§ 3. Радиоуглеродный метод датировки

Идея Либби

«Вскоре после окончания второй мировой войны американец Уилард Фрэнк Либби опубликовал открытие, стяжавшее ему мировую славу и ныне увенчанное Гуггенгеймовской и Нобелевской премиями. Изучая взаимодействие искусственно получаемых нейтронов с атомами азота, Либби пришел к выводу (1946г.), что и в природе должны происходить такие же ядерные реакции, как в его опытах; нейтроны, выделяющиеся под воздействием космических лучей в атмосфере Земли, должны поглощаться атомами азота, образуя радиоактивный изотоп углерода — C¹⁴. Этот радиоактивный углерод примешивается в небольшом количестве к стабильным изотопам углерода C¹² и C¹³ и вместе с ними образует молекулы углекислого газа, которые усваиваются организмами растений, а через них и животных, в том числе человека. Они должны быть как в тканях, так и в выделениях живых организмов.

Когда удалось (1947г.) уловить слабую радиоактивность зловонных испарений метана у сточных вод Балтимора, это явилось первым подтверждением догадки Либби. Затем была установлена радиоактивность растущих деревьев, морских раковин и пр. (1948-1949гг.). Как и всякий радиоактивный элемент, радиоактивный изотоп углерода распадается с постоянной, характерной для него скоростью. Поэтому его концентрация в атмосфере и биосфере непрерывно убывала бы (по Либби, вдвое за каждые 5568 лет), если бы убыль не пополнялась столь же непрерывно новообразованием C¹⁴ в атмосфере. Сколько убывает, столько и прибывает (откуда это известно? — Авт.)

Но в эту удивительную взаимоуравновешенность и соразмерность природы врезается аккорд дисгармонии. Его вносит смерть. После смерти организма новый углерод в него уже не поступает (из воздуха в тело растения, с питанием в тело животного) и уменьшение концентрации C¹⁴ не восполняется радиоактивность мертвого органического тела (трупа, древесины, угля и т.п.) неудержимо падает — и что самое важное — со строго определенной скоростью!

Значит, достаточно измерить, насколько уменьшилась удельная радиоактивность умершего организма по сравнению с живыми, чтобы определить, как давно этот организм перестал обновлять свои клетки — как давно срублено дерево, подстрелена птица, умер человек. Конечно, это нелегко: радиоактивность природного углерода очень слаба (даже до смерти организма — один атом C¹⁴ на 10 млрд. атомов нормального углерода). Однако Либби разработал средства и приемы измерения и пересчета — так появился радиоуглеродный метод определения возраста древних объектов» ([б1], стр. 52-53).

Обсудим же подробнее физические основы радиоуглеродного метода датировки.

Физические основы радиоуглеродного метода 

Атмосферу Земли пронизывают нейтроны, плотность потока которых меняется с высотой и геомагнитной широтой. Так, например, максимальное количество нейтронов находится на высоте примерно 12 км, а вблизи поверхности Земли плотность потока нейтронов уменьшается до нуля. На широте Парижа плотность этого потока (на равной высоте) в три раза больше его потока на широте Алжира (см. [65], стр. 138-139).

Отсюда можно сделать три вывода:

1) нейтроны возникают в стратосфере под действием космических лучей, т.е. представляют собой вторичные частицы космического излучения;

2) первичные космические лучи, порождающие нейтроны, являются потоком заряженных частиц;

3) возникшие нейтроны почти немедленно поглощаются газами воздуха, так что до поверхности Земли доходит их ничтожное количество.

Число нейтронов в минуту, возникающих в земной атмосфере, равно (см. [65] стр. 139) приблизительно 6x10²⁰ нейтронов/мин с ошибкой ±25%.

Таким образом, каждую минуту на Земле возникает от 4,5х10²⁰ до 7,5х10²⁰ нейтронов. Эти нейтроны сталкиваются с атомами атмосферного азота и кислорода, вступая с ними в ядерную реакцию. «Сравнительно небольшое число нейтронов достигает поверхности Земли, и резонно предположить, что каждый нейтрон, рождаемый космическими лучами, создает атом радиоуглерода, следовательно, скорость образования нейтронов равна скорости образования радиоуглерода. Это составляет примерно 7,5 кг радиоуглерода в год» ([65], стр. 104).

Период полураспада радиоуглерода C¹⁴ равен примерно 5600 лет, так что 1% радиоуглерода распадается примерно за 80 лет.

Отсюда легко определить, что равновесное количество C¹⁴ на Земле составляет примерно 60 тонн (с ошибкой ±25%, т.е. от 45 до 75 тонн). Это означает, что в современном образце один атом радиоуглерода приходится на 0,8х10¹² атомов обыкновенного углерода, откуда следует (см. [65], стр. 143), что в одном грамме природного углерода происходит в среднем 15 распадов в минуту.

Образовавшийся радиоуглерод перемешивается в атмосфере, поглощается океанами и усваивается организмами. Сфера распространения углерода называется обменным углеродным резервуаром. Он состоит (см. [63], стр. 30) из атмосферы, биосферы, поверхностных и глубинных океанических вод. Если принять содержание углерода в биосфере за 1, то атмосфера будет содержать 2 единицы, почва и поверхностные воды океана — по 3 единицы, а глубинные воды океана — 120 единиц. Таким образом, подавляющая масса углерода похоронена в глубине океана.

