До 1949 года, когда археологи выкопали доисторические кости, каменные точки, остатки древесного угля или другие артефакты из ранней истории человечества, они не могли точно знать, сколько лет было этим объектам. Химик Уиллард Либби изменил это, разработав оригинальный метод для датирования древних объектов на основе типов атомов углерода, содержащихся в них.
Либби и его коллеги основывали свою идею на том факте, что живые существа включают в свою структуру крошечные количества определенного изотопа углерода (С-14) из атмосферы; когда они умирают, они прекращают добавлять новый C-14, и количество, оставшееся внутри, медленно разлагается в другой элемент, азот-14. Выяснив, что период полураспада C-14 (количество времени, которое требуется для того, чтобы половина данного количества C-14 распалась в N-14) составляет 5730 лет, они могли бы химически проанализировать соотношение C-14 к N-14 внутри куска дерева или кости и определить, как долго он был мертв.
Эта техника произвела революцию в археологии, антропологии и других областях, что позволило нам определить абсолютный возраст объектов примерно до 60 000 лет. Тем не менее, точность этого метода была ограничена тем фактом, что количество C-14 в атмосфере менялось с течением времени - и никогда не было большой записи о том, насколько сильно он колебался за эти годы.
Имея это в виду, команда ученых из Оксфордского университета и других стран была особенно взволнована, когда они выкопали окаменелые листья и ядра слоев отложений из-под японского озера Суйгецу. Эти образцы могут показаться не очень большими, но из-за уникального отложения и нетронутых условий осадка находка представляет собой беспрецедентную всеобъемлющую запись атмосферного C-14 примерно с 11 200 до 52 800 лет назад. Другими словами, образцы отложений в этом одном месте на поверхности Земли сделают нашу способность датировать древние артефакты, найденные в любой точке планеты, значительно более точными.
«Новые результаты предлагают важное усовершенствование атмосферного радиоуглеродного отчета и ставят шкалу радиоуглерода на более прочный фундамент», - сказал Джесси Смит, редактор журнала Science, где результаты были опубликованы в сегодняшней статье.
Микроскопическое изображение слоев осадка озера Суйгэцу. (Изображение через Гордона Шлло) Определенный набор процессов и условий, происходящих в озере, помогает объяснить, почему керны отложений и образцы листьев так ценны. Каждую зиму маленькие светлые водоросли, называемые диатомовыми водорослями, умирают и покрывают дно озера; каждое лето они в свою очередь покрываются более темным слоем осадка. Поскольку озеро чрезвычайно неподвижно, с низким содержанием кислорода и не подвергалось воздействию ледников или геологической активности в течение последних 52 800 лет, эти микроскопические слои составляют полный годовой отчет, сохраняющийся в ядрах отложений.
Более того, поскольку листья и другие органические материалы оказались в ловушке между слоями, ученые смогли использовать количество С-14 в каждом листе для построения полной картины атмосферного С-14 с течением времени. Ранее записи C-14 в атмосфере были получены из морских образцов (которые отличаются от тех, что на суше) или из древесных колец (которые датируются немногим более 12 000 лет назад), поэтому эти ядра значительно улучшат точность датирования радиоуглерода для более старых объектов. Исследователи «привязали» новую запись C-14 к предыдущим данным, сопоставив уровни, обнаруженные в более поздних слоях ядер, с уровнями, уже известными по кольцам деревьев.
«Хотя эта запись не приведет к серьезным изменениям дат, например, в археологии, в деталях будут изменения, которые имеют порядок сотен лет», - сказал археолог Оксфордского университета Бронк Рэмси, ведущий автор статьи. «Такие изменения могут быть очень значительными, когда вы пытаетесь посмотреть на реакцию человека на климат, часто датированную другими методами, например, через ледяные ядра Гренландии. Более точная калиброванная временная шкала позволит нам ответить на вопросы в области археологии, на которые ранее у нас не было разрешения ».
Исследователи подозревали, что условия в озере Суйгецу могут привести к столь важной записи С-14 уже в 1993 году, но до сих пор они сталкивались с техническими трудностями при извлечении и анализе неповрежденных ядер. «Это реализация 20-летней японской мечты», - сказал соавтор Такеши Накагава из Университета Ньюкасла-на-Тайне в Англии. Хотя для успешного восстановления образцов потребовалось некоторое время, теперь они помогут исследователям выяснить возраст гораздо более старых образцов и артефактов.
