К статье АРХЕОЛОГИЯ: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Все радиометрические методы датирования основаны на определении степени распада содержащихся в археологических остатках радиоактивных элементов. Примером этой категории методов может служить самый известный из них - радиоуглеродное датирование (датировка по изотопу углерода 14С). В верхние слоях атмосферы под действием космических лучей образуется элемент 14С - нестабильный (радиоактивный) изотоп углерода; он циркулирует в атмосфере и постепенно внедряется в растения при поглощении ими диоксида углерода в процессе фотосинтеза; затем он попадает в организмы животных. В результате концентрация 14С в верхних и нижних слоях атмосферы и в живых организмах оказывается одинаковой. Когда организм умирает, его углеродный обмен с атмосферой прекращается и начинается распад 14С, скорость которого известна. Определяя концентрацию этого изотопа в любых остатках некогда живой материи, можно вычислить, сколько времени прошло с момента смерти организма.
Как и при использовании иных способов датирования, практические вычисления радиоуглеродных дат осуществляются в специализированных лабораториях, куда археолог отправляет свои образцы. В ответ он получает датировки, выраженные в стандартном виде - например, "1010?80 лет тому назад (Бета-3144)". Дата 1010 - это число лет от настоящего момента (точнее, от круглой даты, принятого, чтобы избежать вызванного течением времени разнобоя в данных). Величина "?80" - стандартное отклонение, статистическая мера надежности оценки: существует 66-процентная вероятность того, что точная дата находится в пределах стандартного отклонения (в обе стороны) от полученного возраста в 1010 лет от наших дней (что соответствует 940 н.э.), 90-процентная вероятность того, что она лежит в пределах двух стандартных отклонений, 95-процентная вероятность ее нахождения в пределах трех стандартных отклонений и т.д. Код в скобках обозначает выполнившую анализ радиоуглеродную лабораторию и номер образца.
При радиоуглеродном датировании могут происходить ошибки разного рода. Образцы могут оказаться загрязненными от контакта с руками и вследствие этого содержать примеси углерода более позднего происхождения. Изменения интенсивности космического излучения на протяжении тысячелетий породили небольшие расхождения в концентрации 14С в живых тканях, что было замечено по разнице между радиоуглеродными и дендрохронологическими датировками. На практике применяется калибровка радиоуглеродных дат, основанная на данных дендрохронологии, и возраст в 1010 лет, приведенный выше в качестве примера, соответствует калиброванной календарной дате 1000 н.э.
Несмотря на эти трудности, радиоуглеродное датирование представляет собой наиболее важный из используемых археологами методов датировки. Он широко применяется, поскольку для него пригоден обширный круг углеродсодержащих материалов - от костей до дерева или древесного угля. При использовании абсорбционной масс-спектрометрии достаточно одного грамма органического вещества для получения надежной даты, относящейся к периоду от примерно 70 000 до н.э. до приблизительно 1600 н.э. Если единичная дата может привести к существенной ошибке, то получение неверной датировки на основе серии дат маловероятно. Появление в 1949 радиоуглеродного датирования произвело переворот в археологии, предоставив в ее распоряжение недорогой, надежный и доступный для широкого применения метод получения абсолютных дат.
Другие радиометрические методы основаны на аналогичных принципах, но пригодны для использования иных материалов и временных интервалов. Калиево-аргоновое датирование позволяет определить дату вулканических отложений возрастом от 100 000 до 5 000 000 лет; оно помогло датировать местонахождения ископаемых гоминид в Восточной Африке. Серия дат, полученных с использованием радиометрии урана, дает возможность определить время образования отложений карбоната кальция в период от 50 000 до 500 000 лет тому назад; этот метод помог датировать слои эпохи палеолита в европейских пещерах. Датирование по цепной ядерной реакции радиоактивного распада пригодно в первую очередь для установления возраста скальных пород в интервале от 300 000 до 3 млрд. лет; его применяли при определении даты местонахождений восточно-африканских гоминид. Второстепенной и вызывающей споры сферой применения метода датирования по цепной ядерной реакции является датировка изделий из стекла, относящихся к последним 2000 лет.
Термолюминесцентный метод датирования (TL) основан на измерении количества электронов, захваченных электронными ловушками в том или ином, преимущественно в стекле, глине и кремнистых породах. Земную поверхность постоянно бомбардируют различные космические частицы, и электроны из этого потока могут захватываться кристаллической решеткой вещества в местах, называемых электронными ловушками. Норма такого захвата известна, поскольку известна радиоактивность данного вещества. При нагревании вещества до 500? С электронные ловушки опустошаются, а сами электроны рекомбинируют в виде световой энергии.
Суть термолюминесцентного датирования состоит в измерении излучения датируемого образца и вычислении скорости заполнения электронных ловушек. (С наибольшей точностью ее можно вычислить, если известна излучательная способность грунта, из которого взят исследуемый образец). Затем образец нагревают до 500? С и измеряют его ищлучение; оно равно сумме величин световой энергии, порожденной термолюминесценцией, и свечения, обусловленного накопленным тепловым воздействием на образец. В результате нагревания ловушки опустошаются. После этого образец вновь нагревают; излучаемый при этом свет вызван только нетепловым свечением. Вычитание второго показателя из первого дает величину термолюминесценции, а ряд дополнительных вычислений позволяет сопоставить его с датой последнего нагревания этого образца до 500? С. Этот метод успешно применяется для определения времени изготовления керамической посуды и стекла, а также нагревания камней и глиняных полов в очажных ямах. Временной интервал для объектов, поддающихся датированию по термолюминесценции, тот же, что и для радиоуглеродного метода, - примерно от 80 000 до н.э. до 1500 н.э.
Родственным термолюминесценции является метод электронного парамагнитного резонанса, при использовании которого количество электронов в ловушках подсчитывается без нагревания образца. Хотя метод ЭПР не требует разрушения образцов, он менее точен и более дорог, чем метод термолюминесценции.