Природный углерод на Земле состоит из атомов разного веса. Почти 99 % углерода имеет вес 12, это самый стабильный углерод. Но около одного процента — углерод с весом 13, но тоже стабильный. Остальные изотопы — радиоактивные. Самый распространенный из них с весом 14. Его несколько миллиардных долей процента, а период полураспада 5730 лет. Образуется он в верхних слоях атмосферы, где атомы азота, самого распространенного вещества воздуха, подвергаются бомбардировке космическими лучами. Затем в результате ядерной реакции азот превращается в углерод-14 или по-научному С-14. Приток углерода и его распад определяет его текущее наличие в атмосфере. Затем углерод в виде углекислого газа поглощается растениями и остается в них. Там баланс С-14 уже не поддерживается за счет космических лучей ионосферы. Остается ему только распадаться и уменьшаться с течением времени. И дальше следует самое сильное предположение, на котором базируется метод: интенсивность космических лучей не менялась последние 40 000 лет! Это утверждение приблизительно так же верно, как предположение, что один из спутников Сатурна состоит из фруктового мороженого. После этого вообще можно было бы забыть про метод радиоактивного углерода, если бы не наличие нелепостей в каждом его следующем шаге.
Предположим, что нам удалось измерить количество радиоактивного углерода в древнем образце. А с чем же сравнить это количество? С количеством его в настоящее время, — отвечают нам специалисты. Опять смешно. Космические лучи обнаружили в 1957 году, когда запустили первый спутник Земли, а до того, начиная с 1944 года, испытывали и испытывали атомное оружие. Тысячи взорванных бомб и сотни постоянно работающих атомных реакторов не могли не сказаться на современном уровне радиоактивных веществ в атмосфере. Это тоже никто не оценивал, как и интенсивность облучения Земли из космоса. (Последний вопрос мы еще затронем в дальнейшем).
Но и на этом не заканчиваются беды метода радиоактивного углерода, а можно сказать — только начинаются. Вот вы обнаружили какой-то чурбачок на раскопках и несете его для радиоуглеродного анализа. Что надо сначала сделать ученым? Выделить чистый углерод химическим путем. Методы химии, к сожалению, традиционно страдают очень низкой точностью. Ошибки химиков обычно десятки процентов. Справедливости ради замечу, что сейчас с введением электронных весов и других электронных помощников для химиков точность увеличилась, но все старые данные, ставшие классикой, никуда не годятся.
Затем выделенный чистый углерод отправляется, говоря языком физиков, на детектор бета-частиц. Бета-частицы — это просто электроны, такие же, как те, которые рисуют картинку на экране телевизора. Физики придумали удобную шкалу измерения их скорости. Скорость электронов измеряется напряжением, которое пролетел электрон, когда он ускоряется. В телевизоре к трубке приложено 20 киловольт, значит, энергия электронов — 20 кэВ. Так вот, те электроны, которые вылетают в результате распада С-14, имеют энергию 155 кэВ. Не много. Как электроны в 20 кэВ легко застревают в экране телевизора, не пробивая его, так и электроны из углеродного образца далеко не летят. Образец должен быть очень тонким, иначе часть электронов застрянет в самом образце и не дойдет до детектора. При этом очень важна равномерность толщины. Если, например, у вас стол с прибором стоит не очень ровно, то образец будет лет на сто старше.
Но и это не все! Физики фиксируют количество распадов за определенное время. Распады происходят стохастически, и тут действуют законы статистики. Как уже говорилось, образец тонкий и небольшой, период полураспада — тысячи лет, содержание миллиардные доли процента. События распада измеряются единицами. А закон статистики говорит, что ошибка при таких измерениях оценивается квадратным корнем от количества зафиксированных событий. Например, событий сто — это значит ошибка десять процентов. Событий десять — ошибка тридцать три процента.
И последнее.
Для улучшения статистической погрешности надо увеличивать время измерений. Не говоря о том, что это просто дорого и неудобно при длительных измерениях. Накапливаются другие ошибки — сбои аппаратуры и космические лучи, самые мощные из которых пробивают земную атмосферу и защиту детектора. Падают они как редкий дождь. Первый раз я увидел это на лабораторной работе по ядерной физике. В искровой камере постоянно вспыхивали разряды от пролетающих частиц. Красота! Теперь такое показывают только на дискотеках. А что делать! Мы живем под дождем радиации.
В оправдание физиков я готов сказать, что большинство из них давало археологам ответы примерно в таком виде: возраст образца 1000 плюс-минус 1000 лет. Что на общечеловеческом языке соответствует примерно: возраст не знаю.