«Под радиоуглеродным возрастом подразумевается время, прошедшее с момента выхода объекта из обменного фонда до момента измерения C¹⁴ в образце» ([63], стр. 32).

Гипотезы, лежащие в основе радиоуглеродного метода 

Идея измерения радиоуглеродного возраста очень проста. Для этого достаточно знать:

1) содержание радиоуглерода в объекте в момент выхода объекта из обменного фонда;

2) точный период полураспада радиоуглерода C¹⁴.

После этого, взяв достаточный объем образца, следует измерить количество радиоуглерода в настоящий момент и простым вычитанием и делением вычислить время, которое прошло с момента выхода объекта из обменного резервуара до момента измерения. Однако на практике эта простая идея встречается со значительными трудностями. Во-первых, что значит «момент выхода объекта из обменного резервуара»? Первоначальная гипотеза Либби состояла в том, что этот момент совпадает с моментом смерти объекта. Не говоря уже о том, что момент смерти может отличаться от момента, интересующего историков (например, кусок дерева из гробницы фараона может быть срублен значительно раньше времени постройки гробницы), ясно, что отождествление момента выхода объекта из обменного резервуара с моментом смерти верно только в «первом приближении», так как после смерти обмен углерода не прекращается, он лишь замедляется, приобретая другую форму, и это обстоятельство необходимо учитывать.

Известно (см. [63], стр. 31) по крайней мере три процесса, протекающие после смерти и приводящие к изменению содержания радиоуглерода в образце:

1) гниение органического образца;

2) изотопный обмен с посторонним углеродом;

3) абсорбция углерода из окружающей среды.

Эйткин пишет: «...единственно возможный тип разложения — это образование окиси или двуокиси углерода. Но этот процесс не имеет значения, так как он связан только с уходом углерода» ([65], стр. 149). По-видимому, здесь Эйткин имеет в виду, что, поскольку окисление изотопов углерода происходит с одинаковой скоростью, оно не нарушает процентного содержания радиоуглерода. Однако в другом месте он пишет: «Хотя C¹⁴ в химическом отношении идентичен C¹², его больший атомный вес непременно проявляется в результате процессов, имеющих место в природе, механизм обмена между атмосферным углекислым газом и карбонатом океана обусловливает несколько большую (на 1,2%) концентрацию C¹⁴ в карбонатах; наоборот, фотосинтез атмосферной углекислоты в растительном мире Земли приводит к несколько меньшей (в среднем на 3,7%) концентрации C¹⁴ в последнем» ([65], стр. 159).

Ссылаясь на Крега, Эйткин (см. [65], стр. 143) сообщает, что меньше всего радиоуглерода в биосфере и гумусе и больше всего (на 4,9%) в неорганических веществах в морской воде. Нам неизвестно, каково различие в скорости окисления изотопов углерода при процессах гниения, но данные Крега заставляют полагать, что это различие должно быть вполне заметно, во всяком случае, процесс окисления углерода является обратным процессом к процессу его фотосинтеза из атмосферного газа, и потому изотоп C¹⁴ должен окисляться быстрее (с большей вероятностью), чем изотоп C¹². Следовательно, в гниющих (или гнивших) образцах концентрация радиоуглерода C¹⁴ должна уменьшиться (т.е. они должны «постареть»).

Другие возможности обмена углерода между образцами и обменным резервуаром, по-видимому, вообще трудно количественно учесть. Считается, что «наиболее инертны обугленное органическое вещество и древесина. У известковой части костей и карбонатов раковин, наоборот, часто наблюдается изменение изотопного состава» ([63].стр. 31). Поскольку учет возможного обмена углерода, таким образом, практически нереален, при измерениях его фактически игнорируют. Стандартные методики радиоуглеродных измерений обсуждают в лучшем случае лишь способы очистки образца от постороннего радиоуглерода и причины возможного загрязнения образца. Например, советский специалист С.В. Бутомо ограничивается утверждением, что «обугленное органическое вещество и хорошо сохранившаяся древесина в большинстве случаев достаточно надежны» ([63], стр. 31) а Эйткин к этому добавляет, что «При работе с любым образцом надо тщательно очистить его от чужеродных корешков и волокон, а также обработать кислотой, чтобы растворить всякие осадочные карбонаты. Для удаления гумуса можно промыть образец в щелочном растворе» ([65], стр. 149).

Обратим внимание, что вопрос, не меняет ли эта «химическая очистка» содержания радиоуглерода, даже не ставится.

Изменение содержания радиоуглерода в обменном фонде 

Вторая гипотеза Либби состоит в том, что содержание радиоуглерода в обменном резервуаре не меняется со временем. Эта гипотеза также, конечно, неверна, и эффекты, влияющие на изменение с течением времени содержания радиоуглерода в обменном фонде, необходимо учитывать.

Если в момент смерти объекта содержание радиоуглерода в обменном резервуаре отличалось от современного на 1%, то при расчете возраста такого образца возникнет ошибка примерно на 80 лет; 2% дадут ошибку на 160 лет и т.д. Отклонение в 10% даст ошибку в возрасте на 800 лет, а при еще больших отклонениях линейный закон нарушится и отклонение, скажем, в 20% приведет к ошибке в определении возраста не на 1600 лет, а на 1760 лет.

