Радиометрический метод датирования

После открытия в 1896 г. естественной радиоактивности ученые-эволюционисты стали использовать с 1921 года это явление для определения возраста пород. Слишком длительные периоды полураспада радиоактивных элементов, казалось бы, дают научную основу для доказательства больших временных промежутков, требуемых эволюцией. Следует отметить резкое увеличение оценки возраста Земли с введением радиометрического метода исследования. До 1921 года ученые полагали, что Земле 90 миллионов лет, с введением нового метода возраст Земли сразу увеличился до 1 миллиарда лет. После этого оценка ученых возраста Земли удваивалась примерно каждые двадцать лет.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента.

Период полураспада – это время, в течение которого половина одного элемента, материнского, превращается в другой, дочерний. В таблице 3 представлены периоды полураспада некоторых радиоактивных изотопов (в годах), используемых при определении возраста породы радиометрическим методом.

Таблица 3

Периоды полураспада некоторых радиоактивных элементов (в годах)

Надежность метода. Чтобы воспользоваться методом радиометрического датирования, ученым прежде пришлось сделать некоторые предположения и допущения, лежащие в основе этого метода. Рассмотрим некоторые из них и определим их научную ценность.

1. Допускается, что дочерний элемент не присутствовал в датируемой породе изначально, а образовался только благодаря распаду материнского. Проверить это, разумеется, невозможно, с таким же успехом можно предположить, что дочерний элемент сразу присутствовал в датируемой породе. Последнее предположение имеет больше шансов быть истинным, так как дочерний элемент является устойчивым, а материнский – нет. Кроме того, если все химические элементы образовались из водорода, то последние химические элементы в таблице Менделеева не могли образоваться раньше стоящих перед ними.

2. Допускается, что период полураспада оставался постоянным на протяжении всей истории, радиоактивный элемент распадался с одинаковой скоростью. Такое возможно только в том случае, если скорость света постоянна, так как постоянная распада и скорость света связаны друг с другом. Если же скорость света изначально была в 10¹⁰ раз больше своего нынешнего значения (см. материал следующего урока), то большая часть распада произошла вскоре после его начала. Радиометрический способ определения возраста датируемой породы в этом случае даст завышенный результат. Известные случаи увеличения периода полураспада также опровергают данное допущение. Период полураспада протактиния-231 увеличился с 32 000 лет в 1950 году до 34 300 лет в 1962, а радия-223 за то же время – с 11,2 до 11,68 суток [68, с.339].

3. Допускается, что датируемый образец представляет собой замкнутую систему, т.е. ни дочерний, ни материнский элемент из него не исчезали и не попадали в него извне. Так как маловероятно, что образец не взаимодействовал с водой, допускается потеря или добавление дочернего продукта. Несоответствие ожидаемого возраста породы и полученного в результате радиометрического датирования дает ученым повод говорить об омоложении образца в результате вымывания продукта распада, или о его слишком старом возрасте в случае загрязнения продуктами распада. Всегда будет выбран тот результат, который устраивает ученых.

Наконец, следует учитывать редкость радиоактивных элементов в любых породах и их очень малые концентрации. Просчет на несколько атомов дает большую погрешность в определении возраста породы. С учетом всех этих непроверяемых, сомнительных, а то и заведомо ложных предположений научная ценность метода практически равна нулю.

Надежность радиоактивного метода можно проиллюстрировать следующим примером. Представьте, что вы вошли в ванную, оба крана воды открыты, но напора воды нет, она капает в наполовину заполненную водой

Рис.36. Сколько времени ванна наполнялась водой?

ванну. Вы не знаете, как долго наполнялась ванна, всегда ли струя воды была такой же силы, была ли ванна первоначально пустой, не черпал ли кто-то из ванны воду ведром, или наоборот, не доливал ли воду в ванну. Чтобы использовать капающую воду в качестве хронометра, и определить время наполнения ванны, вам нужно сделать несколько предположений. Эти предположения будут основаны на вере, и нет гарантии, что они будут соответствовать действительности.

Так методом радиометрического датирования был определен возраст лунных пород. Оказалось, что он варьируется между 2 и 28 миллиардами лет. Для публичного оглашения выбрали тот, который подтверждает существующую теорию. Калий-аргоновая датировка черепа 1470, найденного Ричардом Лики, дала ему возраст от 2,6 миллионов до 220 миллионов лет при использовании одних и тех же образцов, одного и того же оборудования, при участии одних и тех же лаборантов. Так как человеческий череп оказался намного старше своих обезьяноподобных предков, то результаты отбросили как нереальные, на их месте появилось более реальное, устраивающее ученых число: 1,8 миллиона лет. Подобным же образом окаменелости, связанные с «Человеком-щелкунчиком» Луиса Лики были датированы в 1,75 миллиона лет, а исследование материалов того же пласта методом «углерод-14» дало возраст 10 000 лет.

