Введение

Процесс определения возраста по определенной хронологии в археологии и геологии. Абсолютное датирование – это процесс определения возраста по определенной хронологии в археологии и геологии. Некоторые ученые предпочитают термины хронометрическое или календарное датирование, так как использование слова "абсолютный" подразумевает неоправданную уверенность в точности. Абсолютное датирование предоставляет числовое значение возраста или диапазон, в отличие от относительного датирования, которое устанавливает последовательность событий без определения промежутка времени между ними. В археологии абсолютное датирование обычно основывается на физических, химических и биологических свойствах материалов артефактов, зданий или других предметов, измененных человеком, а также на исторических связях с материалами с известными датами (например, монетами и историческими документами). Например, на монетах, найденных при раскопках, может быть указана дата их чеканки, или могут существовать письменные источники, описывающие монету и период ее использования, что позволяет соотнести местонахождение с конкретным календарным годом. Методы абсолютного датирования включают радиоуглеродный анализ древесины или костей, калий-аргоновое датирование и методы датирования, основанные на сохранении заряда, такие как термолюминесцентное датирование обожженной керамики. В исторической геологии основными методами абсолютного датирования является использование радиоактивного распада элементов, заключенных в горных породах или минералах, включая изотопные системы, применяемые к более молодым органическим остаткам (радиоуглеродный анализ), и системы, такие как уран-свинцовое датирование, позволяющие определять абсолютный возраст самых древних пород на Земле.

Радиометрические методы

Радиометрическое датирование основано на известной и постоянной скорости распада радиоактивных изотопов в радиогенные дочерние изотопы. Конкретные изотопы подходят для различных задач в зависимости от типов атомов, присутствующих в минерале или другом материале, и его предполагаемого возраста. Например, методы, основанные на изотопах с периодом полураспада в тысячи лет, такие как углерод-14, не могут быть использованы для датирования материалов, возраст которых исчисляется миллиардами лет, поскольку содержание радиоактивных атомов и их продуктов распада будет слишком малым для измерения с учетом погрешности приборов.

Радиоуглеродное датирование

Одним из наиболее широко используемых и известных методов абсолютного датирования является датирование по углероду-14 (или радиоуглеродное датирование), применяемое для определения возраста органических останков. Это радиометрический метод, поскольку он основан на радиоактивном распаде. Космическое излучение, проникающее в атмосферу Земли, образует углерод-14, который растения поглощают при фиксации углекислого газа. Углерод-14 распространяется по пищевой цепи, когда животные поедают растения, а хищники – других животных. После смерти поглощение углерода-14 прекращается. Половина углерода-14 распадается до азота за 5730 лет – это период полураспада углерода-14. Еще через 5730 лет останется лишь четверть первоначального количества углерода-14. А еще через 5730 лет – только одна восьмая. Измеряя содержание углерода-14 в органическом материале, ученые могут установить время смерти организма, содержащегося в артефакте или экофакте.

Ограничения

Относительно короткий период полураспада углерода-14, составляющий 5730 лет, делает датировку надежной только для образцов возрастом до примерно 60 000 лет. Этот метод часто не позволяет установить дату археологического объекта точнее, чем это позволяют исторические записи, но он весьма эффективен для получения точных дат при калибровке с другими методами датирования, такими как дендрохронология. Дополнительная проблема с датировкой по углероду-14, получаемой на археологических объектах, известна как проблема "старой древесины". Особенно в засушливых пустынных климатах органические материалы, такие как мертвые деревья, могут сохраняться в естественном состоянии на протяжении сотен лет, прежде чем их используют в качестве дров или строительных материалов, после чего они попадают в археологический контекст. Таким образом, датировка конкретного дерева не обязательно указывает на время горения костра или возведения постройки. По этой причине многие археологи предпочитают использовать для радиоуглеродного датирования образцы растений с коротким жизненным циклом. Разработка метода датирования с помощью ускорительной масс-спектрометрии (AMS), позволяющего получить дату по очень маленькому образцу, оказалась в этом отношении весьма полезной.