Эйткин указывает следующие эффекты, влияющие на содержание радиоуглерода в обменном резервуаре:

1) изменение скорости образования радиоуглерода (в зависимости от изменения интенсивности космического излучения);

2) изменение размеров обменного резервуара;

3) конечная скорость перемешивания между различными частями обменного резервуара;

4) разделение изотопов в обменном резервуаре. Он замечает, что .»определенные данные, касающиеся пунктов «а» и «б», трудно получить иным способом, кроме измерений на образцах, достоверно датированных другими методами» ([65], стр. 153).

Существуют, кстати сказать, еще два современных эффекта, изменяющих нынешнюю концентрацию радиоуглерода. Это увеличение содержания радиоуглерода вследствие экспериментальных взрывов термоядерных бомб и уменьшение этого содержания (т.н. «эффект Зюсса») за счет сжигания ископаемого топлива (нефть и уголь, содержание радиоуглерода в которых вследствие их древности должно быть ничтожным).

Изменение скорости образования радиоуглерода (пункт «а») пытались оценить многие авторы. Так, например, Крауэ исследовал «исторически надежно датируемые материалы» и показал, что существует корреляция между ошибкой радиоуглеродного датирования и изменением магнитного поля Земли. По его вычислениям, удельная активность менялась вокруг средней величины с 600 г. н.э. по настоящее время в пределах ±2%, причем максимальные изменения происходили каждые 100-200 лет (см.[63], стр. 29). «По-видимому, изменения космического излучения происходили и раньше, но ввиду кратковременности значение этих флуктуаций трудно учитывать. На основании совпадения вычисленного значения удельной активности углерода, а также на основании сходимости возраста морских осадков, определенного по не зависимым друг от друга углеродному и иониевому методам, можно считать, что интенсивность космического излучения за последние 35 000 лет была постоянной в пределах ±10—20%» ([63], стр. 29).

Напомним, что «постоянство» на 20% означает ошибку в определении возраста на 1760 лет! Изменение обменного резервуара (пункт «б») определяется в основном колебаниями уровня океана. Либби (см. [65], стр. 157) показал, что снижение уровня моря на 100 м уменьшает размеры резервуара на 5%. А если при этом за счет понижения температуры (скажем, из-за оледенения) уменьшилась концентрация растворенного карбоната, то общее уменьшение углерода в обменном фонде могло доходить до 10%.

В отношении скорости перемешивания (пункт «г») имеющиеся данные несколько противоречивы. Например, Фергюссон (см. [65], стр. 158) на основании исследования радиоактивности годичных колец деревьев полагает, что перемешивание идет довольно быстро и среднее время, в течение которого молекула углекислого газа находится в атмосфере до перехода в другую часть резервуара, составляет не более 7 лет. С другой стороны, во время испытаний водородных бомб образовалось около полутонны радиоуглерода, что мало влияет на общую массу радиоуглерода (в 60 тонн). Тем не менее в 1959 г. активность образцов увеличилась на 26%, а к 1963г. увеличение достигло даже 30%. Это четко свидетельствует в пользу слабой перемешиваемости. Полное перемешивание воды в Тихом океане происходит (по оценке Зюсса) примерно за 1500 лет, а в Атлантическом океане (по оценкам Олсона и Брекера) — за 750 лет (см. [66], стр. 198).

На перемешивание воды в океане сильно влияет температура. Увеличение скорости перемешивания поверхностных и глубинных вод на 50% приведет к снижению концентрации радиоуглерода в атмосфере на 2%.

Вариация содержания радиоуглерода в живых организмах

Третья гипотеза Либби состоит в том, что содержание радиоуглерода в организме одно и то же для всех организмов по всей Земле (т.е. не зависит, скажем, от широты и породы растения). С целью проверить эту гипотезу Андерсен (Чикагский университет), проведя тщательные измерения, получил (см. [66], стр. 191), что на самом деле содержание радиоуглерода, как и следовало ожидать, колеблется от 14,53 ±0,60 до 10,31 ±0,43 распадов на грамм в минуту. Это дает отклонение содержания радиоуглерода от среднего значения на ±8,5%.

Резюме

Таким образом, реальная активность древних образцов может отличаться от некоторой средней величины по следующим причинам:

1. Изменение активности древесины во времени (2%).

2. Изменение интенсивности космических лучей (20%, теоретическая оценка).

3. Увеличение перемешивания воды в мировом океане (2%).

4. Колебания концентрации радиоуглерода в зависимости от местоположения породы дерева (8,5%).

5. Изменение содержания радиоуглерода в образце за счет гниения (?%).

6. Изменение содержания радиоуглерода в образце в процессе его химической очистки (?%).

7. Изменение содержания радиоуглерода в обменном фонде на счет вымывания карбонатных геологических пород (?%).

Этим список возможных причин отнюдь не исчерпывается. Например, активность образца может измениться за счет изменения содержания радиоуглерода после крупных выбросов карбонатов во время вулканических извержений.

Эта причина может резко исказить радиоуглеродные датировки в местностях, близких к вулканам (Этна и Везувий), и вместе с тем учесть ее практически невозможно.

Кроме того, не надо забывать ошибку в датировке, происходящую от разрыва во времени, между, скажем, повалом дерева и использованием его древесины в исследуемом предмете. Наконец, следует учитывать неточность принятой величины периода полураспада C¹⁴ (в последнее время исправленной почти на 10%) и ошибки экспериментального измерения радиоактивности образца (учет фона и т.п.). Мы не обсуждаем этих ошибок (для уменьшения которых физики положили немало сил), поскольку нам представляется бессмысленным точно измерять величину, теоретическая неконтролируемая ошибка которой может достигать, скажем скромно, 10%.

