Кіріспе
Археология мен геологияда белгілі бір уақыт шкаласы бойынша жасты анықтау процесі – абсолюттік даталау. Кейбір ғалымдар «хронометриялық» немесе «календарлық даталау» терминдерін қолдануды ұсынады, себебі «абсолюттік» сөзі дәлдікке қатысты негізсіз сенімділік тудырады. Абсолюттік даталау салыстырмалы даталаудан өзгеше, ол жасы өлшенбей оқиғаларды тізбектеп реттейді, ал абсолюттік даталау сандық жас немесе жас диапазонын көрсетеді. Археологияда абсолюттік даталау көбінесе адамдар қолданған артефакттардың, ғимараттардың немесе басқа да заттардың материалдарының физикалық, химиялық және биологиялық қасиеттеріне, сондай-ақ белгілі жасы бар материалдармен (мысалы, монеталар мен тарихи жазбалар) байланысты негізделеді. Мысалы, қазба жұмысында табылған монеталарда оның жасалған күні көрсетілген болуы мүмкін, немесе монета туралы және оның қолданылған уақыты туралы жазбалар болуы мүмкін, бұл археологиялық ескерткішті нақты күнтізбелік жылмен байланыстыруға мүмкіндік береді. Абсолюттік даталау әдістеріне ағаш немесе сүйектерді радиокөміртекпен даталау, калий-аргондық даталау, сондай-ақ термолюминесценциялық даталау сияқты зарядталған бөлшектерді анықтау әдістері жатады. Тарихи геологияда абсолюттік даталаудың негізгі әдістері тау жыныстары мен минералдардағы элементтердің радиоактивті ыдырауын пайдалануды қамтиды, оның ішінде жас органикалық қалдықтардың изотоптық жүйелерінен (радиокөміртекпен даталау) бастап, Жердегі ең көне тау жыныстарының жасын анықтауға мүмкіндік беретін уран-қорғасынмен даталау сияқты жүйелерге дейін.
Absolute dating is the process of determining an age on a specified chronology in archaeology and geology. Some scientists prefer the terms chronometric or calendar dating, as use of the word "absolute" implies an unwarranted certainty of accuracy. Absolute dating provides a numerical age or range, in contrast with relative dating, which places events in order without any measure of the age between events. In archaeology, absolute dating is usually based on the physical, chemical, and life properties of the materials of artifacts, buildings, or other items that have been modified by humans and by historical associations with materials with known dates (such as coins and historical records). For example, coins found in excavations may have their production date written on them, or there may be written records describing the coin and when it was used, allowing the site to be associated with a particular calendar year. Absolute dating techniques include radiocarbon dating of wood or bones, potassium argon dating, and trapped charge dating methods such as thermoluminescence dating of glazed ceramics. In historical geology, the primary methods of absolute dating involve using the radioactive decay of elements trapped in rocks or minerals, including isotope systems from younger organic remains (radiocarbon dating with ) to systems such as uranium–lead dating that allow determination of absolute ages for some of the oldest rocks on Earth.
Радиометриялық әдістер
Радиометриялық жас анықтау радиоактивті изотоптардың белгілі және тұрақты түрде олардың радиогендік туынды изотоптарына ыдырау жылдамдығына негізделген. Нақты изотоптар минералдың немесе басқа материалдың құрамындағы атомдардың түрлеріне және оның шамамен жасына байланысты әртүрлі қолданулар үшін қолайлы. Мысалы, көміртек-14 сияқты мыңдаған жылдық жартылай өмірге ие изотоптарға негізделген әдістер миллиардтаған жылдармен өлшенетін материалдардың жасын анықтау үшін қолданыла алмайды, себебі радиоактивті атомдар мен олардың ыдыраған туынды изотоптарының анықтамалы мөлшері құралдардың қателігі шегінде өлшеуге тым аз болады.
