Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Уровень активности Солнца играет роль и в регулировании количества космических лучей, прибывающих на Землю. В период особо сильной активности солнечный ветер выходит за пределы земной орбиты, сводя к минимуму количество космических лучей, достигающих атмосферы, и отклоняя их в космос. Когда Солнце сравнительно спокойно, его магнитное влияние уменьшается, и на нас ливнем проливаются космические лучи. Изучая другие радиоактивные изотопы, возникающие под влиянием космического излучения, такие как Бериллий (¹⁰Be, t _1/2 = 1,6 миллиона лет), мы можем составить график изменений солнечной активности, способной, помимо прочего, влиять на климат Земли (см. гл. 11).

Однако если говорить об активности нашей звезды, то существует противоположная тенденция, которую также необходимо учитывать. Когда Солнце активно, сильные вспышки на его поверхности выбрасывают на Землю протоны и электроны в форме солнечных космических лучей. Поскольку частота вспышек возрастает и ослабевает по мере одиннадцатилетнего цикла, интенсивность которого сильно меняется на протяжении столетий, она также оказывает влияние на образование ¹⁴

С. Однако этот эффект относительно невелик: максимальный вклад Солнца в формирование межзвездных космических лучей обычно составляет от менее 1 до 5 %.

И, наконец, свой след в концентрации ¹⁴C, который придется учитывать будущим историкам и археологам, за последние два столетия оставила человеческая деятельность. Мы получаем уголь, нефть и природный газ из растительного материала, который оказался в земных недрах примерно 100 миллионов лет назад или еще раньше. Сжигание этого ископаемого топлива в наши дни приводит к выбросу Углерода в атмосферу (в форме CO₂) и изменению соотношения содержания его изотопов. Мы подробнее изучим этот эффект в главе 11, но сейчас отметим, что этот очень старый ископаемый Углерод не содержит ¹⁴

C – весь радиоактивный изотоп давным-давно распался. Поэтому в 2200 году историки вполне могли бы заключить, что артефакты современной цивилизации старше, чем на самом деле, поскольку соотношение ¹⁴C/¹²C в современной атмосфере понизилось под влиянием антропогенного фактора.

Однако есть еще один сопутствующий эффект, который будущим ученым также придется принять во внимание. С 1950 по 1963 год над землей прошло огромное количество ядерных испытаний. Великое множество нейтронов, образующихся при каждом взрыве, вступило во взаимодействие с Азотом – подобно тому, как это делают нейтроны, рожденные под воздействием космических лучей, – и произвело несколько тонн ¹⁴

C. Концентрация ¹⁴C в атмосфере увеличилась почти вдвое, достигнув пика примерно в 1965 году. По мере того как Углерод медленно смешивался с землей и морской водой, интенсивность ослабевала, так что к 2021 году оставшийся избыток в атмосфере приблизился к нулю и продолжил снижаться из-за сжигания ископаемого топлива (см. гл. 11)⁴.

Если бы знания о скорости образования ¹⁴

C нам предоставляли только эти факторы (изменение магнитного щита, солнечная активность и антропогенное влияние), нам пришлось бы смириться со значительной неопределенностью в возрасте объектов при датировке: с точностью установить исходное соотношение ¹⁴C было бы довольно трудно. К счастью, мы можем воспользоваться другими природными явлениями, которые позволяют нам оценить интенсивность образования ¹⁴C за последние 55 000 лет, что значительно повышает достоверность нашего датирования.

Углеродная «калибровка»

Как и все другие живые существа, деревья поглощают Углерод, содержащийся в воздухе, и создают из него свою древесину, в которой около 50 % массы приходится на Углерод. В умеренных зонах деревья имеют заметные годичные кольца, каждый год добавляя слой древесины к обхвату. Поэтому они представляют собой идеальный календарь: самый внешний слой относится к текущему вегетационному периоду, следующий – к прошлому году, третий – к двухлетней давности и так далее. Изучение этих годичных колец называется дендрохронологией. Поскольку деревья – это то, что они едят (подробнее об этом см. гл. 10), соотношение изотопов Углерода в древесине того или иного кольца дает точную меру их соотношения в воздухе в соответствующем году.