Радіоактивний розпад

Відомо, що всі прості радіоактивні процеси дотримуються спадного експоненціального закону. Період напіввиведення або напіврозпаду визначається як час, який повинен пройти до того, як половина атомів, що входять до його складу, розпалася від заданої маси ізотопу.

вуглецю-14

Якщо представити на графіку кількість N атомів, що залишилися від початкової популяції N0, ми побачимо, що після періоду напіврозпаду популяція зменшилася вдвічі (N = N0/2). Після другого періоду напіввиведення популяція скоротилася до половини половини, тобто до чверті (N = N0/4) тощо (якщо минуло 10 періодів напіввиведення, буде N0/1024 в рази від початкового).

Отриманий графік відповідає рівнянню:

де λ = ln2/τ 1/2 - ймовірність розпаду за одиницю часу.

Вуглець-14 для археологічних датування

На основі цього явища Ліббі в 1949 році запропонував використовувати 14 С для датування археологічних решток, що принесло йому Нобелівську премію з хімії в 1960 році.

Якщо відомі початкова активність 14 C, активність 14 C зразка та період напіввиведення 14 C, можна знати, скільки часу минуло з дати смерті організму. Оскільки період напіввиведення 14 С становить 5730 років, коли минув період напіввиведення (5730 років), останки матимуть половину початкових 14 С, якщо минуло два періоди напіврозпаду (11 460 років), залишки матимуть половина половини, тобто чверть початкових 14 С і так далі (якщо минуло 10 періодів напіврозпаду (57 300 років), залишки матимуть лише 0,1% від початкових 14 С).

Обмеження вуглецю-14

Однак ця методологія має певні обмеження, які необхідно враховувати та виправляти:

- принцип одночасності, Для яких концентрація 14 С дорівнює в будь-яких двох точках планети на певний момент, це не відповідає дійсності. Ця концентрація дещо нижча в Південній півкулі через більшу протяжність морської поверхні, і розраховані дати будуть трохи старшими, ніж у Північній півкулі.

- Деякі середовища, такі як морське середовище, справляють інерційний ефект щодо газообміну. Тому глибоких вод більше старий завдяки його вмісту в розчинених на 14 С поверхневих шарах, де взаємодія з повітрям більша. У тих місцях, де відбувається сходження та обмін з глибокими водами, зразки старіють.

- Хімічна поведінка різних ізотопів вуглецю не зовсім однакова. У рослин т. Зв ізотопне фракціонування, за допомогою якого під час процесу фотосинтезу встановлюються різні пропорції 12 С і 13 С, що породжує омолодження зразків, якщо цей фактор не враховується.


- Будь-яке забруднення сучасними джерелами вуглецю (наприклад, атакою мікроорганізмів) омолоджує вибірки, суттєво, якщо використовується дуже мала кількість. Перед аналізом зразки повинні бути ретельно очищені.
- Поточне значення періоду напіввиведення 14 С обчислюється як 5730 років. Однак оригінал, отриманий Ліббі (5568 років), як і раніше використовується для підтримки послідовності результатів.