Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Биология / Конспекты / Урок биологии в 10 классе «Методы абсолютного датирования: радиоуглеродный метод»

Урок биологии в 10 классе «Методы абсолютного датирования: радиоуглеродный метод»

Международный конкурс по математике «Поверь в себя»

для учеников 1-11 классов и дошкольников с ЛЮБЫМ уровнем знаний

Задания конкурса по математике «Поверь в себя» разработаны таким образом, чтобы каждый ученик вне зависимости от уровня подготовки смог проявить себя.

К ОПЛАТЕ ЗА ОДНОГО УЧЕНИКА: ВСЕГО 28 РУБ.

Конкурс проходит полностью дистанционно. Это значит, что ребенок сам решает задания, сидя за своим домашним компьютером (по желанию учителя дети могут решать задания и организованно в компьютерном классе).

Подробнее о конкурсе - https://urokimatematiki.ru/


Идёт приём заявок на самые массовые международные олимпиады проекта "Инфоурок"

Для учителей мы подготовили самые привлекательные условия в русскоязычном интернете:

1. Бесплатные наградные документы с указанием данных образовательной Лицензии и Свидeтельства СМИ;
2. Призовой фонд 1.500.000 рублей для самых активных учителей;
3. До 100 рублей за одного ученика остаётся у учителя (при орг.взносе 150 рублей);
4. Бесплатные путёвки в Турцию (на двоих, всё включено) - розыгрыш среди активных учителей;
5. Бесплатная подписка на месяц на видеоуроки от "Инфоурок" - активным учителям;
6. Благодарность учителю будет выслана на адрес руководителя школы.

Подайте заявку на олимпиаду сейчас - https://infourok.ru/konkurs

  • Биология

Поделитесь материалом с коллегами:


«Методы абсолютного датирования: радиоуглеродный метод»


  1. Основные методы абсолютного датирования…………4

    1. Коллагеновый анализ……………………………………...4

1.2 Фторный анализ……………………………………………4

1.3 Радиометрический метод………………………………….4

1.4 Спорово-пыльцевой анализ……………………………….5

1.5 Дендрохронология………………………………………...6

2. Радиоуглеродное датирование…………………………...7

2.1 Источники радиоуглерода………………………………...7

2.2 Радиоуглерод в живых организмах……………………….9

2.3 Метод……………………………………………………....10

2.4 Применение……………………………………………......12

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Важность установления достоверной даты археологических объектов достаточно очевидна и не требует подробного разъяснения. Фактически установление даты означает получение дополнительного признака, который обычно приравнивается к паспортным, хотя и отличается от таких признаков, как место и условия находки тем, что содержит элементы интерпретации.

Фактор времени играет большую роль в археологии и других смежных с ней дисциплинах, и практикуется несколько способов его определения. Различают относительную хронологию (позволяет установить порядок, некую последовательность тех или иных событий, объектов, слоев, могил, вещей и т.д.), и абсолютную (датирует событие в абсолютных цифрах с большей или меньшей точностью в какой-либо системе летоисчисления). Без привязи к историческим источникам на основе лишь археологических методов датировка может быть только относительной (метод стратиграфии, типологический, перекрестная датировка). Однако новые возможности открыли геохронологические и естественнонаучные методы. Сюда относятся дендрохронология, датировка по термолюминисценции, калий-аргоновый и радиоуглеродный способы датировки. Исключительно для относительного датирования используются анализ обсидиановых останков, спор и пыльцы древних растений, а также археомагнитный, радиометрический, коллагеновый и фторный анализ. Существует также отдельная группа методов, называемая историко-филологической. Она включает в себя датировку по свидетельствам исторических сочинений, древним надписям, монетам, художественным особенностям изделий и изображений.

В представленной работе речь пойдет о естественнонаучных методах абсолютного датирования.

1. Основные методы абсолютного датирования

Как уже было сказано, собственно археологические методы предоставляют возможность датировать артефакты только относительно, если нельзя привязать их к письменному источнику. Последние же имеются далеко не всегда, особенно, если речь идет о периоде до возникновения письменности. В таких случаях серьезную помощь могут оказать естественные науки, такие как физика и химия. Ряд методов основан на свойстве органических останков изменять свой химический состав с течением времени. Сюда относится, например, коллагеновый анализ.

