Данный раздел основан на анализе, выполненном по нашей просьбе, А. С. Мищенко — доктором физико-математических наук, профессором механико-математического факультета МГУ, сотрудником Института математики им. В. А. Стеклова Российской академии наук, лауреатом Государственной премии Российской Федерации 1996 года, специалистом в области топологии и геометрии, функционального анализа, дифференциальных уравнений и приложений.

Чтобы ярче высветить проблемы, с которыми сталкивается сегодня применение радиоуглеродного метода в археологии, полезно для начала вернуться от наших дней назад, в 50-е и 60-е годы, и посмотреть, на каком же фундаменте было возведено здание историко-археологических приложений радиоуглеродного метода. Дело в том, что на первых шагах при создании метода возникли естественные трудности. Как показывают приведенные выше примеры, многие из них НЕ УСТРАНЕНЫ ДО СИХ ПОР И ТОЛЬКО УСУГУБЛЯЮТСЯ. См. также недавно вышедшую в Германии книгу [1038] и публикацию [1491]. Поэтому полезно вновь четко указать на эти Проблемы, чтобы привлечь внимание ФИЗИКОВ к необходимости заново проанализировать основы археологических применим этого метода. Особенно в свете того, что нам становится известным о скалигеровской хронологии.

Идея радиоуглеродного метода принадлежит У. Ф. Либби [1250]. «Вскоре после окончания второй мировой войны американец Уилард Фрэнк Либби опубликовал открытие, стяжавшее ему мировую славу и ныне увенчанное Гугенгеймовской и Нобелевской премиями. Изучая взаимодействие искусственно получаемых нейтронов с атомами азота, Либби пришёл к выводу (1946 г.), что в природе должны происходить такие же ядерные реакции, как в его опытах; нейтроны, выделяющие под воздействием космических лучей в атмосфере Земли должны поглощаться атомами азота, образуя радиоактивны изотоп углерода — С14. Этот радиоактивный углерод примешивается в небольшом количестве к стабильным изотопам углерода С12 и С13 и вместе с ними образует молекулы углекислого газа, которые усваиваются организмами растений, а через них и животных, в том числе человека. Они должны быть в тканях, так и в выделениях живых организмов. Когда удалось (1947 г.) уловить слабую радиоактивность зловонных испарений метана у сточных вод Балтиморы, это явилось первым подтверждением догадки Либби. Затем была установ радиоактивность растущих деревьев, морских раковин и пр. (1948–1949 гг.). 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 С14 в атмосфере. Сколько убывает, столько и прибывает.

Но в эту удивительную взаимоуравновешенность и соразмерность природы врезается аккорд дисгармонии. Его вносит смерть. После смерти организма новый углерод в него уже поступает (из воздуха — в тело растения, с питанием — в тело животного) и уменьшение концентрации С14 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, застрелена птица, умер человек. Конечно, это нелегко, радиоактивность природного углерода очень слаба (даже до смерти организма — ОДИН АТОМ С14 НА 10 МЛРД АТОМОВ НОРМАЛЬНОГО УГЛЕРОДА). Однако Либби разработал средства и приемы измерения и пересчета — так появился радиоуглеродный метод определения возраста древних объектов» [390], с. 52–53.

Рассмотрим теперь основы этой методики. См., в частности [390], [391], [1250], [1080], [986], [110], [1081], [1082], [1480], [414], [1431], [1432], [1433], [1025], [1124], [1473], [567], [480], [478].

Космические лучи, проходя через атмосферу Земли, порождают нейтроны. Плотность потока нейтронов изменяется с высотой в атмосфере. Результаты измерения плотности этого потока с помощью шаров-зондов изображены на рис. 56, см. кривую А. Измерения производились в штате Нью-Джерси США и относятся к периоду до 1955 года. Максимальное количество нейтронов находится на высоте примерно 40 тысяч футов (12 километров). Вблизи же поверхности Земли плотность потока нейтронов уменьшается до нуля. Отсюда можно сделать два вывода:

1) Нейтроны возникают в атмосфере, в области стратосферы, то есть представляют собой вторичные частицы космического излучения, возникающие при прохождении первичных космических лучей через атмосферу.

2) Все эти нейтроны быстро вступают в ядерные реакции, так что до поверхности Земли доходит лишь ничтожное их количество.

На рис. 56 в виде кривой В приведена зависимость потока нейтронов на высоте 30 тысяч футов от геомагнитной широты [986], с. 139. Измерения проводились до 1955 года. Выявляющаяся на рис. 56 (кривая В) зависимость плотности потока нейтронов (незаряженных частиц) от геомагнитной широты вставляет думать, что первичные частицы космического излучения, породившие нейтроны, являются частицами заряженными, отклоняемыми магнитным полем Земли. Существенно, что плотность потока нейтронов на широте 50 градусов — широта Парижа, Праги, Киева, Харькова — В ТРИ РАЗА БОЛЬШЕ плотности этого потока на широте 20–30 градусов — берег Красного моря, северный берег Африки.

Число нейтронов в минуту, возникающих в земной атмосфере, равно приблизительно 6х1020 нейтронов/мин. с оценкой плюс-минус 25 процентов [986], с. 139. Таким образа, каждую минуту на Земле возникает от 4,5 х 1020 до 7,5 х 1020 нейтронов. Эти нейтроны сталкиваются с атомами атмосферного азота, кислорода и вступают с ними в ядерную реакцию. Считается, что вероятность взаимодействия нейтрона с атомом азота в тысячи раз больше, чем с атомом кислорода [986], с. 39–140. При малых энергиях нейтронов («тепловые нейтроны») превалирует реакция с образованием радиоактивного углерода C14:

N14 + n —> C14 + H1 (1)

Сечение этой реакции составляет около 1,7 х 10–24. См. [986], с. 140. Быстрые нейтроны могут вызывать еще два типа реакций:

N14 + n —> B11 + Не4 (2)

N14 + n —> C12 + H3 (3)

Однако по сравнению с сечением реакции (1) их сечения очень малы. А при реакции (3) образуется тритий Н3, который распадается с периодом полураспада 12,5 года, превращаясь в стабильный изотоп гелия Не3. Считается, что скорость образования трития Н3 составляется 1 % от скорости образования C14.

М. Дж. Эйткин в своей монографии «Физика и археология» пишет: «Сравнительно небольшое число нейтронов достигает поверхности Земли… и РЕЗОННО ПРЕДПОЛОЖИТЬ (? — Авт.), 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» [986], с 104. Радиоуглерод С14 распадается по формуле

С14 —> N14 + (b)-(4)

Период полураспада равен примерно 5600 лет, так что 1 % радиоуглерода распадается примерно за 80 лет. Отсюда легко определить, что равновесное количество С14 на Земле составляет примерно 60 тонн, с ошибкой плюс-минус 25 %, то есть от 45 до 75 тонн.

Образовавшийся радиоуглерод перемешивается в атмосфере, поглощается океанами и усваивается организмами. Сфера распространения углерода называется обменным углеродным резервуаром. Он состоит из атмосферы, биосферы, поверхностных и глубинных океанических вод, рис. 57.