История и антиистория. Критика «новой хронологии» академика А.Т. Фоменко

Фоменко Анатолий Тимофеевич

Радиоуглеродная калибровочная кривая

Чтобы отвергнуть радиоуглеродный метод датировки А.Т. Фоменко, опять использует работу Олейникова А. (1971) и, кроме того, приводит ряд цитат о некоторых проблемах применения метода из работ Клейна Л.С. (1966) “Археология спорит с физикой”, опубликованных в журнале “Природа” № 2 и 3 в 1966 году, когда метод еще проходил проверку временем и далеко не все вопросы были решены. Естественно, что по мере совершенствования методики измерения активности стали прослеживаться некоторые расхождения между теоретическими предпосылками метода, основанными на законе радиоактивного распада радиоуглерода во времени в исследуемых образцах и экспериментальными результатами. Касаясь вопроса появившихся расхождений в датировках, А.Т. Фоменко также цитирует отдельные соображения Либби У.Ф. (1962, 1968) (автора указанного метода) из переведенных и опубликованных в популярных журналах “Наука и человечество” за 1962 год и “Курьер Юнеско” за 1968 год, о некоторых особенностях и возможностях метода и проблемах радиоуглеродного датирования различных образцов и не вникая в суть проблемы ставит под вопрос саму возможность применения метода для археологических и исторических исследований. Чтобы придать большую убедительность своим выводам, из книги Олейникова А. (1971) процитирован текст об изменении содержания углерода в атмосфере Земли за счет

выбросов в нее образующегося при сжигании топлива углекислого газа, где автор книги ставится вопрос: “какое влияние оказывает этот источник атмосферного углерода на повышение содержания радиоактивного изотопа? Эти неясности наряду с некоторыми затруднениями технического характера породили сомнения в точности многих определений, выполненных углеродным методом” (Олейников А. 1971, cтр. 65). Чего здесь больше: непонимания предмета или что-то другое? О каком повышении концентрации радиоуглерода в атмосфере Земли может идти речь, если ее, как указано в этом случае, разбавляет углекислый газ, в котором радиоактивный углерод давно распался? Достаточно красноречивы общие выводы А.Т.Фоменко: “другими словами, радиоуглеродный метод широко был применен там, где (со вздохом облегчения) полученные результаты трудно (а практически невозможно) проверить другими независимыми методами” (Фоменко А.Т. 1993. А результат радиоуглеродной датировки, показавший, что нижележащий образец в пещерных слоях оказался моложе вышележащего, позволяет А.Т. Фоменко и вовсе поставить крест на радиоуглеродном методе: “мы (имеется ввиду А.Т. Фоменко - В.А.) считаем, что какие-либо комментарии здесь излишни: картина ясна”.

В то же время, метод, к моменту его ниспровержения А.Т. Фоменко, успешно развивался и совершенствовалась методика радиоуглеродного датирования, удалось определить причины изменения в концентрации радиоуглерода в атмосфере Земли в прошлом и стало возможным не только устанавливать и уточнять возраст различных археологических находок, но и широко использовать радиоуглеродный метод в изучении многих природных процессах, о чем имелась масса серьезных научных публикаций. Мне представляется, что такое варварское обхождение с научно-обоснованными методами, признанными во всем мире, и дающими ценнейшую научную информацию, сродни размерам вреда, приносимыми вандалами при разграблении археологических памятников, как на это указывает академик А.Т. Фоменко.

Кратко остановимся на особенностях радиоуглеродного метода и его возможностях в исследовании природных процессов и в датировании исторических и археологических предметов.

Космические лучи, непрерывно бомбардируя земную атмосферу, являются причиной образования радиоуглерода - радиоактивного изотопа углерода ¹⁴С. Окисляясь до ¹⁴СО₂, он участвует в глобальном углеродном цикле как компонент СО₂. Благодаря фотосинтезу, молекулы ¹⁴СО₂ попадают в ткань растений. В растущих зеленых растениях уровень ¹⁴С остается примерно постоянным, из-за его непрерывного введения из атмосферы и его непрерывного распада. Обмен радиоуглерода с окружающей средой прекращается после смерти образца (или выхода его из обменных процессов), после чего ¹⁴С подвергается радиоактивному распаду, т.е. активность ¹⁴С в таком образце уменьшается по закону радиоактивного распада. Период полураспада ¹⁴С составляет 5730 лет. Таким образом, возраст исследуемого предмета, содержащего углерод, может быть определен путем измерения количества оставшегося ¹⁴С в образце, тем более, что активность ¹⁴С в живых материалах известна. Метод датирования органических остатков по ¹⁴С, открытый У.Ф. Либби и удостоенный в 1960 г. Нобелевской премии, прочно внедрился в практику археологических исследований. Измерения активности ¹⁴С в настоящее время широко проводятся в мире как с помощью классической b-распадной методики (сцинтилляционные и пропорциональные счетчики) (Дергачев В.А. и Векслер В.С. 1991), так и с помощью ускорительных масс-спектрометров (Purser K.H. 1992). Практический предел обоих методов составляет около 50 тысяч лет от современности. Конечно, отдельная радиоуглеродная датировка по точности уступает методу годичных колец. Лишь годичные кольца деревьев дают дату с точностью до года.