1.1 Коллагеновый анализ

Кость животных состоит в основном из фосфата кальция, соединенного с двумя органическими составляющими - жиром и костным протеином, или коллагеном. Жир после смерти разлагается и быстро улетучивается. Коллаген существует намного дольше, хотя его количество постепенно сокращается. Оно может быть измерено при помощи анализа содержания азота. Скорость распада коллагена не является постоянной величиной, но кости разного возраста, найденные в одном и том же месте, можно отличить по содержанию азота. Коллагеновый метод используется, как правило, в комплексе с фторным и радиометрическим анализом.

1.2 Фторный анализ

Фтор, содержащийся в грунтовых водах, постепенно замещает кальций в костях, находящихся в земле. Скорость этого процесса зависит от концентрации фтора, поэтому не является постоянной, даже в пределах одного памятника. Однако сам процесс является необратимым, поэтому, если кости различного геологического возраста встречаются вместе, их относительный возраст можно определить без труда: чем они старше, тем больше содержат фтора.

1.3 Радиометрический метод

Радиометрический метод - способ определения количества урана в образце путем измерения его радиоактивности.

Принципы радиометрического анализа и фторного очень близки. Подобно фтору, уран постепенно поглощается костями из грунтовых вод и может дать относительную хронологию материала одного памятника.

В 1986 г. Беккерель открыл явление естественной радиоактивности. Сегодня на нем основываются радиоизотопные методы абсолютного датирования. Для использования в археологии не подходят радиоактивные элементы с периодами полураспада в миллионы, миллиарды лет, приемлемые для датировки геологических образований. Здесь нужен интервал от 2000 до 1-2 млн. лет. Поэтому из геологических радиоизотопных методов археологией используются калий-аргоновый, ториевый-230, радий-актиниевый. Они позволяют датировать нижнепалеолитические образцы.

1.4 Спорово-пыльцевой анализ

Все растения, особенно опыляемые ветром, производят большое количество пыльцы. Внешняя оболочка крупинок обладает высокой стойкостью к разложению, они сохраняются на влажной почве или на погребенной поверхности, в составе гумуса. Частицы пыльцы отличаются по форме, и во многих случаях можно установить род, а иногда и вид растения. Сохраняются также споры папоротника. Для анализа необходимо собрать образцы, исследовать их под микроскопом, после чего интерпретировать результаты. Со времен последнего объединения растительность умеренных зон(таких как Северо-Западная Европа) постепенно изменялась от полного отсутствия через стадию густых лесов к современной форме. На основании распространения теплолюбивых деревьев установлено существование промежуточных стадий. Любой образец (желательно серия образцов) может быть соотнесен со специальной шкалой. С помощью радиоуглеродного метода эта последовательность получила даты абсолютной хронологии. Ведется работа по исследованию аналогичных изменений в плейстоцене. Данный метод незаменим при изучении окружающей среды ранних поселений человека, а также его влияния на эту среду (например, при расчистке леса).

1.5 Дендрохронология

В основе дендрохронологии лежит закон природы, согласно которому каждый год толщина ствола дерева увеличивается на одно годичное кольцо. Они хорошо просматриваются в виде концентрических кругов на поперечном срезе ствола. Если данный год был теплым и солнечным при достаточной влажности, то дерево росло быстрее, и годичное кольцо станет толще. На холодный и засушливый год дерево реагирует меньшим объемом прироста, т.е. меньшей толщиной кольца. Реакция деревьев, растущих в пределах одного региона на изменение климата, естественно, будет одинаковой. Но поскольку одни деревья старше, а другие моложе, то такое изменение сказывается у них на разных годичных кольцах.

Совместив спектры годичных колец на участке совместной жизни деревьев, мы получаем так называемую дендрошкалу. Находя участки совпадения частей этой шкалы с годичными кольцами других деревьев, мы можем ее наращивать в обе стороны. Составленная таким образом, например, аризонская дендрошкала имеет протяженность семь тысяч лет. Если достаточно длинную дендрошкалу хотя бы в одной точке привязать к календарной дате, мы получим возможность с точностью до года датировать любую другую точку на ней.

2. Радиоуглеродное датирование


Радиоуглеродное датирование, метод датирования органических материалов путем измерения содержания радиоактивного изотопа углерода 14С. Этот метод широко применяется в археологии и науках о Земле.


2.1 Источники радиоуглерода


hello_html_3b95acfc.jpg



Земля и ее атмосфера постоянно подвергаются радиоактивной бомбардировке потоками элементарных частиц из межзвездного пространства. Проникая в верхние слои атмосферы, частицы расщепляют находящиеся там атомы, способствуя высвобождению протонов и нейтронов, а также более крупных атомных структур. Содержащиеся в воздухе атомы азота поглощают нейтроны и высвобождают протоны. Эти атомы имеют, как и прежде, массу 14, но обладают меньшим положительным зарядом; теперь их заряд равен шести. Таким образом, исходный атом азота превращается в радиоактивный изотоп углерода:

hello_html_74799497.png

где n, N, С и р означают соответственно нейтрон, азот, углерод и протон.

