РАДИОУГЛЕРОДНАЯ ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМА 1 Выполнила студентка гр МГП-09

РАДИОУГЛЕРОДНАЯ ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМА 1 Выполнила студентка гр. МГП-09 Шупилко Е. В.

ЭЛЕМЕНТАХ Углерод — химический элемент 4 -ой группы главной подгруппы 2 -го периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6, атомная масса - 12, 01115. 2

ЭЛЕМЕНТАХ Азот — элемент главной подгруппы 5 группы 2 периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 7. Атомная масса 14, 0067 Азот - достаточно инертный при нормальных условиях двухатомный газ, без цвета, вкуса и запаха (формула N 2), из которого на три четверти состоит земная атмосфера 3

ЭЛЕМЕНТАХ Углерод имеет два стабильных изотопа— 12 С и 13 С. Содержание этих изотопов в природном углероде равно соответственно 98, 883 % и 1, 107 %. Известны также 13 радиоактивных изотопов углерода (от 8 С до 22 С), из которых только 14 С распространен в природе. 100 Содержание в природе стабильных изотопов углерода 80 % 60 40 98, 883 % 1, 107% 20 4 0 С 12 С 13

ЭЛЕМЕНТАХ Углерод — лёгкий элемент, и его изотопы значительно различаются по массе, а значит и по физическим свойствам, поэтому во многих природных процессах происходит их разделение — фракционирование. Изотоп 12 C называется легким, 13 C тяжелым, а 14 C радиогенным. Изотоп 14 C образуется при облучении 14 N нейтронами по следующей реакции: n + 14 N → 14 C + 1 H. С наибольшей интенсивностью 14 C образуется на высоте от 9 до 15 км в высоких широтах, откуда он разносится по поверхности Земного шара и окисляется, до углекилого газа. С небольшой скоростью углерод-14 образуется и в земной коре. Его содержание в атмосферном углероде около 10− 12. Распад радиогенного углерода происходит по следующей реакции: 14 C - e = 14 N 5

РАСПРОСТРАННЕНОСТЬ Вариации изотопного состава углерода в природных объектах 6

ЭЛЕМЕНТАХ Природный азот состоит из двух стабильных изотопов легкого 14 N — 99, 635 % и тяжелого 15 N — 0, 365 %. Искусственно получены четырнадцать радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами. Самый стабильный из них 13 N имеет период полураспада 10 мин. Содержание в природе стабильных изотопов азота 99, 635% 0, 365% 7 N 14 N 15

РАСПРОСТРАННЕНОСТЬ Вариации изотопного состава азота в биосфере 8

Радиоуглеродный (РУ) метод абсолютного датирования органических предметов был изобретён американским химиком Уилардом Либби в 1946 году, в 1960 году Либби стал Нобелевским лауреатом по химии за обоснование этого метода и его применение. РУ–метод заключается в измерении процентного содержания радиоактивного изотопа 14 С в органике и расчётах возраста органики на этом основании. С помощью этого метода определяют возраст углеродосодержащих материалов, сформировавшихся не более 60000 лет назад 9

1: Образование радиоуглерода 14 C. 2: Распад 14 C. 3: Условие равновесия для живых организмов и неравновесие для умерших организмов, в которых радиоуглерод распадается без пополнения извне. 10

11

Период полураспада 14 С составляет около 5730 лет 12

Определение возраста радиоуглеродным методом. Тело мертвого организма теряет аккумулированный им углерод-14 со скоростью, которую можно измерить, что позволяет определить возраст данного организма. Пределы погрешности возрастают при увеличении временного интервала. Во время жизни и сразу после гибели организма в теле содержится некоторое количество углерода-14. Через 5730 лет после смерти организма в останках сохраняется половина углерода-14. Спустя 11460 года после смерти сохраняется одна четвертая углерода-14. Параллельно потере останками углерода-14, наблюдается постепенное накопление азота-14, в который тот превращается. Через 60 000 лет после смерти исчезает почти весь изотоп. 13

Иными словами, находя в природе и на поселениях древнего человека остатки растений и животных, а также некоторые другие вещества, содержащие углерод, можно с помощью радиоуглеродного метода определить, сколько времени прошло с момента прекращения жизни организма, то есть установить возраст данных объектов. 14

Так как одним из условий применимости любого геохронологического метода является закрытость системы, то при анализе 14 С в образцах всегда необходимо учитывать возможность загрязнения современным (иногда древним) углеродом, приносимым грунтовыми водами в форме органических кислот, гидрокарбонатов и карбонатов. Концентрацию 14 С определяют методом сравнения со стандартом, содержащим современный углерод, и выражают в промилле (%о): где индекс "станд" означает стандарт, а индекс "обр" - образец. Коэффициент 0, 95 учитывает разбавление нерадиоактивным древним углеродом. В качестве международного стандарта используют щавелевую кислоту Национального бюро стандартов США (NBS), 15 имеющую в настоящее время активность 13, 56 распада/мин.

Содержание изотопа 14 C в атмосфере зависит от многих факторов, таких как: q Интенсивность космических лучей и активности Солнца; q. Широта местности; q. Состояние атмосферы и магнитосферы; q. Вулканическая деятельность (углерод, содержащийся в вулканических выбросах, «древний» , практически не содержащий 14 C); q. Круговорот углекислого газа в природе; проведение атмосферных ядерных испытаний, создавших в 1950 -х— 60 -х годах существенный выброс (около 0, 5 тонны) радиоуглерода в атмосферу (бомбовый эффект); q. Сжигание большого количества ископаемых топлив (углерод, содержащийся в нефти, природном газе и угле — «древний» , практически не содержащий 14 C) — так называемый эффект Зюсса, возникший с 16 началом промышленной революции в 19 веке.

Известно, что химический элемент углерод входит в состав практически всей живой материи, а также во многие вещества из разряда неживых (то есть созданных без участия живых организмов). Таким образом, радиоуглеродный метод поистине универсален. С его помощью определяется возраст целого ряда объектов, которые можно условно разделить на следующие группы: Биологические Геологические Антропогенные «Экзотические» 17

Еще некоторые примеры использования радиоуглеродного метода датирования • Изучении четвертичного вулканизма. Исследование обугленных деревьев, захваченных лавой при извержении, дает возраст лавовых потоков. Большое распространение получила тефрохронология, позволяющая определять возраст почв и древесных остатков, погребенных под слоями вулканического пепла (тефры). • Определение возраста почв проводят по 14 С почвенного гумуса. • Датирование морских террас по раковинам моллюсков дает возможность оценивать возраст морских трансгрессий и регрессий, приведших к формированию этих террас. 18