Это были две статьи профессора Либби в мартовском и декабрьском номерах журнала Science. В первой статье «Age Determination by Radiocarbon Content» («Определение возраста по содержанию радиоуглерода») была описана сама методика. Во второй «Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age» («Датировка по содержанию радиоуглерода образцов известного возраста») — результаты датировки этим методом семи археологических образцов возрастом от 1 тыс. до 4 тыс. лет. В 1960 году Либби получил за эти работы Нобелевскую премию по химии.
Фото: Bettmann / Getty Images
Фото: Bettmann / Getty Images
Чикагский метод
Метод радиоуглеродного анализа сейчас используется во множестве наук — от геологии до криминалистки, но исходно разрабатывался он в лаборатории профессора Либби в Институте ядерных исследований (ныне Институт Энрико Ферми) при Университете Чикаго для археологов.
Во-первых, это была наиболее очевидная практическая область его применения. А во-вторых, как свидетельствует американский историк науки Линн Гольдштейн, молодые лаборанты Либби Эрнест Андерсон и Джим Арнольд (они же его соавторы в указанных выше статьях в Science) были фанатами археологии. Через отца Арнольда, археолога-любителя со связями в археологических и музейных кругах Америки, они раздобыли для опытов довольно раритетные образцы, которые чикагским физикам-ядерщикам никто из археологов и музейных хранителей просто так не дал бы.
Для анализа Либби требовался образец органического происхождения весом примерно 10 г. Для каждого археологического объекта он проводил два независимых анализа, чтобы снизить вероятность ошибки в результате «человеческого фактора» (небрежности лаборанта). То есть всего нужна была навеска исследуемого материала примерно в одну унцию (28,3 г), которую сжигали, чтобы определить в ней содержание изотопов углерода.
В числе точно датированных историками археологических раритетов, возраст которых определяли своим новым методом Либби и его ассистенты и при этом, естественно, сожгли, были довольно увесистые кусочки деревянного саркофага эпохи Птолемеев из Египта, две паркетные плашки из дворца позднего хеттского периода из Сирии, кусок палубной доски погребальной лодки египетского фараона Сенусерта III из 12-й династии Среднего царства, фрагменты орнаментов из кипариса и акации из пирамид фараонов Джосера и Снофру из III и IV династий Древнего царства.
Датировка Либби во всех случаях практически идеально совпала с датировкой их историками и археологами, так что для археологов объективный радиоуглеродный метод был весьма полезным инструментом в дополнение к их методам оценки возраста выкопанных древностей по косвенным историческим реперам. Но их первая реакция напоминала шок от растерянности, настолько неожиданным для них было открытие Либби.
Наука требует жертв
Физики-ядерщики познакомили археологов со своим новым методом на специально созванной для археологов конференции в 1948 году, то есть еще до его опубликования в Science. Археологам объяснили физический принцип метода. В земной атмосфере кроме стабильных изотопов углерода С-12 и С-13 всегда присутствует в более или менее постоянном количестве радиоактивный изотоп С-14, который образуется в результате столкновения нейтронов космических лучей с атомами азота.
Пока живой организм жив, он усваивает все изотопы углерода в той пропорции, в какой они присутствуют в окружающей среде. Но когда организм умирает, эта пропорция начинает нарушаться, потому что новый радиоактивный С-14 в организм не поступает, а тот, что там был, распадается с фиксированной скоростью (его период полураспада 5720 плюс-минус 47 лет). Проще говоря, чем меньше С-14 в археологических находках органического происхождения, тем они древнее. И степень их древности можно измерить физическими приборами в интервале от 1 тыс. до 20 тыс. лет с точностью плюс-минус 150 – 400 лет.
Как рассказывал Линн Гольдштейн один из участников этой конференции, археологам продемонстрировали результаты анализа прута из древней корзины. Было видно, что люди в зале взволнованны, но молчали. Потом один археолог поднял руку и, явно смущаясь, спросил: «Это очень интересно, но не могли бы вы объяснить, как вы прикрепите прут обратно к корзине, чтобы вернуть ее в прежнее состояние?»
Потребовалось около десяти лет, чтобы археологи до конца осознали ценность нового метода датировки и приняли его на вооружение.
Возможности метода Либби
По мере накопления числа проведенных анализов обнаруживались недостатки метода. Сейчас даже в научных работах, не говоря уже об энциклопедиях и любительских статьях, часто пишут об этих недостатках так, словно основоположник метода радиоуглеродной датировки Уиллард Либби о них не подозревал.
На самом деле это не так, и, чтобы в этом убедиться, достаточно внимательно прочитать его статьи 1949 года в Science, благо они короткие, всего по две журнальные страницы. Разумеется, будучи высококвалифицированным ученым, участником Манхэттенского проекта, Либби прекрасно понимал, что любой физико-химический метод имеет границы применения и перечислил в своих статьях все три основных ограничения радиоуглеродного анализа для датировки исторических событий: разная скорость попадания атомов С-14 из атмосферы в датируемые объекты («эффект резервуара»); собственный возраст образца (эффект «старого дерева»); условность постоянства концентрации изотопа С-!4 в атмосфере в историческом и геологическом масштабах времени (например, его повышение в результате промышленной революции и после первых ядерных взрывов).