При самом оптимистическом подсчете получается, что непредсказуемая ошибка в радиоуглеродной датировке может достигать 1200 лет.

Поэтому весьма странным выглядит благодушный вывод Б.А. Колчина и Я.А. Шера: «Подводя итог краткому обзору исследований вековых вариаций C¹⁴, следует отметить, что они не только не подрывают доверия к радиоуглеродной хронологии, а, наоборот, — увеличивают ее точность» ([64], стр. 8).

Более реалистической точки зрения придерживается другой советский специалист по радиоуглеродным датировкам — С.В. Бутомо:

«Ввиду значительных колебаний удельной активности C¹⁴ радиоуглеродные даты относительно молодых образцов (возраста до 2000 лет) не могут быть приняты в качестве опорных данных, для абсолютной хронологической шкалы» ([63], стр. 29).

Защитники радиоуглеродного метода 

Пытаясь защитить незащитимое, Либби пишет:

«Наши выводы могли бы оказаться неверными, если бы ошибки измеренных величин, самых различных по своему существу, — интенсивности космических лучей, скорости перемешивания и глубины океанов — были бы взаимосвязаны. Но, поскольку этого нет, мы полагаем, что большая ошибка маловероятна» ([66], стр. 193).

Тут, по-видимому, Либби имеет в виду, что ошибки, происходящие от разных невзаимосвязанных эффектов, могут иметь разный знак и потому могут взаимно уничтожиться. А что будет, если их знак окажется одинаковым? Ссылка же Либби на «малую вероятность» смысла не имеет, поскольку большинство эффектов, влияющих на содержание радиоуглерода, не имеет стохастического характера.

Вообще, с логикой Либби явно не в ладу. Например, приведя таблицу, подытоживающую измерения Андерсена (см. выше), он пишет:

«Было показано, что нет сколько-нибудь значительных различий между исследованными образцами, собранными на различных широтах почти от полюса до полюса» ([66], стр. 191). Но позвольте! Ведь разброс составляет 8,5%, т.е. более 700 лет!

Все это не мешает Либби заявить:

«...вычисленное нами содержание радиоактивного углерода хорошо согласуется с ожидаемой величиной. Расхождение сводится только к допустимым (?! — Авт.) ошибкам отсчета» ([66], стр. 190).

Отмечая с удовлетворением совпадение радиоуглеродных и дендрологических дат, Либби пишет:

«Совпадение возраста сердцевины с возрастом дерева показывает, что в сердцевине гигантской секвойи жизненные соки не находятся в химическом равновесии с клетчаткой и другими молекулами дерева. Иными словами, углерод центральной части древесины отложился там около 3000 лет назад, хотя само дерево было срублено всего несколько десятков лет назад!» ([60], стр. 193).

Это было написано в 1962 г. Когда же через три года Зюсс, исследуя радиоактивность годичных колец, обнаружил отклонение радиоуглеродных дат от дендрохронологических, Либби заявил, что в древности содержание радиоуглерода было выше, чем в настоящее время. Здесь мы наблюдаем типичный логический круг.

В другой статье Либби доказывает сначала достоверность радиоуглеродного метода, опираясь на традиционную хронологию Древнего Египта, но когда в контрольных измерениях обнаружились расхождения, то Либби предположил... ошибочность египетской хронологии (см. [б2], стр. 104).

Аналогично Либби вначале подтверждал радиоуглеродный метод дендрохронологией, а когда возникали расхождения, объяснил их тем, что древесные кольца могут образовываться по нескольку в год.

Впрочем, не только Либби страдает отсутствием логики. Колчин и Шер пишут: «Следовательно, даты, которые были вычислены в предположении неизменности содержания C¹⁴ в атмосфере сейчас и в древности, нуждаются в уточнении. Но значит ли это, что они недостоверны?» ([б4], стр. 6).

Затем они проводят аналогию с постепенным уточнением расстояния Земли от Луны, утверждая, что точно так же радиоуглеродные даты становятся все более и более точными. Этому можно бы поверить, если бы на стр. 4 их статьи мы перед этим не прочитали, что «период полураспада C¹⁴ — 5570 ±30...», а на стр. 8, что «было решено (!! — Авт.), что более вероятное (?! — Авт.) значение периода полураспада следует считать 5730 ±40 лет». Вот так уточнение! Поправка составляет 160 лет!

По-видимому, понимая всю шаткость подобной аргументации, защитники радиоуглеродного метода апеллируют к традиционным историческим датировкам: «Возрасты образцов, насчитывающих до 5000 лет, хорошо согласуются с историческими оценками» ([65], стр. 155). «Были предприняты дальнейшие исследования с образцами известного возраста... Результаты... охватывают истекший период в 5000 лет.. Таким образом, общая надежность радиоуглеродного метода твердо доказана» ([65], стр. 135). «У нас не было расхождения с историками относительно Древнего Рима и Древнего Египта. Мы не проводили многочисленных определений по этой эпохе, так как в общем ее хронология, известная археологии, лучше, чем могли установить ее мы...» ([67], стр. 24). «...В отношении последних 4000 лет точность измерений увеличивается до ± двух веков, а применительно к последним двум тысячелетиям расхождения с истинными историческими датами почти не наблюдается» ([67], стр. 20).

