Александр Гордон - Диалоги (ноябрь 2003 г.) Страница 13

Однако наука на месте не стояла, и на ее арене стали заявлять о себе новые методы.

Археологические источники были включены в создание абсолютных хронологических систем с конца 40-х годов. Сначала робко, а затем все более и более уверенно выявлялись плюсы метода радиоуглеродного датирования, обоснованного в середине 40-х годов профессором химии Чикагского университета Уиллардом Либби. Важность его открытия быстро стала очевидной, и уже в 1960 г. Нобелевский комитет присудил автору почетную премию по химии.

Суть метода заключается в следующем. Углерод на Земле представлен тремя изотопами: 12C, 13C и 14C. Их природные концентрации весьма различны: 12C составляет 98.9% всего углерода, 13C – 1.1% и, наконец, радиоактивный изотоп 14C, наиболее важный для нас, занимает совершенно ничтожную, 10-12 часть от современного углерода земной атмосферы и почвы. Изотоп 14C постоянно образуется в верхних слоях атмосферы в результате бомбардировки ядер атомов азота протонами космических лучей, а затем с периодом полураспада 5730 лет (бета-распад) переходит в стабильный азот. Время перемешивания атмосферы невелико: всего за несколько лет свежий радиоуглерод через фотосинтез вовлекается в кругооборот углерода всей биосферы планеты.

В любом живом организме поддерживается тот уровень радиоуглерода, который присутствует в земной атмосфере. Равенство это обеспечивается фотосинтезом или питанием вплоть до прекращения жизнедеятельности. Поэтому, измерив радиоактивность биологических останков, можно вычислить момент смерти организма или конец формирования годичного кольца дерева.

Однако теория остается теорией, покуда она не проверена практикой. Первые сопоставления с традиционными хронологическими шкалами, построенными на базе письменных источников, были проведены в предположении о неизменности атмосферного содержания 14C. Еще около 40 лет назад были сделаны радиоуглеродные определения возраста органики из могил Древнего царства в Египте. Первые датировки по 14C оказались моложе традиционных на несколько сот лет. Это вызвало волну разочарования и недоверия к новому методу: ведь тогда никто и помыслить не смел о ревизии, построенной на письменных источниках древнеегипетской хронологии, этой почти «священной коровы» для историков.

Однако гораздо более сенсационными и, на первый взгляд, абсолютно неправдоподобными показались многим радиоуглеродные даты для культур Европейского континента. Их передатировка выглядела порой прямо-таки чудовищной: по сравнению с традиционными представлениями историков и археологов они удревняли события более чем на тысячу лет (напомним, что это были бесписьменные культуры). В соответствии с устоявшимися тогда взглядами и теориями «Света с Востока», такого просто не могло быть ни при каких условиях.

Дискуссия вспыхнула очень горячая. Кажется даже, что поначалу противников метода среди археологов и историков было заметно больше, чем его сторонников. Такие расхождения между историческими и радиоуглеродными датами возникали еще и потому, что на ранних стадиях использования метода не было известно об изменчивости атмосферной концентрации радиоуглерода с течением времени. И поскольку было неясно, как именно она менялась, расчеты возрастов делались в простейшем предположении о ее постоянстве. Датировки, вычисленные таким образом, используются по инерции и сегодня, они дают так называемый радиоуглеродный конвенционный возраст материала. Для времен, простирающихся до 9-10 тыс. лет назад, построены таблицы приведения к истинным возрастам. Как они были получены, мы расскажем далее, а пока остановимся подробнее на объяснении изменчивости концентрации атмосферного радиоуглерода.

Содержание 14C в атмосфере и верхнем слое Мирового океана определяется балансом между его поступлением и распадом. Убывание количества радиоактивных атомов происходит по экспоненциальному закону, и на этот процесс не влияют никакие внешние силы. Однако поступление радиоуглерода в атмосферу и поверхностный слой океана подвержено заметным изменениям. Как же удалось установить их характер и динамику?

Источником этой информации стала дендрохронология, или определение возраста деревьев по кольцам годичного прироста. Метод этот не новый: в практику естественных наук он вошел уже более ста лет назад. Ныне это общепризнанный в мире метод датировки археологических объектов. Его применяют в самых различных странах нашей планеты. Чрезвычайно широк и хронологический охват метода: суммарно до шести-семи тысячелетий вглубь от наших дней для археологических материалов, а для климатологии и того больше: до 10-11!

