Что такое радиоуглерод и откуда он берется
Вы. возможно, слышали или читали, что наша планета подвергается непрерывному облучению космическими частицами. Если бы не атмосфера, пропускающая к земной поверхности лишь небольшую часть космического излучения, жизнь на Земле была бы невозможна, а ее поверхность мало отличалась бы от поверхности Луны.
В верхних слоях атмосферы под дейст вием космических лучей идут самые разнообразные превращения одних элементов в другие. Одно из них - превращение атомов азота в атомы радиоактивного углерода-14. Подсчитано, что каждую минуту над 1 см2 земной поверхности образуется в среднем всего 145 атомов |4С. Если учесть площадь поверхности Земли, то получится, что ежегодно в атмосфере образуется примерно 8 кг радиоуглерода. Земля, как известно, существует миллиарды лет, и если бы углерод-14 был стабилен, то его масса на Земле исчислялась бы десятками миллионов тонн. Однако он радиоактивен и в результате распада снова превращается в азот. Период полураспада |4С довольно велик и составляет 5730 лет. Всего на Земле имеется 60 тонн радиоуглерода, из которых ежегодно распадается 8 кг — столько же, сколько его образуется (в этом случае говорят о радиоактивном равновесии, при котором скорость образования нуклида равна скорости его распада). Конечно, для земного шара 60 тонн - это очень малая величина; причем, в атмосферном углекислом г азе количество радиоуглерода составляет лини. около I тонны, или 3 • 10"11 % от «обычного» углерода |3С (остальной радиоуглерод в основном растворен в воде).Большинству из вновь образованных атомов ИС предстоит долгая жи ин, - на многие тысячи лет. Какая их ждет судьба?
Прежде всего они довольно быстро окислятся кислородом и превратятся в молекулы углекислого газа. Этот радиоактивный углекислый газ равномерно перемешается с огромным количеством обычного углекислого газа. Известно, что углекислый газ атмосферы— основной источник углерода, который усваивается растениями в процессах фотосинтеза.
Растениями питаются животные, поэтому вся живая
Рис. 7.3. Так уменьшается со временем количество радиоуглерода в образце, если в него не попадает «свежий» 4С из атмосферы
органическая материя содержит радиоуглерод, хотя и в ничтожных количествах. Очень важно, что в результате обменных процессов, протекающих в природе, содержание |4С в растениях и животных на протяжении их жизни остается постоянным. Но как только обмен с окружающей средой прекращается, содержание радиоуглерода начинает медленно снижаться - в 2 раза каждые 5730 лет, как это показано на рис. 7.3.
«Радиоуглерод» входит также в состав неорганических соединений. которые растворены в воде морей и океанов, в подземных водах и могут обмениваться углеродом с углекислым газом атмосферы. В основном это растворимые гидрокарбонаты, которыми так богаты минеральные воды.
Как только в животном или растении обмен с углекислым газом атмосферы прекращается, количество радиоуглерода в нем со временем начинает убывать в соответствии со строгой математической зависимостью.
Подробное рассмотрение закономерностей образования и распада радиоуглерода позволило американскому фпзикохимику Уилларду Франку Либби (190S-!980) совершить в конце 40-х годов выдающееся открытие, за которое через несколько лет он получил Нобелевскую премию по химии «За введение метода использования углерода-14 для определения возрасти в археологии, геологии, геофизике и других областях науки».