Узнайте, какой элемент образуется в результате полураспада углерода 14 и как это влияет на радиоуглеродную датировку. Читайте статью на NOCFN.
Cодержание
Углеро́д-14 (14C), также известный как радиоуглеро́д или радиокарбо́н, является радиоактивным изотопом углерода с атомным номером 6 и массовым числом 14. Он является одним из природных радиоактивных изотопов.
Открытие
Первые указания на существование углерода-14 были получены в 1936 году британскими физиками У. Бёрчем и М. Голдхабером. Они облучали медленными нейтронами ядра азота-14 и обнаружили реакцию 14N(n, p)14C. В 1940 году американские физики Мартин Дэвид Кеймен и Самуэл Рубен смогли выделить углерод-14, облучая графитовую мишень дейтронами в реакции 13C(d, p)14C. Период полураспада углерода-14 был установлен позже, и современное рекомендованное значение составляет 5,70 ± 0,03 тыс. лет.
Образование
Углерод-14 образуется в верхних слоях тропосферы и стратосфере в результате поглощения атомами азота-14 тепловых нейтронов, которые являются результатом взаимодействия космических лучей и вещества атмосферы. Существуют и другие реакции, создающие космогенный углерод-14 в атмосфере, такие как 13C(n,γ)14C и 17O(n,α)14C, но их скорость образования ниже из-за меньшей распространённости исходных нуклидов и меньших сечений реакции.
Наибольшее образование углерода-14 происходит на высоте от 9 до 15 км на высоких геомагнитных широтах, затем он равномерно распределяется по всей атмосфере. В секунду над каждым квадратным метром земной поверхности в среднем образуется от 16 400 до 18 800 атомов углерода-14, в зависимости от солнечной активности и других факторов. Обнаружены резкие и короткие увеличения скорости образования 14C, предположительно связанные с мощными солнечными вспышками или гамма-всплесками, такими как событие в 774 году н.э., когда в атмосфере возникло в три с лишним раза больше радиоуглерода, чем обычно образуется за год.
Распад углерода-14
Углерод-14 распадается по схеме:
| 14С | → | 14N | + e- | + e. |
|---|
Период полураспада углерода-14 составляет около 5700 лет. После смерти организма перестает поступать углерод-14 извне, и концентрация радиоактивного изотопа в организме начинает падать со временем.
Радиоуглеродная датировка
Углерод-14 применяется в радиоуглеродной датировке. В атмосфере Земли устанавливается равновесие между образующимся радиоактивным изотопом 14C и его распадом. Растения и животные постоянно обмениваются углеродом с атмосферой, поэтому в живых организмах концентрация радиоактивного изотопа 14C поддерживается на постоянном уровне. При гибели организма поступление углерода-14 прекращается, и концентрация углерода-14 начинает падать с периодом полураспада 5700 лет. Используя радиоуглеродный метод, можно определить время гибели живого организма.
Совместный анализ содержания углерода-14 и прироста колец в деревьях (дендрохронология) позволил провести датировку различных событий за последние 100000 лет. С помощью радиоуглеродного метода установлены периоды оледенения в истории Земли, изменение солнечной активности и возраст древних культур.
Радиоуглеродная датировка
Туринская плащаница, наскальные рисунки на острове Сулавеси и Тирольский ледяной человек (Эци) — что их объединяет? Их возраст оценили с помощью радиоуглеродного метода. Радиоуглеродная датировка позволяет определить время гибели организма и датировать различные артефакты, такие как произведения искусства.
Углерод-14 образуется в атмосфере из азота-14 под воздействием космических лучей. Растения поглощают углерод-14 из атмосферы в процессе фотосинтеза, а затем этот углерод-14 передается по пищевой цепочке животным и людям. После смерти организма углерод-14 перестает обновляться, и его концентрация начинает падать со временем. Измеряя радиоактивность углерода-14 в образцах, можно определить время их гибели и датировать исторические события.
Существует два основных метода радиоуглеродной датировки: измерение радиоактивности 14C с помощью счётчиков и определение содержания изотопа на ускорительном масс-спектрометре. Предельный возраст образца, который можно датировать, составляет около 70 тысяч лет, но на практике точность датировки снижается после примерно 50 тысяч лет.
Радиоуглеродная датировка является важным инструментом в археологии и геологии, позволяя установить возраст различных материалов и событий на планете.
