- собственно обломки керамики
Наиболее надежные

материалы для датирования:

Ненадежный материал:

Из-за наличия примесей в тесте керамики, количественное значение которых
мы не можем оценить (обломки раковин, озерный ил и пр.)

Минус – малые количества

Минус – возможный резервуарный эффект,
который учитывается посредством комплексного датирования

Этот материал позволяет осуществлять прямое датирование объектов

Благодаря хорошо отработанной методике очистки коллагена (костный белок,
по которому получают даты), даты по костному материалу можно считать
одними из самых надежных для датирования археологических объектов

погрешность
В ГОДАХ НАЗАД

в скобках – индекс и номер лаборатории.
Например: 1750+40

лет назад (ГИН-13546)

Дальше радиоуглеродные даты можно
калибровать

Это делать обязательно, если результаты
исследования представляются в параметрах
«до н.э./н.э.»

задачам исследования;
При калибровке каждой даты возникает большой информационный шум,
от

которого можно избавляться посредством использования различных
операций

Пример: датирование начального этапа неолитизации Волго-Окского междуречья
(переход от бутовской мезолитической к верхневолжской ранненеолитической
культуре)

Радиоуглеродные даты

Калибровка всего массива дат
(опция Sum Probability Distributition)