1) нейтроны возникают в стратосфере под действием космических лучей, т.е. представляют собой вторичные частицы космического излучения;
2) первичные космические лучи, порождающие нейтроны, являются потоком заряженных частиц;
3) возникшие нейтроны почти немедленно поглощаются газами воздуха, так что до поверхности Земли доходит их ничтожное количество.
Число нейтронов в минуту, возникающих в земной атмосфере, равно (см. [65] стр. 139) приблизительно 6x1020 нейтронов/мин с ошибкой +/-25%.
Таким образом, каждую минуту на Земле возникает от 4,5х1020 до 7,5х1020 нейтронов. Эти нейтроны сталкиваются с атомами атмосферного азота и кислорода, вступая с ними в ядерную реакцию. «Сравнительно небольшое число нейтронов достигает поверхности Земли, и резонно предположить, что каждый нейтрон, рождаемый космическими лучами, создает атом радиоуглерода, следовательно, скорость образования нейтронов равна скорости образования радиоуглерода. Это составляет примерно 7,5 кг радиоуглерода в год» ([65], стр. 104).
Период полураспада радиоуглерода C14 равен примерно 5600 лет, так что 1% радиоуглерода распадается примерно за 80 лет.
Отсюда легко определить, что равновесное количество C14 на Земле составляет примерно 60 тонн (с ошибкой +/-25%, т.е. от 45 до 75 тонн). Это означает, что в современном образце один атом радиоуглерода приходится на 0,8х1012 атомов обыкновенного углерода, откуда следует (см. [65], стр. 143), что в одном грамме природного углерода происходит в среднем 15 распадов в минуту.
Образовавшийся радиоуглерод перемешивается в атмосфере, поглощается океанами и усваивается организмами. Сфера распространения углерода называется обменным углеродным резервуаром. Он состоит (см. [63], стр. 30) из атмосферы, биосферы, поверхностных и глубинных океанических вод. Если принять содержание углерода в биосфере за 1, то атмосфера будет содержать 2 единицы, почва и поверхностные воды океана — по 3 единицы, а глубинные воды океана — 120 единиц. Таким образом, подавляющая масса углерода похоронена в глубине океана.
«Под радиоуглеродным возрастом подразумевается время, прошедшее с момента выхода объекта из обменного фонда до момента измерения C14 в образце» ([63], стр. 32).
Гипотезы, лежащие в основе радиоуглеродного метода
Идея измерения радиоуглеродного возраста очень проста. Для этого достаточно знать:
1) содержание радиоуглерода в объекте в момент выхода объекта из обменного фонда;
2) точный период полураспада радиоуглерода C14.
После этого, взяв достаточный объем образца, следует измерить количество радиоуглерода в настоящий момент и простым вычитанием и делением вычислить время, которое прошло с момента выхода объекта из обменного резервуара до момента измерения. Однако на практике эта простая идея встречается со значительными трудностями. Во–первых, что значит «момент выхода объекта из обменного резервуара»? Первоначальная гипотеза Либби состояла в том, что этот момент совпадает с моментом смерти объекта. Не говоря уже о том, что момент смерти может отличаться от момента, интересующего историков (например, кусок дерева из гробницы фараона может быть срублен значительно раньше времени постройки гробницы), ясно, что отождествление момента выхода объекта из обменного резервуара с моментом смерти верно только в «первом приближении», так как после смерти обмен углерода не прекращается, он лишь замедляется, приобретая другую форму, и это обстоятельство необходимо учитывать.
Известно (см. [63], стр. 31) по крайней мере три процесса, протекающие после смерти и приводящие к изменению содержания радиоуглерода в образце:
1) гниение органического образца;
2) изотопный обмен с посторонним углеродом;
3) абсорбция углерода из окружающей среды.
Эйткин пишет: «…единственно возможный тип разложения — это образование окиси или двуокиси углерода. Но этот процесс не имеет значения, так как он связан только с уходом углерода» ([65], стр. 149). По–видимому, здесь Эйткин имеет в виду, что, поскольку окисление изотопов углерода происходит с одинаковой скоростью, оно не нарушает процентного содержания радиоуглерода. Однако в другом месте он пишет: «Хотя C14 в химическом отношении идентичен C12, его больший атомный вес непременно проявляется в результате процессов, имеющих место в природе, механизм обмена между атмосферным углекислым газом и карбонатом океана обусловливает несколько большую (на 1,2%) концентрацию C14 в карбонатах; наоборот, фотосинтез атмосферной углекислоты в растительном мире Земли приводит к несколько меньшей (в среднем на 3,7%) концентрации C14 в последнем» ([65], стр. 159).