В настоящее время накоплен большой опыт систематической работы в определении возраста с помощью радиоуглеродного метода и установлены и объяснены физические эффекты, которые влияют на точность и могут давать искажения при радиоуглеродном датировании. Для того, чтобы возраст образца, определенный с помощью радиоуглеродного метода, перевести в календарный возраст, необходимо знать в довольно строгих пределах, во-первых, значение периода полураспада ¹⁴С; во-вторых, значение активности радиоуглерода в резервуарах углерода (в особенности, в атмосфере) и насколько эта резервуарная активность постоянна в пределах радиоуглеродной шкалы времени. Кроме того, необходимо исследовать, насколько полно и быстро происходит перемешивание радиоуглерода в резервуаре; насколько неизменны изотопные отношения углерода в образцах, исключая распад ¹⁴С, т.е. образцы относятся к закрытой системе или нет; насколько могут быть удалены загрязнения из образца, не изменяя активность ¹⁴С, а также учитывать коррекцию на изотопное фракционирование, т.е. тенденцию организмов преимущественно концентрировать более легкие изотопы ¹²С относительно ¹³С и ¹³С относительно ¹⁴С. И естественно, все измерения соответствующих уровней активности ¹⁴С должны быть выполнены с высокой степенью точности и воспроизводимости результатов измерений. Наиболее полно удается оценить и учесть возможные искажения возраста для древесных образцов.

В ранних работах использовалось значение периода полураспада ¹⁴С, равное 5568 ± 30 лет (Libby V.F. 1955), а позже после уточнения периода полураспада используют значение 5730 ± 40 лет (Godwin H. 1962). Различие между этими значениями составляет 3%, что легко учитывать при сопоставлении данных.

Естественный уровень концентрации ¹⁴С был нарушен в результате антропогенного воздействия: со второй половины прошлого века имеет место понижения уровня за счет сжигания ископаемого топлива (уголь, газ) (Suess H.E. 1955), не содержащего ¹⁴С; с конца 50-х годов нашего века началось резкое увеличение уровня ¹⁴С в земной атмосфере в результате наземных испытаний атомных устройств (Nydal R. 1968). В 1958 году было обнаружено в детальных измерениях (de Vries Hl. 1958), что и естественное содержание ¹⁴С может испытывать колебания на шкалах времени в несколько десятилетий с амплитудой до 2% над средним уровнем. В дальнейшем началось широкое исследование причин естественных вариаций концентрации ¹⁴С, связанных с солнечной активностью, напряженностью геомагнитного поля, вспышками сверхновых звезд (Suess H.E. 1965; Stuiver M. 1965; Константинов Б.П. и Кочаров Г.Е. 1965; Damon P.E. et al. 1966 и др.). Конечно, изменение концентрации ¹⁴С в земной атмосфере во времени затрудняет интерпретацию радиоуглеродных датировок. Требуется калибровка таких датировок, т.е. придание им исторического или календарного возраста. Это может быть сделано с помощью калибровочных кривых - графиков, описывающих соотношение в прошлом между календарными возрастами и измеренными радиоуглеродными датами. Заметим, что радиоуглерод датирует органическое вещество исследуемого материала, а не событие. В археологичесих исследованиях часто встречаются долгоживущие материалы, например, древесина может иметь возраст в сотни лет, и важно, из какого участка взят образец на датировку. Археолог должен тщательно привязать объект, из которого взят образец, к событию. При радиоуглеродном датировании для калибровки используют материалы, возраст которых установлен с помощью дендрохронологического метода. Трудами многих ученых были составлены повсеместно принятые теперь калибровочные кривые для радиоуглеродной датировки, основанные на датировке методом годичных колец дерева. Эта калибровка привела к некоторым фундаментальным новым датировкам в археологии. Так, благодаря калибровочной кривой установлено, что даты, полученные радиоуглеродным методом для археологических целей, омоложены начиная уже примерно с первых сотен лет до нашей эры, и омоложение тем большее, чем древнее исследуемый образец.

Время, прошедшее с момента прекращения обмена ¹⁴С с окружающими резервуарами - “радиоуглеродный возраст t”, определяют согласно формуле:

где A, A0 - соответственно активность ¹⁴С в образце на момент датирования и начальная активность в момент времени t0.

