Крис Терни - Terni_Kosti_skalyi_i_zvezdyi._Nauka_o_tom_kogda_chto_proizoshlo.395719

Большей частью число протонов, нейтронов и электронов находится в равновесии, обеспечивая стабильность атома. Несмотря на то что определяю­щим для элемента является число протонов, у одного и того же элемента может существовать несколько разновидностей, различающихся количеством ней­тронов, — такие разновидности называются изото­пами. В этом случае буквенное обозначение остает­ся неизменным, а вот массовое число меняется. Так, у водорода имеется стабильный изотоп под названи­ем «дейтерий» с одним протоном и одним нейтроном, который записывается как 2Н. Однако с увеличением числа нейтронов стабильность элемента снижается. Достигнув критической точки, атом распадется, ис­пуская определенный вид частиц или форм энергии, в стремлении к стабильности. Еще один изотоп водорода, тритий, ядро которого состоит из одного прото­на и двух нейтронов, обозначается как 3Н — он крайне нестабилен и не может не распадаться.

Наши представления о радиоактивности сложи­лись относительно недавно. Лишь в 1895 г. немецкий ученый Вильгельм Рентген открыл новый тип лучей, впоследствии получивших название рентгеновских, вызывающих свечение бумаги, обработанной специ­альным покрытием. В 1896 г. французский физик Анри Беккерель обнаружил, что такие же лучи испускаются солями урана. В 1898 г. Пьер и Мари Кюри, польско-французская чета ученых, отметив подобное явление у тория, ввели термин «радиоактивность». Исследуя радиоактивность другого минерала — уранита, урано­вой руды, Кюри обнаружили, что он выделяет больше энергии, чем чистый уран, и сделали вывод, что в руде должны присутствовать и другие радиоактивные элементы. Супруги переработали тонны урановой руды, которая даже после добычи из нее урана по-прежнему оставалась радиоактивной. К 1902 г. Кюри сумели вы­делить два неизвестных ранее радиоактивных элемен­та — полоний и радий. Внезапно оказалось, что радио­активность повсюду.

В 1903 г. Мари и Пьер Кюри поделили Нобелевскую премию по физике с Беккерелем. Вскоре после этого, в 1906 г., Пьер Кюри скончался, попав из-за сильного головокружения под конный экипаж, что, скорее все­го, было следствием многолетней подверженности об­лучению. В 1911-м Мари Кюри получила свою вторую Нобелевскую премию, по химии, за исследования ра­дия и дожила до 1934., скончавшись в возрасте 67 лет. Умерла она от лейкемии, спровоцированной лучевой болезнью. Ее лабораторные записи по-прежнему так радиоактивны, что их приходится хранить в свинцо­вом сейфе. Открытия, сделанные супругами Кюри, заложили фундамент для теории относительности, атомной и квантовой физики, а также, несомненно, революционизировали наши методы уточнения дат прошлого.

На их открытии строится также радиоуглеродное датирование, в основу которого положено измерение содержания в веществе радиоактивного изотопа углерода, меняющееся со временем. Современный угле­род представлен в основном двумя самыми распро­страненными своими разновидностями — 12С и 13С. Это стабильные формы: 12С — самая простая, состоит из шести протонов и шести нейтронов, а 13С чуть тя­желее, поскольку в нем на один нейтрон больше. Од­нако нас интересуют не они, а радиоактивная форма, 14С, известная под названием «радиоуглерод». Это не­стабильная комбинация из шести протонов (которые и обеспечивают ей свойства углерода) и 8 нейтронов. Радиоуглерод крайне редок, он составляет всего одну триллионную от всего современного углерода на планете. Представьте себе каплю воды, растворенную в олимпийском плавательном бассейне, — соотноше­ние примерно таково.

К великим, которые поставили радиоактивность на службу датирования прошлого, мы обратимся чуть позже (в главе 11), а сейчас перенесемся в середину 1940-х. Именно тогда американский химик Уиллард Либби выдвинул предположение, что незначительные количества радиоуглерода поступают из верхних сло­ев атмосферы. Согласно гипотезе Либби, высокоэнергетичные частицы, формирующиеся в дальнем космо­се, — так называемые космические лучи — достигая нашей планеты, вступают во взаимодействие с газо­образным азотом, содержащимся в атмосфере, и в ре­зультате образуется радиоуглерод. Этот радиоуглерод моментально превращается в углекислый газ CO2, который затем поглощают растения в процессе фото­синтеза. Растения впоследствии становятся кормом для травоядных, которые в свою очередь поедаются хищниками, и происходит передача атомов радио­углерода по пищевой цепи. Таким образом, наличие радиоуглерода в живых организмах на Земле должно соответствовать его концентрации в атмосфере. Од­нако когда организм умирает, некоторые атомы 14С начинают распадаться, отдавая электроны и обра­зуя азот (см. рис. 3.1). Либби считал, что, зная изна­чальное содержание радиоуглерода, можно измерить остаточное содержание 14С в образце и высчитать его возраст. Примерно то же самое, что определить, сколь­ко прошло времени по оставшемуся в верхней колбе песочных часов количеству песка.