Считается, что отсчет возраста горных пород вулканического происхождения – гранита, базальта – начинается с момента их затвердевания после выхода магмы из земной мантии. Был определен возраст застывшей лавы действующего вулкана. Радиометрический метод показал, что лава очень древняя, ей 22 миллиона лет, хотя в действительности ее возраст на тот момент равнялся нулю. Лавовый поток на Гавайях, образование которого было исторически зафиксировано в 1801 г. по Р.Х., согласно калиево-аргоновому методу, имеет возраст 1,1 миллиарда лет.

Доверие к радиометрическому датированию было подорвано, и неудивительно. Ведь если бы методы были верные, они бы подтверждали друг друга. На самом деле они дают противоречивые показания. Кроме того, результаты определения возраста породы будут зависеть от предположений и допущений, сделанных учеными. Похоже, что количество дочерних и материнских изотопов радиоактивных веществ не указывает на возраст образца, в котором они находятся.

Метод «углерод-14». Единственный радиометрический метод, которому можно доверять для недавних сроков, это радиоуглеродный метод. Период полураспада ¹⁴С увеличился с 5550 лет в 1947 году до 5760 лет в 1970 году. Другие радиоактивные элементы, имеющие такой короткий в сравнении с ураном-238 период полураспада, в естественных условиях в природе не существуют. Они уже распались и превратились в устойчивые элементы. Почему же до сих пор существует радиоактивный углерод ¹⁴С? Оказывается, он постоянно образуется из атмосферного азота под действием солнечного излучения. В настоящее время скорость образования ¹⁴С составляет 2,5 10⁴ реакций на квадратный метр поверхности Земли в секунду. Скорость распада зависит от концентрации изотопа. Первоначально, когда началось образование радиоактивного углерода, его концентрация была столь мала, что скорость распада практически равнялась нулю. С увеличением концентрации изотопа увеличивалась скорость распада. За время, равное нескольким периодам полураспада, скорость распада должна была догнать скорость образования: сколько образуется углерода ¹⁴С, столько же и распадается. Сказанное иллюстрирует рис. 37 (Заимствовано: Тимофей, с. 60).

Оказывается, время, равное нескольким периодам полураспада радиоактивного углерода, еще не прошло, так как скорость распада еще не догнала скорость образования ¹⁴С. В настоящее время она составляет 1,6 10⁴ реакций на квадратный метр в секунду, т.е. в полтора раза меньше скорости образования. Из данного факта следует очень важный вывод: атмосфера Земли молода, ее возраст не превышает нескольких периодов полураспада углерода-14. Речь идет о тысячах, но не о миллиардах лет.

Рис. 37. График скорости образования и распада ¹⁴С

Радиоуглеродный метод основан на том, что изотоп углерода ¹⁴С химически ведет себя как обычный углерод, попадая в ткани растений, присутствуя в живых тканях животных и людей в тех же самых пропорциях, что и в атмосфере. Когда растение или животное умирает и его останки хранятся без доступа воздуха, например, в окаменелостях, поступление в организм углерода прекращается. Содержание ¹⁴С начинает снижаться, и чем древнее исследуемый образец, тем меньше в нем ¹⁴С.

Можем ли мы быть уверены, что содержание радиоактивного углерода в той среде, в которой обитал организм, было постоянным и соответствовало современным показателям? Оказывается, в воде концентрация ¹⁴С меньше, чем в атмосфере. Возраст некоторых водяных мхов, ныне существующих в Исландии, согласно радиоуглеродному методу, равен 6-8 тысячам лет. Живые брюхоногие моллюски из Невады показывают возраст в 27 тысяч лет. Возраст только что отстреленных тюленей был определен в 1300 лет. Мумифицированные трупы тюленей, умерших 30 лет назад, были датированы как имеющие возраст 4600 лет. Подобные примеры иллюстрируют то, что иногда называют «резервуарным эффектом». Причина, по которой отдельные живые образцы имеют невероятный «радиоуглеродный» возраст, заключается в том, что среда их обитания содержит ¹⁴С меньше нормы, поэтому они становятся древними, не успев умереть.

Всего лишь несколько тысяч лет тому назад концентрация ¹⁴С в атмосфере существенно отличалась от современной. Определение возраста образцов без учета данного факта даст завышенные результаты. И чем древнее датируемый образец, тем значительнее должна быть поправка с учетом малой концентрации ¹⁴С в атмосфере того времени.