«Хорошим примером является синхронизация радиоуглеродных дат по культуре воронковидных кубков и других памятников Европы с историческими и радиоуглеродными датами Древнего Египта...» ([64], стр. 7).

Но посмотрим, что говорят сами археологи.

Археология против физики 

В своей статье под примечательным названием «Археология спорит с физикой» проф. Клейн пишет, что радиоуглеродные даты внесли «растерянность в ряды археологов. «Одни с характерным преклонением перед непостижимой сложностью точных наук приняли указания физиков как откровение свыше: что физики сказали — то непреложный факт. Эти археологи поспешили перестроить хронологические схемы, запросто отказавшись от старых выводов и методов своей науки» ([61], стр. 58). Другие же восстали против физики. «Первым из археологов против радиоуглеродного метода открыто выступил Владимир Милойчич..., который... не только обрушился на практическое применение углеродных датировок в археологии, но и... подверг жестокой критике сами теоретические предпосылки физического метода... сопоставляя индивидуальные измерения современных образцов со средней цифрой-эталоном, Милойчич обосновывает свой скепсис серией блестящих парадоксов. Раковина живущего американского моллюска с радиоактивностью 13,8, если сравнить ее со средней цифрой как абсолютной нормой (15,3), оказывается уже сегодня (переводя на годы) в солидном возрасте — ей около 1200 лет! Цветущая дикая роза из Северной Африки (радиоактивность 14,7) для физиков «мертва» уже 360 лет (ведь ее радиоактивность меньше положенной на 0,6 распада), а австралийский эвкалипт, чья радиоактивность 16,31 для них еще «не существует» — он только будет существовать через 600 лет. Раковина из Флориды, у которой зафиксировано 17,4 распада в минуту на грамм углерода, «возникнет» лишь через 1080 лет...

Но так как и в прошлом радиоактивность не была распределена равномернее, чем сейчас, то аналогичные колебания и ошибки следует признать возможными и для датировки древних объектов. И вот вам наглядные факты: радиоуглеродная датировка в Гейдельберге образца от средневекового алтаря работы Вита Ствоша (Фейта Штосса) показала, что дерево, употребленное для починки алтаря, еще вовсе не росло! (Христос накормил десятью хлебами тысячи людей, но он все же не пытался накормить их хлебом, который еще не вырос. Чудо в алтаре Ствоша — куда диковиннее!). В пещере Вельт (Иран) нижележащие слои датированы 6054 ±415 и 6595 ±500 гг. до н.э., а вышележащий — 8610 ±610 гг. до н.э. Таким образом, отмечает Милойчич, получается обратная последовательность слоев и вышележащим оказывается на 2556 лет старше нижележащего! И подобным примерам нет числа... Милойчич призывает отказаться, наконец, от «критического» редактирования результатов радиоуглеродных измерений физиками и их «заказчиками» — археологами, отменить «критическую» цензуру при издании результатов. Физиков Милойчич просит не отсеивать даты, которые почему-либо кажутся невероятными археологам, публиковать все результаты, все измерения, без отбора. Археологов Милойчич уговаривает покончить с традицией предварительного ознакомления физиков с примерным возрастом находки (перед ее радиоуглеродным определением) — не давать им никаких сведений о находке, пока они не публикуют своих цифр! Иначе невозможно установить, сколько же радиоуглеродных дат совпадает с достоверными историческими, т.е. невозможно определить степень достоверности метода.

Кроме того, при таком «редактировании» на самих итогах датировки — на облике полученной хронологической схемы — сказываются субъективные взгляды исследователей. Так, например, в Гронингене, где археолог Беккер давно придерживался короткой хронологии, и радиоуглеродные даты «почему-то» получаются низкими, тогда как в Шлезвиге и Гейдельберге, где Швабдиссен и другие издавна склонялись к длинной хронологии, и радиоуглеродные даты аналогичных материалов получаются гораздо более высокими» ([621. стр. 94-95).

Мы не будем далее цитировать Клейна: картина уже вполне ясна! В заключение нам хочется заметить, что напрасно Клейн назвал свою статью «Археология спорит с физикой» — теоретические основы радиоуглеродного метода (пресловутые гипотезы Либби) имеют к настоящей физике лишь косвенное отношение, и, пока они не будут усовершенствованы, т.е. пока не будет установлен ход изменения активности обменного резервуара во всех его вариациях (скажем, в зависимости от места), — а, признаемся, мы не видим, как это можно сделать, — говорить о радиоуглеродном методе как о методе датировки, поддержанном авторитетом физики, является чистым недоразумением (если не сказать крепче).

Нас удивляет, зачем физики положили столько труда на усовершенствование методики своих измерений с целью их уточнения; ведь все равно неконтролируемая ошибка в 1000—1500 лет «съест» всю экспериментальную точность (из-за полной бессмысленности этой деятельности мы на ней выше даже не останавливались; измерять с большой точностью активность образца — это все равно, что измерять микрометром высоту дерева).

Книга Фирсова. 

Эта глава была практически полностью написана, когда вышла в свет книга Л.В. Фирсова «Этюды радиоуглеродной хронологии Херсонеса Таврического» (см. [101]). «Название книги отражает содержание второй ее части, наибольшей по объему. Ее первую часть следует рассматривать как введение читателя в метод радиоуглеродного датирования» ([101], стр. 3). Написанная практиком-радиохронологом (Л.В. Фирсов провел несколько сот радиоуглеродных определений возраста), эта книга отвечает на вопрос, что думают сами радиохронологи о своем методе и как они им пользуются.