Со временем метод радиоуглеродного анализа усовершенствовали, расширив диапазон его применения до 50 тыс. лет. При анализе образцов применяют более совершенные методы калибровки, а необходимый для анализа объем навески образца снизили до сотен миллиграммов. Расширился и набор археологических объектов для датировки этим методом.
Сейчас их больше двух десятков: древесный уголь и древесина (включая кольца деревьев), прочие растительные остатки; текстиль и другие плетеные изделия, изделия из кожи (обувь и др.); бумага, пергамены, папирусы; сажа и сажистые вещества (пигменты красок и др.); кости и зубы животных и человека, мягкие ткани и волосы животных и человека (включая остатки крови на каменных орудиях); пыльца, споры и фитолиты растений; хитиновые покровы насекомых и раковины моллюсков; органика и липиды (жирные кислоты) в керамике, пищевой нагар на керамических сосудах; смола и воск; строительные растворы; чугунные изделия и шлаки; торф и сапропель, почвенный гумус, корки «пустынного загара»; неорганические карбонатные вещества (включая сталактиты, сталагмиты, карбонатные корки).
Тем не менее по ряду причин, далеких от науки, в глазах неспециалистов радиоуглеродная датировка почему-то считается малонадежной и непозволительно приблизительной. Типичный пример тому радиоуглеродный анализ в 1988 году Туринской плащаницы. Его слепым методом провели независимо друг от друга три ведущие в этой области лаборатории из трех разных стран и получили одинаковый результат — XIII век от Рождества Христова. То есть Иосиф Аримафейский никак не мог завернуть в эту плащаницу тело Христа. Люди отказывались в это верить, а ученые продолжали настаивать на своей правоте и имели на то все основания, хотя в подобных случаях наука в принципе не может и не должна быть истиной в последней инстанции.
Две черепахи и четыре слона геоархеологии
Следом за радиоуглеродным анализом появились другие физические и физико-химические методы датировки археологических объектов. К их числу относятся методы урановых рядов (торий-урановый и протактиний-урановый); калий-аргоновый и аргон-аргоновый методы; «метод треков» (датировка по трекам спонтанного распада урана U-235); метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР); люминесцентные методы: оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ), термолюминесцентный (ТЛ) анализ и метод радиотермолюминесценции (РТЛ). В последние годы в популярной сейчас среди археологов и антропологов Денисовой пещере на Алтае, где, возможно, обнаружен новый подвид или даже вид человека разумного, использовался post-infrared IRSL-метод датировки, то есть один из разновидностей люминесцентных методов, еще не получивший устоявшегося русского названия.
Весь арсенал современных методов датировки имеет диапазон от сотен лет до десятков миллионов лет. Его внедрение и широкое использование в археологии рекрутировало в эту науку физиков, химиков, геологов, географов, а часть самих археологов понудило приобрести квалификацию в области естественных наук. В результате археология получила сопредельную науку, которая ее обслуживает, но, как это часто случается с неофитами, стремится к самостоятельности.
С 1986 года в США издается международный научный журнал Geoarchaeology (выходит раз в два месяца). С предметом и методами этой науки желающие могут познакомиться, полистав в интернете книгу доктора географических наук Ярослава Кузьмина из Института геологии и минералогии СО РАН «Геоархеология: естественнонаучные методы в археологических исследованиях», вышедшую в Томске в позапрошлом году. А в прошлом году доктор исторических наук Алексей Сорокин из Института археологии РАН опубликовал в «Известиях Иркутского государственного университета» манифест этой науки: «“Слоны” и “черепахи” геоархеологии». Его тоже можно почитать в интернете.
Показательно, что эту апологию по своей сути естественно-научной дисциплины написал классический археолог Алексей Сорокин. По его словам, геология четвертичная (четвертичного периода, или антропогена, кайнозойской эры) и археология первобытная — это две, говоря словами средневековых философов, «черепахи», на которых геоархеология «плавает» в океане познания. А четыре «слона», покоящиеся на означенных «черепахах»,— это геоморфология, палеогеография, почвоведение и тафономия (раздел палеонтологии, изучающий закономерности процессов естественного захоронения организмов и образования местонахождений их ископаемых остатков).
«Следовательно, геоархеология — это и есть научное направление, представляющее собой синтез гуманитарных и естественных наук. По существу, это современный действенный инструмент для познания палеообществ и среды их обитания,— продолжает доктор Сорокин.— И здесь, пожалуй, уместно вспомнить слова А. Л. Никитина (советский археолог.— “Коммерсантъ-Наука”), прозвучавшие 35 лет назад: “…объекты археологического исследования можно назвать архивом биосферы, вернее всего, ее памятью. Подобно тому, как память человека состоит из множества импульсов, хранящихся в миллионах ячеек мозга, каждая из которых оказывается единственной, смертной и невосстановимой, так и общая память человечества состоит из множества — конечного множества! — археологических комплексов, столь же индивидуальных, неповторимых и невосстановимых при разрушении. Ячейку памяти человека разрушает проникающий в нее для исследования электрод — и живая ячейка умирает; ячейку памяти человечества разрушает человек — лопатой, бульдозером, ножом или кистью...” Это и определяет роль геоархеолога в современной науке и его ответственность перед нею».
Ну как тут не вспомнить недоуменный вопрос американского археолога 1940-х годов профессору Либби насчет того, как тот собирается вернуть науке археологии сожженный им для радиоуглеродного анализа ивовый прут из древней корзины.