ных были составлены повсеместно принятые теперь калибровочные кривые для радиоуглеродной датировки, основанные на датировке методом годичных колец дерева. Эта калибровка привела к некоторым фундаментальным новым датировкам в археологии. Так, благодаря калибровочной кривой установлено, что даты, полученные радиоуглеродным методом для археологических целей, омоложены начиная уже примерно с первых сотен лет до нашей эры, и омоложение тем большее, чем древнее исследуемый образец.
Время, прошедшее с момента прекращения обмена 14С с окружающими резервуарами - “радиоуглеродный возраст t”, определяют согласно формуле:
где A, A0 - соответственно активность 14С в образце на момент датирования и начальная активность в момент времени t0.
Определяемые радиоуглеродные даты выражают в годах от современности (BP - before present), которые определяются следующим образом: а) естественная удельная активность 14С устанавливается значением стандарта (NBS щавелевой кислоты), который соответствует активности древесины в 1950 году, определенной как 13,56 ± 0,07 распадов в минуту на грамм углерода; б) возраст выражается в годах от современности (BP) от “стандартного 1950 года” нашей эры (AD); в) возраст (в годах BP) рассчитывается, исходя из первоначально определенного значения периода полураспада радиоуглерода 5568 лет; г) активность 14С корректируется на изотопное фракционирование для изотопа 13С, равное – 25‰ (древесина, уголь); д) калиброванные даты обозначаются как “cal BC” (калиброванные до нашей эры) или “cal AD” (калиброванные даты нашей эры), иногда также используется обозначение “cal BP”, где cal BP = 1950 - cal AD = 1949 + cal BC. Таким образом, практически задача определения возраста сводится к тому, чтобы выделить углерод образца и эталона и перевести его в удобное для счета активности состояние.
Как указано выше, дендрохронологические календари получены для различных временных интервалов и даже перекрывают эпоху голоцена. Путем измерения содержания 14С в абсолютно датированных кольцах деревьев можно сконструировать калибровочную кривую, и, таким образом, учитывать отклонение возраста исследуемого археологического или исторического образца, полученного с помощью радиоуглеродного метода, от календарного. Первая калибровочная кривая, более или менее связывающая индивидуальные точки измерений содержания 14С в серии колец деревьев известного возраста, была опубликована в 1967 году (Suess H.E. 1967).
В 1970-х годах выяснилось, что полученные ранее результаты измерений активности 14С в различных образцах, в ряде случаев, отличаются противоречивостью и несопоставимостью. Учитывая большие потенциальные возможности радиоуглеродного метода для распространенных по всему земному шару корреляций событий в археологии, геологии, геохимии, геофизике и т.д., чрезвычайно важно было определить степень доверия для пользователей этим методом, независимо от того, в какой лаборатории произведен анализ или получены первые результаты. Все это настоятельно требовало проведения сравнительных анализов, получаемых различными лабораториями результатов измерений.
Надежность экспериментальных результатов по измерению активности 14С определяется точностью измерений и правильностью анализа получаемых результатов. Если точность выражается как стандартная ошибка измерения, которую может дать каждая конкретная лаборатория, то определение правильного значения измеряемой концентрации 14С связано с техникой подготовки образцов к измерениям, самим измерением, с точной фиксацией уровня лабораторных измерений этой концентрации 14С относительно международного стандарта, что и привело к необходимости широкомасштабного межлабораторного перекрестного сравнения, проверки качества и унификации радиоуглеродных измерений в каждой лаборатории. Такое сравнительное изучение, основанное на добровольном и анонимном участии в организованных, а затем ставших регулярными межлабораторных проверках было начато в 1979 году, а первые итоги подведены в 1982 году, повторное - с участием 50 радиоуглеродных лабораторий было начато в 1982-1983 гг., а затем стало правилом регулярное проведение межлабораторных проверок, результаты которых обсуждаются на регулярных международных конференциях по радиоуглероду, созываемых один раз в три года. Основные итоги первых перекрестных межлабораторных проверок радиоуглеродных лабораторий были опубликованы в 1990 году (Cross check 14С, 1990).
Участвовавшим в проверке лабораториям удалось получить оценки экспериментальной точности и правильности проводимых ими анализов на всех стадиях осуществления эксперимента: от подготовки образца к измерению до непосредственных результатов измерений. Был сделан объективный анализ, определен круг лабораторий, производящих измерения активности 14С с высокой точностью. Это дало возможность перейти к построению более детальных калибровочных кривых. В целом, развитие мастер-хронологий годичных колец тесно связано с развитием калибровки радиоуглеродной временной шкалы. С 1986 года все последующие генерации кривых были основаны на высокоточных измерениях (стандартное отклонение, как правило, не превышало ± 20 лет). В 1986 году была опубликована специальная калибровочная кривая, рекомендованная для калибровочных целей и основанная на измерениях активности 14С в блоках колец (по 20 лет) непрерывной серии дендрохронологических данных по остистой сосне и ирландскому дубу и покрывающую последние 9200 лет (Stuiver M. and Kra R.S. 1986). В 1993 году была опубликована вторая калибровочная кривая, включающая дополнительные данные измерений, и покрывающая полностью эпоху голоцена (Stuiver M. et al. 1993).
