08.01.2021 13:54
for all
28 views
    
rating 5 | 2 usr.
 © Поліанна М

Ядерно-фізичні методи вивчення віку археологічних знахідок

Ядерно-фізичні методи вивчення віку археологічних знахідок

У повсякденному житті на питання «Коли це сталося?» відповідають календарі, годинники та секундоміри. Але що робити, якщо пройшло занадто багато часу? Наприклад, якщо щось трапилося так давно, що не було ще годинників та календарів – і навіть людей ще не було. Що робити, якщо спостерігач пропустив старт і бачить тільки фініш – давню скам`янілість, античну вазу, зірку на небі або постарілу клітку? Вчені придумали способи вимірювати час без годинника: на допомогу приходять температура, магнітні поля, ізотопи і молекули.

Спосіб перший: радіоізотопне датування

Час тече – радіоактивні ізотопи розпадаються. Якщо знаєш, яка частка ізотопу розпалася, – знаєш, скільки часу пройшло.

Щоб визначити приблизний вік археологічної знахідки з великою точністю, вчені застосовують радіоізотопне датування. Якщо в об`єкті є радіоактивний ізотоп, то, виходячи з періоду його напіврозпаду і того, яка частка ізотопу розпалася, можна обчислити вік об`єкта.


  • Ізотопи – різновиди одного і того ж хімічного елемента з різною кількістю нейтронів в ядрі. Бувають стійкі ізотопи, а бувають такі, що розпадаються з часом – радіоактивні.
  • Доповнити

Найзнаменитіший різновид цього методу – радіовуглецеве датування. Живі організми разом з їжею поглинають і звичайний вуглець 12С, і радіоактивний 14С. Але коли рослина або тварина помирає, воно перестає обмінюватися з навколишнім середовищем радіоактивним вуглецем. Залишившись в організмі, він поступово розпадається, а його залишкова частка стає показником віку.

Межа радіовуглецевого датування – 55000-60000 років. Але є інші ізотопи, які дозволяють зазирнути в минуле набагато далі. Їх теж застосовують для вимірювання віку. Наприклад, дуже зручний мінерал – циркон, його використовують для уран-свинцевого датування гірських порід. Циркон містить ізотопи урану, які потім розпадаються на ізотопи свинцю. Точкою відліку – аналогом моменту загибелі тварини для радіовуглецевого методу – вважають кристалізацію циркону при охолодженні лави. Є й інші методи: калій-аргоновий, аргон-аргоновий, свинець-свинцевий.

Приклад застосування радіоізотопного датування

У 1988 році багато шуму наробило повідомлення про радіовуглецеве датування знаменитої християнської святині – Туринської плащаниці. Традиційна версія говорить, що це полотно зберігає сліди крові розп`ятого Христа, тобто відноситься до I століття нашої ери. Але радіовуглецевий аналіз, проведений в трьох лабораторіях (Оксфордського університету, Університету штату Арізона і швейцарського Інституту технології), показав, що плащаниця значно молодша – років так на 1200-1300. Приблизно тоді ж, в 1353 році, зафіксована і перша згадка про святиню.

Спосіб другий: спектральний аналіз і гірохронологія

Як зрозуміти, скільки років зірці? Неможливо ж дотягнутися до неї і взяти шматочок для аналізу і датування. Так що доводиться лише дивитися, як вона світиться і крутиться.

Зірки старіють дуже нерівномірно: 90% життя вони не змінюються, а потім раптом різко починають трансформуватися. Уявити це можна так: людина досягла віку 3-4 років, потім 80 років не змінюється і потім за рік посивіє, згорбиться і помирає. Астрономи потрапили в скрутне становище: дуже складно визначити, скільки ж зірці років.

На щастя, багато що можна розгледіти, придивившись до її світла. Якщо розкласти спектр Сонця, вийде веселка з тонкими-тонкими чорними лініями. Це лінії поглинання, які відповідають різним хімічним елементам. За спектральними лініями поглинання можна судити про склад зірки. Але до чого тут вік? Справа в тому, що в процесі термоядерної реакції водень в зірці вигорає, а вміст гелію зростає. А значить, чим старша зірка, тим більше в ній гелію і менше водню, а побачити це можна за лініями поглинання в спектрі.


  • Зірка – це гігантський термоядерний реактор, в якому з ядер водню (тобто з протонів) синтезуються ядра гелію.
  • Доповнити

Крім того, вік зірки видає її період обертання. Молода зірка крутиться з деякою швидкістю, яка в міру дорослішання неухильно падає. Одна біда – важко побачити це обертання, потрібні дуже чутливі телескопи. Астрономи використовують як орієнтир сонячні плями. Але зі старими зірками працювати проблематично, тому що у них все менше і менше плям. Метод визначення віку зірок по обертанню називається гірохронологією.


  • Зірки, як і планети, обертаються навколо власної осі. Сонце, наприклад, робить один оберт за 30 днів.
  • Доповнити

Приклад застосування гірохронології

Спостерігати за обертанням зірок вченим допомагає космічний телескоп «Кеплер» – той самий, який знайшов уже тисячі екзопланет. Щоб відкалібрувати метод гірохронологіі, в 2011-му вчені з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики простежили за скупченням зірок NGC 6811, яким 1 млрд років. Виявилося, зірки цього скупчення здійснюють оберт навколо своєї осі приблизно раз в 10 днів, як і передбачав метод. Вчені вирішили простежити за старішими зірками скупчення NGC 6819, їм близько 2, 5 млрд років. І знову швидкість їх обертання збіглася з теоретичними розрахунками – метод спрацював. Але стрілки гірохронологіі все-таки доводиться підкручувати, вносячи коригування для різних груп зірок. Іноді вони крутяться не так, як пророкують розрахунки. Варто ослабнути магнітному полю, як зірка починає «молодитися» – пришвидшувати обертання навколо своєї осі.

Спосіб третій: палеомагнетизм

Кераміка та інші залізовмісні матеріали – це зламаний компас: вони показують магнітне поле Землі минулого. Тому намагніченість древніх знахідок може вказувати на їх вік.

Археологам часто трапляється в руки кераміка: розбиті тисячу років тому глиняні горщики, оскільки античних глечиків для вина, тарілки, які колись давно порошилися в шафі у наших предків, цегла... Виявляється, наука здатна розповісти, коли розкопану цеглу обпекли в печі або коли в стародавньому горщику останній раз варили кашу. Справа в палеомагнетизмі: при високих температурах залізовмісні матеріали на зразок глини намагнічуються, а остигаючи, немов би «запам`ятовують» напрямок і інтенсивність магнітного поля Землі в даний момент (вони ж постійно змінюються). Відомості, які зберегли горщик або піч в момент випалу, можна проаналізувати і порівняти з хронологічними шкалами зміни магнітного поля. Так вчені дізнаються вік давньої кераміки з похибкою всього в 10 років.


___________

Шкільний реферат з фізики для учнів 9 класу на тему «Ядерно-фізичні методи вивчення віку археологічних знахідок». Бажаю отримати 12 балів за повідомлення, есе, доповідь, реферат та проєкт в цілому.

Обговорення

Візьміть участь в обговоренні

  • Поскаржитись