Подробно описав лабораторную методику радиоуглеродного датирования, Фирсов переходит к обсуждению его надежности.

О гипотезах (по Фирсову, «постулатах»), лежащих в основе радиоуглеродного метода, он пишет, что в отношении их «пока приходится разводить руками, уповая (! — Авт.) на то, что опасения о постулатах надуманны» ([101], стр. 24)

Фирсов следующим образом характеризует эти постулаты. «Их три: 1) распад радиоуглерода — процесс строго экспоненциальный и характеризуется известной нам постоянной величиной — периодом полураспада, 2) концентрация радиоуглерода в атмосфере Земли, по крайней мере, в последние 50 тыс. лет была постоянной... 3) наконец, соотношение между радиоуглеродом и стабильными изотопами углерода в органических материалах такое же, как в атмосфере.

В первом постулате сомнительна абсолютно точная величина периода полураспада радиоуглерода. По многим определениям... период полураспада принят в 5570 лет, но разные авторы приводят неодинаковые значения. Рекомендованная Кембриджским симпозиумом величина 5730 лет на 3% больше, но еще нуждается в проверке. Вместе с тем датирование образцов заведомо известного (! — Авт.) возраста пока (? — Авт.) заставляет предпочесть первое значение, хотя, естественно, неуверенность остается...

Далее, если датирование образцов заведомо известного по историко-археологическим данным возраста приводит к ожидаемым или близким результатам, то это значит (?! — Авт.), что концентрация радиоуглерода в атмосфере существенно не менялась... Однако ежегодно появляются публикации, в которых тезис о постоянстве концентрации радиоуглерода в атмосфере ставится под сомнение. Впрочем, больше фактов (какие это факты? — Авт.) свидетельствует о том, что в обозримом для радиоуглеродного метода прошлом (в течение последних 50 тыс. лет) плотность космического излучения, достигавшего Земли была более или менее (?! — Авт.) постоянной. Короткопериодные флуктуации космических лучей, которые обусловлены циклическим изменением активности Солнца (еще один источник ошибок! — Авт.), по-видимому (?! — Аат.), существенно не нарушали баланса радиоуглерода в атмосфере...

Наконец, как нечто само собой разумеющееся мы принимаем, что радиоуглерод и стабильные изотопы углерода усваиваются растениями из атмосферы в том соотношении, в котором они в ней находятся...

Так ли это? Доказано, что в разных природных процессах происходит фракционирование C¹² и C¹³ (стабильных изотопов. — Авт.)... В материалах разного происхождения... отношение... C¹² к C¹³ меняется от 88 до 94, т.е. содержание С колеблется от 1,050 до 1,125%...

Таким образом, фракционирование стабильных изотопов углерода — твердо установленный факт. А радиоуглерод?

Его концентрация в атмосфере исчезающе мала — около 2х10^-10%; его доля в сумме изотопов углерода, связанных в атмосфере в виде CO₂ немного больше 2х10^-6%, иными словами, C¹⁴ в 500 тыс. раз меньше, чем даже C¹³. При такой концентрации вероятность фракционирования углерода ничтожна (?! — Авт.), казалось бы, растения просто не могут «почувствовать привкус» C¹⁴, усваивая СО из атмосферы. Однако в лабораторных условиях экспериментаторы убедились, что растения делают различие (еще бы! — Авт.) между C¹⁴ и стабильными изотопами углерода и поглощают C¹⁴ в меньшей доле. Реакция же растений на радиоуглерод в природе остается пока областью догадок и теоретических выкладок, еще не подтвержденных точными измерениями.

Тем не менее если эффект биогенного фракционирования углерода и проявляется, то он, скорее всего (? — Авт.), в тысячи раз меньше, чем для C¹³. Для C¹³ максимальная разница при фракционировании достигает (1,125-1,050) : 1,050х100 = 7,15%, для C¹⁴ эффект разделения не может быть (почему? — Авт.) больше 10^-3%. Это дает нам право считать биогенное фракционирование углерода вероятным, но ничтожным по своему значению источником ошибок метода.

Датирование эталонных образцов в большинстве случаев приводит к удовлетворительным и хорошим результатам, поэтому особых опасений относительно ошибок из-за некоторой неуверенности в точности трех постулатов метода испытывать нет оснований. Однако все эти вопросы нуждаются в дальнейшем исследовании» ([101], стр. 25-26). Мы привели столь длинную выписку (сократив лишь повторения) для того, чтобы читатель мог сам судить, как радиохронологи защищают свой метод.

Не говоря уже о том, что Фирсов перечисляет не все гипотезы, лежащие в основе радиоутоеродного метода, он фактически обсуждает сколько-нибудь содержательно лишь последний постулат об отсутствии биогенного фракционирования. Единственный тезис, который он выдвигает в его защиту, состоит в том, что из-за малой концентрации C¹⁴ в атмосфере «растения просто не могут «почувствовать привкус» C¹⁴. Это соображение выглядит странно: ведь процесс фракционирования является химическим процессом, идущим на молекулярном уровне, и концентрация, влияя, бесспорно, на его скорость, не может влиять на процентный состав его продуктов (если, конечно, Фирсов не утверждает, что фотохимическое усвоение углерода является коллективно-молекулярным процессом типа цепной реакции). Ту же ошибку Фирсов делает в следующем абзаце, утверждая, что из-за малой концентрации эффект разделения для C¹⁴ должен быть (в процентном отношении!) «в тысячи раз меньше, чем для C¹³». Непонятно и упоминание о «вероятности фракционирования», поскольку этот процесс не имеет стохастического характера и понятие вероятности к нему неприменимо. Впрочем, сам же Фирсов сообщает об экспериментах, показывающих, что «растения делают различие между C¹⁴ и стабильными изотопами углерода». Его возражение, что это «лабораторные» эксперименты и что «в природе» дело может обстоять по-другому, явно надуманно и вызвано лишь желанием во что бы то ни стало «спасти» метод.