Радиоуглеродтық даталау
Ең көп тараған және жақсы танымал абсолюттік даталау әдістерінің бірі – көміртек-14 (немесе радиокөміртек) даталау, ол органикалық қалдықтардың жасын анықтау үшін қолданылады. Бұл радиометриялық әдіс, себебі ол радиоактивті ыдырауға негізделген. Ғарыштық сәулелер Жер атмосферасына енген кезде көміртек-14 пайда болады, ал өсімдіктер көмірқышқыл газын сіңіретін кезде көміртек-14-ті де сіңіреді. Жануарлар өсімдіктермен қоректенгенде және хищниктер басқа жануарларды жегенде көміртек-14 тағам тізбегі бойымен өтеді. Өлгеннен кейін көміртек-14-ті қабылдау тоқтатылады. Көміртек-14-тің жартысы азотқа ыдырау үшін 5730 жыл қажет; бұл көміртек-14-тің жартылай өмір сүру мерзімі. Тағы 5730 жыл өткен соң, бастапқы көміртек-14-тің тек төрттен бірі ғана қалды. Ал тағы да 5730 жыл өткен соң, тек сегізден бірі қалды. Органикалық материалдағы көміртек-14 мөлшерін өлшеу арқылы ғалымдар заттың немесе экологиялық артефакттың органикалық материясының өлу уақытын анықтай алады.
Шектеулер
Көміртек-14-тің салыстырмалы түрде қысқа жартылай ыдырау мерзімі, 5730 жыл, күндерді анықтауды шамамен 60 000 жылға дейін ғана сенімді етеді. Бұл техника көбінесе археологиялық ескерткіштің күнін тарихи жазбалардан гөрі жақсырақ анықтауға мүмкіндік бермейді, бірақ басқа күндерді анықтау әдістерімен, мысалы, ағаш сақиналарын зерттеу арқылы калибрленгенде, нақты күндерді анықтау үшін өте тиімді. Археологиялық ескерткіштерден алынған көміртек-14 күндерін анықтаудағы қосымша мәселе "ескі ағаш" проблемасы деп аталады. Әсіресе құрғақ, шөлді климатта, өлі ағаштар сияқты органикалық материалдар адамдар оларды отын немесе құрылыс материалы ретінде пайдаланғанға дейін жүздеген жылдар бойы өздерінің табиғи күйінде қалуы мүмкін, содан кейін олар археологиялық жазбаның бір бөлігіне айналады. Осылайша, сол ағаштың күнін анықтау, от қашан жақылғанын немесе құрылыс қашан салынғанын көрсетпейді. Осы себепті көптеген археологтар радиокөміртектік күндерді анықтау үшін қысқа ғұмырлы өсімдіктердің үлгілерін пайдалануды қалайды. Бұл жағдайда, өте шағын үлгіден күнді анықтауға мүмкіндік беретін үдеткіш массалық спектрометрия (AMS) күндерді анықтау әдісінің дамуы өте пайдалы болды.
Калий-аргондық даталау
Бұрынғы кезеңдерді анықтау үшін басқа радиометриялық әдістер де қолбар. Ең көп қолданылатыны – калий-аргондық (K–Ar) даталау. Калий-40 – калийдің радиоактивті изотопы, ол аргон-40-қа ыдырайды. Калий-40-тың жартылай ыдырау периоды 1,3 миллиард жылды құрайды, бұл көміртек-14-тің жартылай ыдырау периодынан әлдеқайда ұзақ, сондықтан одан да көне үлгілерді анықтауға болады. Калий тау жыныстары мен минералдарда кең таралған, осылайша геохронологиялық немесе археологиялық қызығушылық тудыратын көптеген үлгілерді даталауға мүмкіндік береді. Аргон – инертті газ, ол радиоактивті ыдырау нәтижесінде түзілмесе, мұндай үлгілерге көбінесе қосылмайды. Анықталған мерзім нысанның соңғы рет қыздырылған уақытын көрсетеді, одан кейін тұтқынға алынған аргон кристалдық тордан шығып кете алады. K–Ar даталау геомагниттік полярлық уақыт шкаласын калибрлеу үшін пайдаланылды.