Но хватит о радиоуглероде, надо забыть его навсегда и спросить себя: неужели нет других методов определения времени? Такие методы есть и они очень точны. Например, дендрохронология. Определения возраста по годичным кольцам дерева. В умеренных широтах каждый год оставляет в толще дерева разный круг. Под Москвой яблони дали самый большой круг прироста в 1972 году, когда стояла невероятная жара и горели подмосковные леса. Засуха яблони не беспокоила, им хватало грунтовых вод, а вот тепла им в наших широтах недостаточно. При сравнении годичных колец деревьев давно погибших и ныне живущих, выстраивается шкала. Я и знаю про годичные кольца из-за того, что зимой с 1978-го на 1979 год под Москвой стояли страшные морозы, и яблони в большинстве своем погибли. Когда их спилили, вот тут-то дендрохронология была прямо под руками.
Выстроить шкалу древесных кругов еще возможно, потому что некоторые деревья тысячелетнего возраста живы и сейчас в Европе. В Ирландии, например, выстроена шкала более пяти тысяч лет. А в Северной Америке секвойи живут еще дольше, и их кольца проникают далеко в глубь времен.
Конечно, и у дендрохронологии есть свои пессимисты. Говорят, что дерево в холодном и мокром овраге дает совсем другой прирост по сравнению с деревом на холме. Дерево на опушке чувствует по-другому, чем в чаще леса. Откапывая дерево, археологи не знают, где оно росло, и теоретически возможность путаницы существует. Более того, не всегда дерево точно «проживало» там, где производятся раскопки. В упомянутом 1972 году в Центральной России летом была страшная засуха, а в Сибири прекрасное лето. Деревья разных регионов тоже отличаются своими годичными кольцами.
Другой подход к измерению времени — это изучение слоев в ледниках и отложений в грунте и в озерах. Опять-таки в умеренных широтах, где каждый год зима, такие слои очень хорошо заметны. Можно привести в пример ледники Гренландии, альпийские ледники и отложения в болотистых озерах южной Польши. В последнем случае эти недоступные озера показали возможность исследования до десяти тысяч лет, что почти подходит к концу ледникового периода в Европе.
Не вдаваясь в технику исследований, которая развивается так же быстро, как и окружающая нас бытовая техника, зададим себе простой и, казалось бы, очевидный вопрос: а почему же до сих пор нет ясности со шкалой времени?
Предлагаю простой и пока единственный путь состыковки всех календарей. Это извержение Везувия, величайшая катастрофа античности, которая оставила точные даты. Сейчас это приравнивается к 79 году нашей эры. Это извержение повлекло за собой не только гибель огромного количества людей, нескольких городов, но и имело замечательных свидетелей — Плиния Старшего, погибшего там, и Плиния Младшего, его племянника, написавшего об этом событии великолепное письмо, дошедшее до нас.
Спрашивается — а почему бы не изучить годовые кольца деревьев, засыпанных пеплом в Помпеях и окрестностях? Это должно бы быть первой мыслью у тех, кто изучает раскопки. Раскопки идут уже почти триста лет, но никто до сих пор этого не сделал. И дело тут не в том, что археологи такие глупые, а в том, что Италия — территория римской католической церкви. Никому там этого делать не позволено.
Но кроме изучения годичных колец деревьев вокруг Неаполитанского залива, можно взять грунт и посмотреть, сколько лет накапливалась почва после ужасного извержения, засыпавшего окрестности несколькими метрами пепла. Если отсчет от нынешнего года покажет, что извержение Везувия было в 79 году, — плюс-минус пару лет, — то и хорошо.
Есть и еще одна возможность установить, в каком же году мы сейчас проживаем. Извержение Везувия было громадным. Плиний старший с острова увидел, что над горой выросло облако, по форме напоминающее пинию — средиземноморскую сосну. Явление это настолько удивило его, что он велел подать сандалии и вышел на балкон. Подачу сандалий зафиксировали все летописцы.
Взрыв был настолько сильным, что пепел попал в стратосферу, на высоту примерно 30 км. Это уже несколько раз наблюдалось в наше время, в эпоху самолетов и телекамер, например на Камчатке, на острове Монсерат в Карибском море и при взрыве вулкана Святая Елена в США. Ветры в стратосфере не зависят от погоды, и попавшая туда пыль разносится ими. Поэтому края облака размывались, напоминая раскидистую сосну. В самих же Помпеях ветер дул с западного направления, о чем следует единственно справедливое свидетельское замечание.