Метод исходит из наблюдений за стойкими и ритмичными колебаниями в ширине погодичного прироста древесины. Толщина каждого кольца на самых различных деревьях четко отражает ту климатическую ситуацию, которая имела место либо в год формирования конкретного кольца, либо в год, ему предшествующий. Климатические условия проявляются достаточно однородно на огромных территориях, что и явилось основным определяющим фактором в характере колец у бесчисленных древесных стволов той или иной географической области. Благоприятен климат для роста дерева (влажно и жарко), и дерево отреагирует толстым кольцом. Надвигаются критические условия для жизни дерева (сухо и холодно), и годичное кольцо будет тонким, еле заметным на срезе ствола.

При определении взаимного положения на хронологической шкале между собой сопоставляются, конечно же, не сами деревья, но графически выраженные кривые их роста, в основе которых лежат замеры годичных колец. Последовательно шаг за шагом «сцепляя» друг с другом эти кривые прироста, характерные для срубленных в разное время деревьев, дендрологи и смогли в конечном итоге составить великое множество более или менее протяженных дендрохронологических шкал – от нескольких сотен до тысяч лет. Подобные шкалы на начальной стадии их формирования имеют релятивный или относительный характер: исследователи говорят лишь, что дерево А на столько-то лет раньше дерева В, но позже С. Однако если нам известна точная календарная дата рубки хотя бы одного из этих стволов, то все остальные годичные кольца такой шкалы абсолютную дату по сути получают автоматически. Точная дата рубки может стать известной по ряду обстоятельств: либо это многолетнее современное дерево, срубленное в точно зафиксированный год; либо это ствол из точно датированного по письменным документам сооружения (дома, церкви, крепостные башни и т.п.). В последние десятилетия этот метод широко используется для датировки деревянных сооружений и предметов эпохи средневековья. Например, лишь в одной дендрохронологической лаборатории Института археологии Российской Академии наук в Москве со средневековых памятников северной половины Восточной Европы удалось собрать и проанализировать около 20 тысяч образцов дерева (сосна, ель, лиственница). Восточноевропейские памятники весьма разнообразны. Преобладает дерево из трех десятков старинных русских городов, как крупных (Новгород, Псков, Смоленск, Москва, Тверь и др.), так и более мелких (Старая Ладога, Торопец и др.). Из 20 тысяч проанализированных хвойных стволов более чем для 10 тысяч удалось установить абсолютные даты. Общая протяженность полученных дендрошкал – 1382 года: от дня сегодняшнего до 621 года. Но учтем, что эта краткая характеристика касается лишь одной лаборатории. Всего же дендролабораторий в мире теперь уже десятки…

Но уже давно наилучшие образцы для дендрохронологических исследований были обнаружены среди североамериканской флоры, где произрастает секвойя (Sequoiadendrona) – дерево с фантастическим возрастом, до 3000 лет. Однако еще более долголетними (до 4500 и даже 5000 лет) и, конечно же, крайне важными для сопоставлений оказались живые и засохшие деревья, обнаруженные в Белых Горах Калифорнии – остистые сосны или Pinus aristata. На их базе удалось построить шкалу, уходящую от наших дней более чем на 9000 лет. Именно эти деревья и дали необходимую информацию о содержании радиоуглерода в земной атмосфере в прошлом. Все это оказалось особенно важным, если принимать во внимание процесс участия дерева в биосферном обмене 14C. Все годичные кольца, кроме единственного (внешнего, последнего), как бы «мертвые». Каждый год «отмирает» бывшее некогда внешним кольцо и выключается из обмена: в нем начинается распад 14C. Следовательно, анализ этого изотопа во всяком древесном кольце, дата которого надежно известна, стал основой независимой проверки радиоуглеродных датировок.

Сопоставления обоих этих методов – 14C и дендрохронологии – были проведены в Северной Америке, Западной Европе и даже на севере Азии (в двух последних регионах – по большим сериям ископаемой древесины). Результаты взаимных сопоставлений по всем удаленным друг от друга областям оказались принципиально сходными. Однако два заключения при этом явились наиболее значимыми для исследователей. Во-первых, и это главное, стала совершенно бесспорной принципиальная возможность применения радиоуглеродных датировок для определения возраста памятников древности. Во-вторых, столь же очевидно проявилась необходимость калибровки радиоуглеродных данных, учитывающей изменчивость содержания 14C в атмосфере. Кроме того, выяснилось, что результаты калиброванных радиоуглеродных датировок дают вполне удовлетворительную точность лишь до VIII-IX тыс. до н.э. Для более древних периодов их точность заметно падает, а ранее 40-50 тыс. лет их применение теряет смысл, поскольку изотоп 14C в исследуемом органическом веществе распадается почти полностью.