Определяемые радиоуглеродные даты выражают в годах от современности (BP - before present), которые определяются следующим образом: а) естественная удельная активность ¹⁴С устанавливается значением стандарта (NBS щавелевой кислоты), который соответствует активности древесины в 1950 году, определенной как 13,56 ± 0,07 распадов в минуту на грамм углерода; б) возраст выражается в годах от современности (BP) от “стандартного 1950 года” нашей эры (AD); в) возраст (в годах BP) рассчитывается, исходя из первоначально определенного значения периода полураспада радиоуглерода 5568 лет; г) активность ¹⁴С корректируется на изотопное фракционирование для изотопа ¹³С, равное – 25‰ (древесина, уголь); д) калиброванные даты обозначаются как “cal BC” (калиброванные до нашей эры) или “cal AD” (калиброванные даты нашей эры), иногда также используется обозначение “cal BP”, где cal BP = 1950 - cal AD = 1949 + cal BC. Таким образом, практически задача определения возраста сводится к тому, чтобы выделить углерод образца и эталона и перевести его в удобное для счета активности состояние.

Как указано выше, дендрохронологические календари получены для различных временных интервалов и даже перекрывают эпоху голоцена. Путем измерения содержания ¹⁴С в абсолютно датированных кольцах деревьев можно сконструировать калибровочную кривую, и, таким образом, учитывать отклонение возраста исследуемого археологического или исторического образца, полученного с помощью радиоуглеродного метода, от календарного. Первая калибровочная кривая, более или менее связывающая индивидуальные точки измерений содержания ¹⁴С в серии колец деревьев известного возраста, была опубликована в 1967 году (Suess H.E. 1967).

В 1970-х годах выяснилось, что полученные ранее результаты измерений активности ¹⁴С в различных образцах, в ряде случаев, отличаются противоречивостью и несопоставимостью. Учитывая большие потенциальные возможности радиоуглеродного метода для распространенных по всему земному шару корреляций событий в археологии, геологии, геохимии, геофизике и т.д., чрезвычайно важно было определить степень доверия для пользователей этим методом, независимо от того, в какой лаборатории произведен анализ или получены первые результаты. Все это настоятельно требовало проведения сравнительных анализов, получаемых различными лабораториями результатов измерений.

Надежность экспериментальных результатов по измерению активности ¹⁴С определяется точностью измерений и правильностью анализа получаемых результатов. Если точность выражается как стандартная ошибка измерения, которую может дать каждая конкретная лаборатория, то определение правильного значения измеряемой концентрации ¹⁴С связано с техникой подготовки образцов к измерениям, самим измерением, с точной фиксацией уровня лабораторных измерений этой концентрации ¹⁴С относительно международного стандарта, что и привело к необходимости широкомасштабного межлабораторного перекрестного сравнения, проверки качества и унификации радиоуглеродных измерений в каждой лаборатории. Такое сравнительное изучение, основанное на добровольном и анонимном участии в организованных, а затем ставших регулярными межлабораторных проверках было начато в 1979 году, а первые итоги подведены в 1982 году, повторное - с участием 50 радиоуглеродных лабораторий было начато в 1982-1983 гг., а затем стало правилом регулярное проведение межлабораторных проверок, результаты которых обсуждаются на регулярных международных конференциях по радиоуглероду, созываемых один раз в три года. Основные итоги первых перекрестных межлабораторных проверок радиоуглеродных лабораторий были опубликованы в 1990 году (Cross check ¹⁴С, 1990).

Участвовавшим в проверке лабораториям удалось получить оценки экспериментальной точности и правильности проводимых ими анализов на всех стадиях осуществления эксперимента: от подготовки образца к измерению до непосредственных результатов измерений. Был сделан объективный анализ, определен круг лабораторий, производящих измерения активности ¹⁴С с высокой точностью. Это дало возможность перейти к построению более детальных калибровочных кривых. В целом, развитие мастер-хронологий годичных колец тесно связано с развитием калибровки радиоуглеродной временной шкалы. С 1986 года все последующие генерации кривых были основаны на высокоточных измерениях (стандартное отклонение, как правило, не превышало ± 20 лет). В 1986 году была опубликована специальная калибровочная кривая, рекомендованная для калибровочных целей и основанная на измерениях активности ¹⁴С в блоках колец (по 20 лет) непрерывной серии дендрохронологических данных по остистой сосне и ирландскому дубу и покрывающую последние 9200 лет (Stuiver M. and Kra R.S. 1986). В 1993 году была опубликована вторая калибровочная кривая, включающая дополнительные данные измерений, и покрывающая полностью эпоху голоцена (Stuiver M. et al. 1993).