Фактически же основным аргументом Фирсова остается лишь ссылка на то, что радиоуглеродное датирование «приводит к удовлетворительным и хорошим результатам», т.е. дает результаты. согласные с традиционной хронологической сеткой.

Вполне, по-видимому, понимая слабость своей аргументации, Фирсов заявляет, что «все эти вопросы нуждаются в дальнейшем исследовании». Этот гибкий оборот означает на самом деле признание Фирсова в том, что радиоуглеродный метод датировки не имеет убедительного теоретического обоснования. Хотя Фирсов и пытается уклониться от прямого признания этого удручающего для него обстоятельства, но привычка к научной честности заставляет его писать о том, что в вопросе о надежности постулатов «приходится разводить руками» и лишь «уповать» на лучшее, то есть фактически он признает отсутствие теоретического обоснования радиоуглеродной методики.

Далее Фирсов переходит к вопросу о возможности обменных реакций между органическими остатками и, скажем, древним «мертвым» углеродом, справедливо замечая, что они «также могут привести к омоложению или удревнению образца» ([101], стр. 27). Но он совсем не обсуждает этого вопроса, отделываясь замечанием, что «...Однако считают (!? — Авт.), что очень большие молекулы таких веществ, как клетчатка, лигнин, коллаген, устойчивы. Именно эти вещества... и используют для датирования» ([101], стр. 27). Ему явно здесь нечего сказать.

Напротив, вопрос об очистке образца от механических заражений посторонним углеродом и об его лабораторной обработке он там же обсуждает с энтузиазмом и полным пониманием дела. Здесь он может многое сказать. Тем не менее о возможности фракционирования C¹⁴ в процессе очистки и обработки образца он опять ни слова не говорит, хотя при очень длительной обработке различие в атомных весах C¹⁴ с C¹³ должно отчетливо сказаться. Еще больше места (три страницы) Фирсов уделяет ошибкам счета сцинцилляций, вопросу, бесспорно, очень важному (для экспериментатора), но в отсутствие теоретического обоснования повисающему в воздухе, поскольку что считается, остается все-таки непонятным.

В следующем параграфе Фирсов разъясняет, что означает обычно сопровождаемое радиоуглеродные даты указание на плюс-минус столько-то лет. Он называет это указание «формальным показателем доверия» и пишет, что этот показатель ни в коей мере не является абсолютной мерой точности определения возраста. «Это, скорее, показатель терпения того, кто приводил очень продолжительное определение активности образца, эталона и фона установки...» ([101], стр. 31-32), «...это не абсолютная погрешность определения возраста образца в сравнении с действительным возрастом, а своего рода лабораторная марка качества... датирования» ([101], стр. 33). Этот показатель рассчитывается по определенным формулам и, например, убывает с увеличением длительности измерения активности образца (при условии, что все измерения давали близкие результаты, т.е. были воспроизводимы).

Однако тут же Фирсов объясняет, что «...воспроизводимость результатов и точность датирования — совершенно разные понятия» ([101], стр. 33), поскольку, например, при неисправном приборе (или любой другой причине систематического характера) будут все время получаться близкие результаты, весьма далекие от действительности. Много внимания Фирсов уделяет зависимости радиоуглеродных дат от материала образца (об этой зависимости в основном тексте мы говорили очень бегло). Наиболее часто приходится датировать древесный уголь и другие остатки древесины. Здесь трудность состоит в том, что «...В клетчатке годичного кольца фиксирован тот радиоуглерод, который поглощен листвой дерева из атмосферы в год формирования именно этого кольца» ([101], стр. 42). Поэтому различные части одного и того же дерева могут иметь возраст «по радиоуглероду», отличающийся на несколько сот лет! Соответствующие поправки «...совершенно необходимы для образцов из античности и средневековья» ([101], стр. 42). Однако расчет этих поправок совсем не так прост и возможен только при сильных упрощающих предположениях. Насколько эти поправки отвечают реальности, остается при этом совершенно неясным. Фирсов успокаивает, что в большинстве конкретных примеров теоретические поправки дали правильный результат (см. [101], стр. 43). Однако в этом ему приходится верить на слово, поскольку он не сообщает никаких подробностей (сколько было рассмотрено примеров, в каких диапазонах дат и, самое главное, на основании чего было установлено, что поправки дали истинный возраст).

Кроме того, пользоваться этими поправками можно только в особо благоприятных обстоятельствах, когда для их расчета есть необходимая информация. Быть может, поэтому принято при публикации радиоуглеродных дат этих поправок не вводить (!), хотя при обсуждении этих дат их «приходится учитывать... чтобы найти, какому событию они более соответствуют» ([101], стр. 44).