Образование радиоактивных нуклидов углерода из атмосферного азота под воздействием космических лучей происходит со средней скоростью около 2,4 ат./с на каждый квадратный сантиметр земной поверхности. Изменения солнечной активности могут обусловить некоторые колебания этой величины.

Поскольку 14С радиоактивен, он нестабилен и постепенно превращается в атомы азота-14, из которых образовался; в процессе такого превращения он выделяет электрон – отрицательную частицу, что и позволяет зафиксировать сам этот процесс.

Образование атомов радиоуглерода под воздействием космических лучей обычно происходит в верхних слоях атмосферы на высотах от 8 до 18 км. Подобно обычному углероду, радиоуглерод окисляется в воздухе, и при этом образуется радиоактивный диоксид (углекислый газ). Под воздействием ветра атмосфера постоянно перемешивается, и в конечном итоге радиоактивный углекислый газ, образовавшийся под воздействием космических лучей, равномерно распределяется в атмосферном углекислом газе. Однако относительное содержание радиоуглерода 14С в атмосфере остается чрезвычайно малым.

2.2 Радиоуглерод в живых организмах

Все растительные и животные ткани содержат углерод. Растения получают его из атмосферы, а поскольку животные поедают растения, в их организмы в опосредованной форме тоже попадает диоксид углерода. Таким образом, космические лучи являются источником радиоактивности всех живых организмов.

Смерть лишает живую материю способности поглощать радиоуглерод. В мертвых органических тканях происходят внутренние изменения, включая и распад атомов радиоуглерода. В ходе этого процесса за 5730 лет половина исходного числа нуклидов 14С превращаются в атомы 14N. Этот интервал времени называют периодом полураспада 14С. Спустя еще один период полураспада содержание нуклидов 14С составляет всего 1/4 их исходного числа, по истечении следующего периода полураспада – 1/8 и т.д. В итоге содержание изотопа 14С в образце можно сопоставить с кривой радиоактивного распада и таким образом установить промежуток времени, истекший с момента гибели организма (его выключения из кругооборота углерода). Однако для такого определения абсолютного возраста образца необходимо допустить, что начальное содержание 14С в организмах на протяжении последних 50 000 лет (ресурс радиоуглеродного датирования) не претерпевало изменений. На самом деле образование 14С под воздействием космических лучей и его поглощение организмами несколько менялось. В результате измерение содержания изотопа 14С в образце дает лишь приблизительную дату. Чтобы учесть влияние изменений начального содержания 14С, можно использовать данные дендрохронологии о содержании 14С в древесных кольцах.

Метод радиоуглеродного датирования был предложен У.Либби (1950). К 1960 датирование по радиоуглероду получило всеобщее признание, радиоуглеродные лаборатории были созданы по всему миру, а Либби был удостоен Нобелевской премии по химии.


2.3 Метод

Образец, предназначаемый для радиоуглеродного анализа, следует брать с помощью абсолютно чистых инструментов и хранить в сухом виде в стерильном полиэтиленовом пакете. Необходима точная информация о месте и условиях отбора.

Идеальный образец древесины, древесного угля или ткани должен весить примерно 30 г. Для раковин желательна масса 50 г, а для костей – 500 г (новейшие методики позволяют, впрочем, определять возраст и по гораздо меньшим навескам). Каждый образец необходимо тщательно очистить от более древних и более молодых углеродсодержащих загрязнений, например, от корней выросших позже растений или от обломков древних карбонатных пород. За предварительной очисткой образца следует его химическая обработка в лаборатории. Для удаления инородных углеродсодержащих минералов и растворимых органических веществ, которые могли проникнуть внутрь образца, используют кислотный или щелочной раствор. После этого органические образцы сжигают, раковины растворяют в кислоте. Обе эти процедуры приводят к выделению газообразного диоксида углерода. В нем содержится весь углерод очищенного образца, и его иногда превращают в другое вещество, пригодное для радиоуглеродного анализа.