Датирование калия и аргона

Для более ранних периодов доступны другие методы радиометрического датирования. Одним из наиболее широко используемых является калий-аргоновое датирование (K–Ar датирование). Калий-40 – радиоактивный изотоп калия, распадающийся в аргон-40. Период полураспада калия-40 составляет 1,3 миллиарда лет, что значительно больше, чем у углерода-14, позволяя датировать гораздо более древние образцы. Калий широко распространен в породах и минералах, что позволяет датировать множество образцов, представляющих интерес для геохронологии или археологии. Аргон, являясь инертным газом, обычно не включается в состав таких образцов, за исключением случаев его образования непосредственно в образце в результате радиоактивного распада. Полученная дата указывает на время последнего нагрева объекта до температуры закрытия, при которой захваченный аргон может покинуть кристаллическую решетку. Метод K–Ar датирования использовался для калибровки шкалы геомагнитной полярности.

Термолюминесценция

Термолюминесцентный анализ также позволяет датировать предметы по времени последнего их нагрева. Эта техника основана на принципе, что все объекты поглощают излучение из окружающей среды. Этот процесс высвобождает электроны в минералах, которые остаются запертыми внутри предмета. Нагрев предмета до 500 градусов Цельсия или выше высвобождает захваченные электроны, что приводит к излучению света. Этот свет можно измерить, чтобы определить время последнего нагрева предмета. Уровни радиации не остаются постоянными со временем. Колебания уровней могут исказить результаты – например, если предмет подвергался воздействию нескольких периодов с высоким уровнем радиации, термолюминесцентный анализ покажет более древнюю дату. Многие факторы могут повлиять на сохранность образца до проведения анализа, а воздействие тепла или прямого света может привести к рассеиванию части электронов, что приведет к более молодой датировке предмета. Из-за этих и других факторов точность термолюминесцентного анализа составляет не более 15%. Его нельзя использовать для точной датировки объекта самостоятельно. Однако его можно использовать для подтверждения древности предмета.

Оптически стимулированная люминесценция (OSL)

Оптически стимулированное свечение (OSL) позволяет определить время последнего воздействия света на осадочный материал. В процессе транспортировки воздействие солнечного света обнуляет сигнал люминесценции. После захоронения осадок накапливает сигнал люминесценции, поскольку естественное фоновое излучение постепенно ионизирует минеральные зерна. Аккуратный отбор проб в темноте позволяет подвергнуть осадок воздействию искусственного света в лаборатории, что высвобождает сигнал OSL. Количество высвобождаемой люминесценции используется для расчета эквивалентной дозы (De), накопленной осадком с момента отложения, которую в сочетании со скоростью дозы (Dr) можно использовать для определения возраста.

Дендрохронология

Дендрохронология, или датировка по годичным кольцам деревьев, – это научный метод датирования, основанный на анализе закономерностей в годичных кольцах, также известных как кольца роста. Дендрохронология позволяет определять время формирования годичных колец во многих видах древесины с точностью до календарного года. Дендрохронология имеет три основных направления применения: палеоэкология, где она используется для изучения определенных аспектов прошлых экосистем (в первую очередь климата); археология, где она применяется для датировки древних построек и других объектов; и радиоуглеродная датировка, где она служит для калибровки радиоуглеродного возраста (см. ниже). В некоторых регионах мира возможно датировать древесину, возраст которой составляет несколько тысяч лет, а иногда и многие тысячи лет. В настоящее время максимальная продолжительность полностью установленных хронологий превышает 11 000 лет.

Датирование аминокислотами

Аминокислотное датирование – это метод датирования, используемый для оценки возраста образца в палеобиологии, археологии, судебной медицине, тафономии, осадочной геологии и других областях. Этот метод соотносит изменения в молекулах аминокислот с временем, прошедшим с момента их формирования. Все биологические ткани содержат аминокислоты. Все аминокислоты, кроме глицина (наиболее простого), оптически активны и имеют асимметричный атом углерода. Это означает, что аминокислота может существовать в двух различных конфигурациях – "D" или "L", являющихся зеркальными отражениями друг друга. За некоторыми важными исключениями, живые организмы поддерживают все свои аминокислоты в "L"-конфигурации. После смерти организма контроль над конфигурацией аминокислот прекращается, и соотношение D к L изменяется от значения, близкого к 0, к равновесному значению, близкому к 1 – этот процесс называется рацемизацией. Таким образом, измерение соотношения D и L в образце позволяет оценить время, прошедшее с момента гибели организма.