Фактическое состояние высокоточных измерений 14С в непрерывных сериях дендрохронологических данных для целей калибровки радиоуглеродной шкалы проанализировано в работе (van der Plicht J. 1996) и отражено на рис. 4. Цифры справа указывают на временное разрешение (число колец) конкретной серии измерений. Линия 1 определяет наиболее длинную во времени часть непрерывной калибровочной кривой, полученной в Белфастском университете по серии измерений в блоках древесины ирландских дубов по 20 колец, охватывающую временной интервал 1840 г. н.э. - 5210 г. до н.э. (а), расширенную данными измерений в блоках немецких дубов до 7980 г. до н.э. (б). Линией 2 показан временной интервал измерений, выполненных в университете в Сиэттле, в блоках по 10 колец деревьев из США (а) и германских дубов (б) за интервал времени с 1945 г. н.э. по 6000 г. до н.э. с вдвое лучшим разрешением, чем предыдущие. Линией 3 изображена калибровочная шкала из результатов исследований, полученных в университетах Сиэттла и Белфаста и представляющих скомбинированные в 20-летнюю серию высокоточных измерений из данных по американским деревьям в 10-летних блоках и 20-летних блоках ирландских деревьев: участок а покрывает временной интервал 1940 г. н.э. - 2490 г. до н.э., данные затем были сначала расширены на интервале 2510-4990 гг. до н.э. (б), а затем продлены до 6000 г. до н.э. (в). Интервал погодичных измерений концентрации 14С в каждом кольце американской ели с 1510 по 1954 гг. определен в университете в Сиэттле и показан линией 4. Интервал с 1935 г. до н.э. по 3900 г. до н.э. (линия 5) покрыт измерениями концентрации 14С в германских дубах с временным разрешением от 1 до 4 лет, выполненными в университетах Гронингена и Претории. Линиями 6 изображены дополнительные данные измерений содержания 14С в деревьях остистой сосны вне 5000 г. до н.э., полученные в Аризонском университете на интервале лет 5355-5815 гг. до н.э. (а) и 6090-6550 гг. до н.э. (б) и в Сиэттле - 6440-7160 гг. до н.э. (с). Линией 7 представлены калибровочные данные, полученные в Гейдельбергском университете из германских хронологий по дубу, протянутых до 7875 г. до н.э. Линия 8 представляет предварительную калибровочную кривую, основанную на хронологии по сосне, охватывающую измерения концентрации 14С на интервале 7981-9439 гг. до н.э., выполненные в Гейдельбергском университете.
Рис. 4. Калиброванные различными лабораториями интервалы радиоуглеродной временной шкалы по дендрохронологическим данным.
На основе этих экспериментальных данных, полученных радиоуглеродным датированием образцов древесины календарного возраста, установлена калибровочная кривая (Рис. 5). В области существования радиоуглеродной калибровочной кривой, эти результаты используются, чтобы трансформировать получаемые на практике радиоуглеродные возрасты в календарные даты. Как видно из рисунка, радиоуглеродные даты оказываются моложе календарных; при этом, омоложение на шкале примерно с 1000 г. до н.э. составляет сотни лет и увеличивается до более чем тысячи лет в конце калибровочной кривой.
Рис. 5. Радиоуглеродная калибровочная кривая (радиоуглеродный возраст, годы BP), полученная датированием колец деревьев (календарные годы, BC/AD). Прямая линия означает равенство “радиоуглеродного” возраста абсолютному возрасту образцов (14С годы = дендрогодам).
Прогресс в радиоуглеродном датировании и точности калибровки позволяет разрабатывать калиброванные радиоуглеродные хронологии археологических объектов в ряде регионов, и, в первую очередь, для исторических времен. По-видимому, необходимость такой хронологии для археологии Ближнего и Среднего Востока не вызывает сомнения. Известно, что абсолютное датирование в археологии Ближнего Востока в конечном счете основывается на качестве и надежности исторических календарей Египта, Месопотамии и др. Египетский исторический календарь является главным для археологического датирования во многих частях Ближнего Востока, заметное положение также занимает хронология Месопотамии. Интерпретация древних записей часто приводит к различиям мнений среди экспертов. Возможны различные интерпретации этих древних источников, а часто и нельзя получить ответа относительно их надежности. Радиоуглеродное датирование является независимым от исторического датирования и поэтому может быть законным образом использовано в проверке и возможной коррекции древних исторических хронологий, при условии, что разрешение и точность радиоуглеродных измерений являются достаточно высокими. Как показывают исследования (Hassan F.A. and Robinson S.W. 1987), применение высокоточной радиоуглеродной калибровки дает радиоуглеродные даты образцов, которые находятся в прекрасном согласии с историческими датами до нашей эры (рис. 6). Конечно, необходимо получать тщательно отобранные серии десятков или даже сотен новых высокоточных дат, чтобы сформировать базы для развития калиброванной радиоуглеродной хронологии археологии того или иного региона.