Мир, созданный химиками. От философского камня до графена - Петр Образцов

Метод радиоуглеродного датирования основан на следующем физико-химическом принципе: элемент углерод имеет три изотопа — стабильный углерод-12 в количестве почти 99 % от общего содержания изотопов, примерно 1 % углерода-13 и 10–10 % радиоактивного изотопа углерод-14. Этот изотоп образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей на атмосферный азот и имеет период полураспада 5750 лет.

Соотношение углерода-12 и углерода-14 в атмосфере и в биосфере (в живых организмах) примерно одинаково из-за активного перемешивания и участия всех живых организмов в углеродном обмене. Круговорот углерода в природе связан с усвоением углеродсодержащей пищи животными, а также гниением и выделением при этом углекислого газа, а он в процессе фотосинтеза поглощается растениями, которые в конце концов и поедаются животными. Особенно вкусные части растений (да и животных) поедает человек.

Но после смерти живого организма углеродный обмен прекращается. Стабильный углерод-12 как был, так и остается в мертвой плоти, а вот радиоактивный углерод распадается, то есть с каждым годом его становится все меньше и меньше, а соотношение углерод-12 / углерод-14 непрерывно возрастает. Это соотношение можно измерить, причем очень простыми методами, хоть тем же дозиметром, а затем сравнить с современной величиной соотношения. Поскольку период полураспада углерода-14 известен, можно легко рассчитать, сколько прошло времени после того, как древний грек срубил эту оливу и изготовил из нее деревянную ложку, которая чудом не сгнила и была найдена в археологическом раскопе. Или выяснить, когда именно убили «альпийского человека» Этци, мумия которого была вморожена в альпийский лед и тоже отлично сохранилась.

За разработку радиоуглеродного метода Уиллард Либби получил в 1960 году Нобелевскую премию. Сейчас мы можем определять возраст образца до 60 тысяч лет, то есть до десяти времен полураспада углерода-14, содержание которого за это время уменьшилось в тысячу раз. Самым знаменитым и самым оспариваемым примером применения радиоуглеродной датировки является установление возраста Туринской плащаницы, в которую по легенде был завернут Иисус Христос после смерти на кресте. В трех независимых лабораториях слепым методом было установлено, что плащаница изготовлена в XIII веке и не имеет никакого отношения к Иисусу Христу.

Однако этот вывод оспаривают многие верующие в плащаницу и Иисуса Христа, причем они имеют для этого некоторые основания: у радиоуглеродной датировки, как и любого другого научного метода анализа, имеются недостатки. Хотя правильнее их было бы называть проблемами. А дело вот в чем: очень непросто правильно отобрать образец для анализа. Та же плащаница за долгие годы хранения могла быть засорена другим органическим материалом, она горела в пожаре XVI века, а он мог «омолодить» волокна ткани. Однако независимые лаборатории использовали не саму ткань, а извлеченную из нее неповрежденную целлюлозу, молекулы которой ничем не изменишь. Так что выводы о XIII веке, похоже, неопровержимы.

Кстати, о древних плащаницах. Не так давно в иерусалимском захоронении нашли похоронный саван, предположительно I века нашей эры. На Святой Земле уже неоднократно находили остатки саванов, в которые заворачивали умерших в I веке, однако в самом Иерусалиме это произошло впервые. Саван хорошо сохранился, потому что погребальная камера в пещере, где находились завернутые в саван останки, была тщательно запечатана известковым раствором. Это сразу дало возможность археологам заподозрить, что умерший страдал какой-то заразной болезнью, вероятно, туберкулезом.

Радиуглеродный анализ костей показал, что умерший скончался в начале I века нашей эры — в тот самый период, когда, согласно Новому Завету, был распят Иисус Христос. Вот с этим радиоуглеродным анализом не станут спорить даже сильно верующие. Вскрытая пещера находится в Хиннонской долине, где, согласно Евангелию от Матфея, находится та самая «земля горшечника», которая была куплена за 30 Иудиных сребреников для похорон странников. Так что, возможно, в найденном захоронении погребены останки какого-нибудь больного паломника, пришедшего в Иерусалим в надежде на исцеление. Саван состоит из двух частей: одной накрывали голову, другой — остальную часть тела; делалось это для того, чтобы вдруг оживший мертвец мог закричать — в те времена впавших в летаргический сон часто принимали за умерших. Сама ткань соткана путем простого двустороннего переплетения нитей, а не диагонального, которое использовано в знаменитой Туринской плащанице. Но возникает вопрос: захотят ли верующие признать в простом туберкулезнике Христа?

Есть и совершенно неожиданные примеры применения радиоуглеродного метода. Например, отличить поддельный виски от настоящего коллекционного помогли испытания ядерного оружия 50-х и 60-х годов прошлого века.

Стоимость бутылки этого замечательного напитка, произведенного несколько десятилетий назад, может достигать нескольких тысяч фунтов стерлингов. А за виски позапрошлого века коллекционеры платят уже десятки тысяч фунтов. Разумеется, на этом своеобразном и многомиллионном рынке то и дело появляются подделки, которые довольно трудно отличить от оригинала. Искусственно состарить бутылку не так уж трудно, методы безупречной фальсификации стекла, бумаги этикетки и пробки давно и хорошо разработаны. Казалось бы, нужно провести анализ содержимого — обычного деревенского самогона, который шотландцы сумели всучить всему миру как качественный и элитарный «виски», — однако дегустаторы с трудом отличают старый напиток от сравнительно нового, поскольку при хранении виски в бутылке, в отличие от хранения в бочке, никаких особых изменений состава напитка не происходит.

Но специалисты из оксфордского Центра по радио углеродной датировке с помощью ускорителя догадались, что изготовленный в середине прошлого века виски делали из ячменя, произраставшего на полях с радиоактивными осадками от многочисленных испытаний атомных и водородных бомб. А значит, в конечном продукте содержание изотопа углерода-14 должно быть выше, чем в современной подделке, изготовленной после прекращения испытаний. Предположение блестяще подтвердилось, и теперь в Институте шотландского виски (надо же, есть и такой!) отбирают пробу напитка, выпаривают, сухой остаток помещают в ускоритель и измеряют содержание углерода-14.

В этой забавной организации уже научились определять время изготовления и гораздо более старого виски — если не год, то, во всяком случае, столетие. И в результате совсем недавно с аукциона «Кристи» была снята бутылка подделки, выдававшей себя за коллекционный Macallan Rare Reserve 1856 года. Оказалось, что виски, на который была установлена первоначальная цена 20 тысяч фунтов, изготовлен почти на сто лет позже, в 1950 году. Кстати, виски 1950 года тоже весьма недешевый напиток!

Напрашивается аналогия: поддельный Вермер работы фальсификатора ван Мегерена стоит намного дороже иных подлинных «малых голландцев». Эта история тоже связана с развитием химического анализа. Некий голландец Хан ван Мегерен во время оккупации Голландии гитлеровской Германией продал самому Герману Герингу картину «Христос и судьи», которую он выдавал за подлинник Вермера Делфтского (середина XVII века), причем продал за баснословную по тем временам сумму — полтора миллиона гульденов. Разумеется, картину он нарисовал сам, будучи вполне мастеровитым художником, — правда, его собственные работы признания у публики не нашли. Впрочем, Геринг, этот известный ценитель прекрасного, после сделки не обнищал — он был далеко не бедным человеком, да и те деньги наверняка украл у какого-нибудь репрессированного еврея.