Термолюминесценция
Термолюминесценттік сынақ заттың соңғы рет қыздырылған уақытын анықтайды. Бұл техника барлық заттар қоршаған ортадан сәулеленуді сіңіретін принципіне негізделген. Бұл процесс минералдардағы электрондарды босатып, оларды заттың ішінде тұтқынға түсіреді. Затты 500 градус Цельсийден жоғары температураға дейін қыздырғанда тұтқынға түскен электрондар босап, жарық шығарады. Бұл жарықты өлшеу арқылы заттың соңғы рет қыздырылған уақытын анықтауға болады. Сәулелену деңгейі уақыт өте келе өзгеріп тұрады. Өзгермелі деңгейлер нәтижелерді қате көрсетуі мүмкін – мысалы, зат бірнеше жоғары сәулелену кезеңінен өткен болса, термолюминесценция заттың жасын шамадан тыс көне көрсетеді. Сондай-ақ, сынақ жүргізер алдында көптеген факторлар сынаманың бұзылуына себеп болуы мүмкін, мысалы, сынаманы жылуға немесе тікелей күн сәулесіне ұшырату электрондардың таралуына әкеліп, заттың жасын кішірейтуі мүмкін. Осы және басқа да факторларға байланысты термолюминесценцияның дәлдігі шамамен 15% құрайды. Оны жеке ғана алып, бір жердің жасын анықтау үшін пайдалануға болмайды. Дегенмен, ол заттың көнелігін растау үшін қолданылуы мүмкін.
Оптикалық стимуляцияланған люминесценция (OSL)
Оптикалық стимуляцияланған люминесценция (OSL) арқылы датирлеу шөгінді соңғы рет жарыққа қандай уақытта ұшырағанын анықтайды. Шөгінділер тасымалданатын кезде күн сәулесі люминесценция сигналын "нөлге" келтіреді. Көмілгеннен кейін шөгінді, минералдық түйіршіктер табиғи қоршаған ортаның сәулеленуінен біртіндеп иондалатын кезде люминесценция сигналын жинақтай бастайды. Қараңғыда мұқият сынама алу, шөгіндіні зертханада OSL сигналын шығару үшін жасанды жарыққа ұшыратуға мүмкіндік береді. Шығарылған люминесценция мөлшері шөгіндінің шөгіндіге түскеннен бергі уақытта алған эквиваленттік дозасын (De) есептеу үшін қолданылады, осы мәлімет доза жылдамдығымен (Dr) бірге жасын анықтауға пайдаланылады.
Дендрохронология
Дендрохронология немесе ағаш сақиналарын анықтау – ағаш сақиналарының (немесе жылдық қабаттарының) үлгілерін талдауға негізделген ғылыми әдіс. Дендрохронология көптеген ағаш түрлерінде ағаш сақиналарының қалыптасқан уақытын нақты күнтізбелік жылға дейін анықтай алады. Дендрохронологияның үш негізгі қолданыс саласы бар: палеоэкология, онда ол өткен шақтағы экологияның белгілі бір аспектілерін (ең бастысы – климатты) анықтау үшін қолданылады; археология, онда ол ескі құрылыстардың және басқа да нысандардың жасалған уақытын анықтау үшін қолданылады; және радиокөміртектік талдау, онда ол радиокөміртектік жас шамаларын калибрлеу үшін пайдаланылады (төменде қараңыз). Әлемнің кейбір аймақтарында ағаштың жасын бірнеше мың, тіпті ондаған мың жылға дейін анықтау мүмкін. Қазіргі таңдағы толыққанды расталған хронологияның максималды шегі – қазіргі уақыттан 11 000 жылдан сәл астам.
Амин қышқылдарының аралығы
Аминоқышқылдық талдау – палеобиология, археология, сот медицинасы, тафономия, шөгінді геология және басқа да салалардағы үлгінің жасын анықтауға қолданылатын әдіс. Бұл техника аминқышқыл молекулаларындағы өзгерістерді олардың пайда болған уақытына байланыстырады. Барлық тірі тіндерде аминқышқылдар болады. Глициннен басқа барлық аминқышқылдар (ең жайлысы) оптикалық белсенді, оларда асимметриялық көміртек атомы бар. Бұл аминқышқылдың екі түрлі конфигурациясы болуы мүмкін екенін білдіреді: "D" және "L", олар бір-бірінің көлеңкесі сияқты. Шамалы ерекшеліктерді ескерсек, тірі организмдер өздерінің барлық аминқышқылдарын "L" конфигурациясында сақтайды. Организм өлген кезде аминқышқылдардың конфигурациясын бақылау тоқтатылады, ал "D" мен "L" арақатынасы 0-ға жуық мәннен 1-ге жуық тепе-теңдік мәніне қарай өзгереді, бұл процеске рацемизация деп аталады. Осылайша, үлгідегі "D" мен "L" арақатынасын өлшеу арқылы организмнің қашан өлгенін бағалауға болады.