Уиллард Ф.Либби, получивший Нобелевскую премию в 1960 году за разработку радиометрического метода, обратил внимание на разницу между данными о возрасте деревьев, полученными методом ¹⁴С и по количеству их годовых колец. Расхождение между двумя методами достигает 300 лет для образцов 4000-летней давности. Это означает, что возраст дерева по годичным кольцам был определен равным 4000 лет, а методом ¹⁴С – 4300 годам. Используя калибровку радиоуглеродного метода по годичным кольцам деревьев, можно добиться большей его точности. К сожалению, на планете нет деревьев, возраст которых превышал бы 4000 лет. Поэтому датировка радиоуглеродным методом для образцов, возраст которых превышает 4000 лет, будет приблизительна.

Самому старому дереву в мире, особому виду калифорнийской сосны, было 4484 года, когда его срубили в 1965 году. До настоящего времени дожило одно из самых больших деревьев на планете – дерево Генерал Шерман – экземпляр секвойядендрона гигантского, растущего в национальном парке "Секвойя" в Калифорнии, США. Высота дерева составляет 83,8 м, объем ствола оценивается в 1487 куб.м, масса – в 1900 тонн, а возраст – в 2300-2700 лет.

Рис. 37. Дерево Генерал Шерман.

Необходимо отметить, что данные датирования найденных окаменелостей, каменного угля и природного газа не совпадают с их возрастом, определенным по геологической колонне. Таблица 4 показывает, что эти несоответствия слишком значительные.

Таблица 4

Результаты датирования образцов по углероду-14 и по геологической колонне

Радиогало. Посмотрев внимательно на гранит, невооруженным глазом можно рассмотреть его зернистую структуру. В этой горной породе перемешались кристаллики полевого шпата, кварца, слюды и других минералов. Сколько времени потребовалось для образования гранита? Доказательства быстрого образования одной из самых распространенных пород в земной коре обнаружил Роберт Джентри. Разглядывая срез породы в микроскоп, он увидел радиогало, представляющее собой цветные круги, похожие на мишень. Сферический ореол оставлен радиоактивными элементами. В процессе радиоактивного распада от изотопов разлетаются альфа-частицы на разное расстояние. Вокруг центра, в котором находятся изотопы, образуются цветные сферические образования. Причем каждый вид атомов образует свойственный только ему ореол. Радиогало, оставленное ураном, не спутаешь с радиогало полония-218, так как они разного цвета (см. рис. 39).

Рис.39. Радиогало урана и полония.

Если бы гранит находился в расплавленном состоянии, радиогало не образовалось бы. Тот факт, что мы можем наблюдать результат радиоактивного распада изотопов полония, свидетельствует о быстром затвердевании гранита. Период полураспада Полония-214 составляет 0, 000164 секунды. Это быстрее, чем вы успеете щелкнуть пальцем. Данный факт подтверждает библейское высказывание о скорости, с которой творил Бог: " Он сказал, - и сделалось; Он повелел, - и явилось " (Пс 32:9). Появилось сразу, как повелел Бог, мгновенно, а не через миллионы лет.

Рис. 40. Радиогало изотопов полония. Период полураспада Ро218 – 3 минуты, Ро210 – 138 дней, Ро214 – 164 микросекунды.

Радиогало навечно запечатлело момент кристаллизации гранита. Это своеобразная каменная летопись творения.

Выводы. Явление естественной радиоактивности можно было бы использовать в качестве хронометра при условии, если бы точно можно было гарантировать, что в начальный момент времени существовали только материнские радиоактивные элементы, а устойчивых продуктов распада – дочерних элементов не существовало. Однако такой гарантии дать никто не может. Если в начале был газ водород, и из него произошли все химические элементы, то процесс образования тяжелых элементов не мог перескочить через легкие. Когда образовывался уран, свинец уже был наверняка. В нулевой момент времени материя была уже старой, если судить о ее возрасте по количеству атомов урана, свинца и скорости распада урана.

Имея некоторое количество свинца, мы ничего не можем сказать о времени его существования. Один может сказать, что возраст свинца составляет шесть тысяч лет в соответствии с креационной шкалой. Другой будет утверждать, что ему четыре с половиной миллиарда лет – столько времени понадобилось, чтобы половина запасов урана превратилась в запасы свинца. Третий скажет, что запасов урана гораздо меньше, чем запасов свинца, поэтому тут не обойтись одним периодом полураспада, надо брать не один, а несколько периодов, т.е. четыре с половиной миллиарда лет нужно увеличить в несколько раз. Какой возраст свинца мы получим в итоге? Какой понравится, на выбор.

Вопросы:

1. В чем привлекательность радиометрического метода датирования для эволюционистов?

2. Перечислите предположения и допущения, лежащие в основе метода.

3. Почему доверие к радиометрическому датированию было подорвано?

4. В чем суть метода «углерод-14»?

5. Каким образом скорость распада ¹⁴С проливает свет на возраст Земли?

6. Почему радиогало называют каменной летописью творения?