Существует несколько методов измерения активности радиоуглерода. Один из них основан на определении количества электронов, выделяющихся в процессе распада 14С. Интенсивность их выделения соответствует количеству 14С в исследуемом образце. Время счета составляет до нескольких суток, поскольку за сутки происходит распад всего лишь примерно четверти миллионной доли содержащегося в образце количества атомов 14С. Другой метод требует использования масс-спектрометра, с помощью которого выявляются все атомы с массой 14; особый фильтр позволяет различать 14N и 14С. Поскольку при этом нет необходимости ждать, пока произойдет распад, счет 14С можно осуществить меньше, чем за час; достаточно иметь образец массой в 1 мг. Прямой масс-спектрометрический метод называют АМС-датировкой. При этом используются сложные высокочувствительные приборы, которыми располагают, как правило, центры, ведущие исследования в области ядерной физики.

Традиционный метод требует гораздо менее громоздкого оборудования. Сначала применяли счетчик, определяющий состав газа и по принципу работы сходный со счетчиком Гейгера. Счетчик наполняли углекислым или иным газом (метаном либо ацетиленом), полученным из образца. Любой радиоактивный распад, происходящий внутри прибора, вызывает слабый электрический импульс. Энергия радиационного фона окружающей среды обычно колеблется в широких пределах, в отличие от радиации, вызванной распадом 14С, энергия которого, как правило, близка к нижней границе фонового спектра. Весьма нежелательное соотношение фоновых величин и данных по 14С можно улучшить путем изоляции счетчика от внешней радиации. С этой целью счетчик закрывают экранами из железа или высокочистого свинца толщиной в несколько сантиметров. Кроме того, стенки самого счетчика экранируют расположенными вплотную один к другому счетчиками Гейгера, которые, задерживая все космическое излучение, примерно на 0,0001 секунды дезактивируют и сам счетчик, содержащий образец. Метод экранирования сводит фоновый сигнал до нескольких распадов в минуту (образец древесины массой 3 г, относящийся к 18 в., дает ~40 случаев распада 14С в минуту), что позволяет датировать довольно древние образцы.

Примерно с 1965 широкое распространение в датировании получил метод жидкостной сцинтилляции. При его использовании полученный из образца углеродсодержащий газ превращают в жидкость, которую можно хранить и исследовать в небольшом стеклянном сосуде. В жидкость добавляют специальное вещество – сцинтиллятор, – которое заряжается энергией электронов, высвобождающихся при распаде радионуклидов 14С. Сцинтиллятор почти сразу испускает накопленную энергию в виде вспышек световых волн. Свет можно улавливать с помощью фотоумножительной трубки. В сцинтилляционном счетчике имеются две такие трубки. Ложный сигнал можно выявить и исключить, поскольку он послан лишь одной трубкой. Современные сцинтилляционные счетчики характеризуются очень низким, почти нулевым, фоновым излучением, что позволяет датировать с высокой точностью образцы возрастом до 50 000 лет.

Сцинтилляционный метод требует тщательной подготовки образцов, поскольку углерод должен быть превращен в бензол. Процесс начинается с реакции между диоксидом углерода и расплавленным литием, в результате которой образуется карбид лития. В карбид понемногу добавляют воду, и он растворяется, выделяя ацетилен. Этот газ, содержащий весь углерод образца, под действием катализатора превращается в прозрачную жидкость – бензол. Следующая цепочка химических формул показывает, как углерод в этом процессе переходит из одного соединения в другое:

hello_html_m442c6a06.png

Все определения возраста, полученные на основе лабораторного измерения содержания 14С, называют радиоуглеродными датами. Они приводятся в количестве лет до наших дней (ВР), а за момент отсчета принимается круглая современная дата (1950 или 2000). Радиоуглеродные даты всегда приводят с указанием возможной статистической ошибки (например, 1760 ± 40 до ВР).


2.4 Применение

Обычно для установления возраста события применяют несколько методов, особенно если речь идет о сравнительно недавнем событии. Возраст крупного, хорошо сохранившегося образца может быть установлен с точностью до десяти лет, но для неоднократного анализа образца требуется несколько суток. Обычно результат получают с точностью 1% от определяемого возраста.

Значение радиоуглеродного датирования особенно возрастает в случае отсутствия каких-либо исторических данных. В Европе, Африке и Азии ранние следы первобытного человека выходят за пределы времени, поддающегося радиоуглеродному датированию, т.е. оказываются старше 50 000 лет. Однако в рамки радиоуглеродного датирования попадают начальные этапы организации общества и первые постоянные поселения, а также возникновение древнейших городов и государств.