Особенно плохо дело обстоит с датировками по раковинам моллюсков, в изобилии содержащихся в кухонных отбросах приморских античных городов. Оказывается (см. [101], стр. 46), что радиоуглеродные даты «по раковинам» и «по древесине» расходятся в возрасте до тысячелетия (!). При этом, хотя «...даты по раковинам, как правило, удревнены относительно дат по углю (или исторических),... из этого правила есть любопытные исключения; ни предсказать их, ни дать им приемлемого объяснения пока невозможно» ([101], стр. 171). Если у археолога «...интересы лежат в античности и средневековье, ему пока не следует рассчитывать на успех «раковинной хронометрии» » ([101], стр. 171).

Как же в таких условиях работает радиоуглеродный метод? Общетеоретическому ответу на этот вопрос Фирсов посвящает целый параграф первой части («Интерпретация радиоуглеродных дат», стр. 36-41) и неоднократно возвращается к нему во второй части при разборе конкретных примеров датировок. Этот ответ замечателен! Оказывается, что «...Идет ли речь о датировке жилищ или нас интересует возраст погребений — словом, всегда необходимы не только проба и ее радиоуглеродная дата, но и их правильное отнесение (!! — Авт.) к явлениям и событиям прошлого... Чаще всего бывает совершенно невозможно интерпретировать (? — Авт.) радиоуглеродную дату, если сведения об образце кратки и формальны» ([101], стр. 39-40). Фирсов разъясняет, что «...сдержанное отношение античников и медиевистов к радиоуглеродному методу... питается теми недоразумениями, в которых археологи готовы видеть ошибки метода вместо собственных недоработок по части «досье» на датируемые образцы» ([101], стр. 40). Все это можно понять только единственным образом: без археологической документации (и, следовательно, без предварительной оценки предполагаемого возраста образца) радиоуглеродная датировка невозможна. («Лаконизм в документации... приводит здесь к полнейшей невозможности понять радиоуглеродную дату» ([101], стр. 40).

Таким образом, отсутствие теоретического обоснования и необходимость в многочисленных эмпирических поправках приводят Фирсова к закономерному выводу, что радиоуглеродный метод в отношении античности и средневековья зависит от принятой хронологической шкалы и служит лишь для уточнения традиционных датировок в рамках этой шкалы.

Кстати, теперь ясно, почему в руках (субъективно честных!) сторонников «длинной» хронологии Египта радиоуглеродный метод подтверждает «длинную» хронологию, а в руках сторонников «короткой» хронологии подтверждает «короткую».

В приложении к книге Фирсов приводит список радиоуглеродных дат, полученных в СОАН, для Херсонеса и других мест Крыма. Список содержит 90 дат, из них 30 до V века н.э. Две даты приведены как «курьез», поскольку измерения показали современный возраст, а одна дала неолит. К сожалению, по большинству дат не приведены подробности, а там, где это сделано, сразу же возникают вопросы. Например, «современные» даты Фирсов объясняет остатками «туристских костров», отмечая одновременно, что почему-то заражения этих остатков современным техногенным углеродом не произошло. А что было бы, если такое заражение имело место?

Фирсов очень гордится датировкой остатков пшеницы из Тарпанчи (радиоуглеродная дата 180 ±25 г. н.э. для одного образца и 180 ±40 г. н.э. для другого образца) и подробно рассказывает обо всех обстоятельствах дела (см. [101], стр. 71-73). Оказывается, что зерна пшеницы были обнаружены во время раскопок 1960 года и 10 лет хранились в музее, пока, наконец, в 1970 г. не были переданы для радиоуглеродной датировки. Фирсов ничего не сообщает о том, как транспортировалась и сохранялась эта пшеница и были ли предприняты какие-нибудь меры по защите от заражения образцов техногенным углеродом (почти неизбежным за 10 лет в наш автомобильно-бензинный век). Как же после этого можно всерьез доверять дате 180 г. н.э.?

Было бы очень интересно познакомиться также с лабораторным журналом Фирсова и узнать, сколько радиоуглеродных дат были им отвергнуты, как «явно ошибочные». Судя по нумерации образцов, их было несколько сот. Почему приведено только 90? К сожалению, обо всем этом Фирсов хранит молчание.

Таким образом, мы видим, что, с какой стороны ни подойти информация Фирсова полностью подтверждает все наши выводы.

Итоги главы

1. Радиоуглеродный метод «абсолютной» датировки обладает теоретической точностью ±1000—1500 лет и потому совершенно непригоден для «античных» датировок (в интервале от -1000 г. до +1000 г.) (см. § 3).

2. Другие физические методы разработаны очень слабо и также непригодны для античных датировок (см. § 2).

3. Собственно археологические методы без опоры на письменные памятники могут давать только относительные даты (см. § 2).

4. Атрибуция древнегреческих и древнеримских произведений искусства (в том числе и архитектурных памятников) покоится в основном на авторитете деятелей эпохи Возрождения и объективно ничем не подтверждается. Напротив, есть все основания в ней сомневаться (см. § 1).

Неужели же в отношении абсолютных датировок археологического материала мы находимся в полном тупике?

К счастью, нет, и в полном мраке можно обнаружить некоторые лучи света (правда, довольно слабые). Например, было бы хорошо, если бы обнаружилось здание, в архитектурных украшениях (или, скажем, стенных росписях) которого удалось бы найти объективные (например, астрономические) указания на время его постройки. Как ни невероятна такая надежда, оказывается, что по крайней мере один раз она осуществляется. Мы рассмотрим пример такой датировки в следующей главе.

   НАЧАЛО