Радиоуглеродное датирование оказалось особенно успешным при разработке хронологической шкалы многих древних культур. Благодаря этому теперь возможно сравнивать ход развития культур и общества и устанавливать, какие группы людей первыми освоили те или иные орудия труда, создали новый тип поселений либо проложили новый торговый путь.

Определение возраста по радиоуглероду приобрело универсальный характер. После образования в верхних слоях атмосферы радионуклиды 14С проникают в разные среды. Воздушные потоки и турбулентность в нижних слоях атмосферы обеспечивают глобальное распространение радиоуглерода. Проходя в воздушных потоках над океаном, 14С попадает сначала в поверхностный слой воды, а затем проникает и в глубинные слои. Над материками дождь и снег приносят 14С на земную поверхность, где он постепенно накапливается в реках и озерах, а также в ледниках, где может сохраняться на протяжении тысячелетий. Изучение концентрации радиоуглерода в этих средах пополняет наши знания о кругообороте воды в Мировом океане и о климате прошлых эпох, включая последний ледниковый период. Радиоуглеродный анализ остатков деревьев, поваленных наступавшим ледником, показал, что самый последний холодный период на Земле завершился примерно 11 000 лет назад.

Растения ежегодно усваивают диоксид углерода из атмосферы в период вегетации, и изотопы 12С, 13С и 14С присутствуют в клетках растений примерно в той же пропорции, в какой они представлены в атмосфере. Атомы 12С и 13С содержатся в атмосфере в почти постоянной пропорции, но количество изотопа 14С колеблется в зависимости от интенсивности его образования. Слои годового прироста, называемые древесными кольцами, отражают эти различия. Непрерывная последовательность годовых колец одного дерева может охватывать 500 лет у дуба и более 2000 лет у секвойи и остистой сосны. В аридных горных районах на северо-западе США и в торфяных болотах Ирландии и Германии были обнаружены горизонты со стволами мертвых деревьев разных возрастов. Эти находки позволяют объединить сведения о колебаниях концентрации 14С в атмосфере на протяжении почти 10 000 лет. Правильность определения возраста образцов в ходе лабораторных исследований зависит от знания концентрации 14С во время жизни организма. Для последних 10 000 лет такие данные собраны и обычно представляются в виде калибровочной кривой, показывающей разницу между уровнем атмосферного 14С в 1950 и в прошлом. Расхождение между радиоуглеродной и калиброванной датами не превышает ±150 лет для интервала между 1950 н.э. и 500 до н.э. Для более древних времен это расхождение увеличивается и при радиоуглеродном возрасте в 6000 лет достигает 800 лет.

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод, что для датирования используются данные множества наук, причем существующие методы датировки постоянно усложняются и наряду с ними возникают новые и более совершенные.

Совершенствование представленных в работе методов считается необходимым, так как часто возникают условия мешающие проведению того или иного анализа. В противном случае (если эти условия не брать в расчет) полученные в результате анализа данные могут оказаться недействительными. Так, например радиоуглеродным методом тяжело датировать образцы возрастом последние 200 лет, этому препятствует так называемый эффект Зюсса (увеличение в 19-20 вв. концентрации СО2 в атмосфере за счет сжигания ископаемого топлива).

Список используемой литературы:

1. Историческая экология и историческая демография: Сб. научных статей. Поляков Ю.А. – М., 2003;

2. Методы археологического исследования. Мартынов А.И., Шер Я.А.

- М., 1989;

3. Статистико-комбинаторные методы в археологии. Шер Я.А., Колчин Б.А. - М., 1970;

4. Интернет сайты:

- http://www.chudesa.com/

- http://supernovum. ru/forum/read.

- http://hbar.phys.msu.su/


Самые низкие цены на курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации!

Предлагаем учителям воспользоваться 50% скидкой при обучении по программам профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок".

Начало обучения ближайших групп: 18 января и 25 января. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (20% в начале обучения и 80% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru/kursy



Автор
Дата добавления 17.12.2015
Раздел Биология
Подраздел Конспекты
Просмотров197
Номер материала ДВ-268386
Получить свидетельство о публикации

УЖЕ ЧЕРЕЗ 10 МИНУТ ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ ДИПЛОМ

от проекта "Инфоурок" с указанием данных образовательной лицензии, что важно при прохождении аттестации.

Если Вы учитель или воспитатель, то можете прямо сейчас получить документ, подтверждающий Ваши профессиональные компетенции. Выдаваемые дипломы и сертификаты помогут Вам наполнить собственное портфолио и успешно пройти аттестацию.

Список всех тестов можно посмотреть тут - https://infourok.ru/tests

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх