Возраст раствора

В главе 8 мы узнали, как с помощью 14C можно датировать практически все, что когда-то было живым и хорошо сохранилось. Здесь же мы в первую очередь поговорим об уникальном случае, когда радиоуглеродное датирование применили к инертному строительному материалу, а именно к известковому раствору. А потом мы увидим, к каким научным прозрениям позволил прийти этот метод – и, среди прочего, развенчаем миф о викингах, датируем средневековые церкви в Финляндии и наведем порядок в хронологическом расположении архитектурных шедевров Римской империи в годы ее расцвета и упадка.

Раствор, важнейший структурный компонент каменных и кирпичных зданий, впервые использовали в Древней Месопотамии и Древнем Египте более 4000 лет назад. Если быть точным, то неверно утверждать, что раствор никогда не был живым. Он сделан из известняка, который состоит из спрессованных скелетов крошечных океанских существ, называемых фораминиферами (с которыми мы снова встретимся в главе 11), кораллов и раковинных моллюсков. Когда эти существа умирают и падают на дно океана, накапливаются толстые слои, которые в ответ на движения тектонических плит Земли сжимаются в горные породы и выдвигаются на сушу. Основной химический компонент этих ракушек (и, следовательно, самого известняка) – кальцит, молекула с одним атомом Кальция, одним атомом Углерода и тремя атомами Кислорода: CaCO3. Вот что нужно сделать, если мы хотим приготовить раствор из этого сырья:

1. Нагреть известняк до температуры не ниже 900 °C для получения негашеной извести.

2. Влить воду для получения полужидкой суспензии извести и, возможно, добавить немного щебня или песка.

3. Уложить влажный раствор между кирпичами или камнями стены, а затем дождаться, пока он затвердеет (обычно на это уходит несколько дней или недель).

В химическом плане на этих этапах происходит следующее:

1. Нагревание известняка удаляет углекислый газ (CO2), превращая CaCO3 в CaO (негашеную известь).

2. Последующее присоединение H2O к CaO приводит к появлению CaO2H2.

Рис. 9.1. Этапы приготовления и затвердевания раствора. Известняк нагревают до температуры более 900 °C, чтобы удалить CO2 и получить негашеную известь. При смешивании негашеной извести с водой и песком формируется раствор. По мере высыхания раствора H2O испаряется, и ей на смену приходит CO2 из воздуха, превращая смесь в известняк

3. Раствор затвердевает, выделяя воду (H2O) в атмосферу (сохнет), и поглощает CO2 из воздуха, снова превращаясь в CaCO3 (см. рис. 9.1).

Последний этап – ключ к углеродному датированию: строительный раствор «вдыхает» CO2, как и растения. За считаные дни или недели он завершает этот процесс и фактически «умирает» (перестает дышать). Все, что нужно сделать, чтобы определить время нанесения раствора, – это подсчитать атомы 14C и 12C и определить их соотношение, как при обычном углеродном датировании.

Потенциал этого метода датирования был признан в 1960-х годах, но первые попытки его применения оказались в основном безуспешными – прежде всего из-за примесей, ставших частью раствора и способных резко исказить результаты. Например, несгоревшие кусочки известняка, оставшиеся в растворе, имеют нулевое соотношение 14C/12C. Поскольку за миллионы лет, в течение которых формировался известняк, весь изотоп 14C распался, такой материал указывал на невероятную древность – примеси значительно снижали соотношение 14C/12C. Более того, в песке или другом крупнозернистом песчанике, которые добавляли в раствор перед его применением, могли содержаться частицы известняка или другого углеродосодержащего материала – и из-за этого в расчет соотношения тоже вкрадывалась ошибка1.

Аландские церкви

В 1980-х годах археолог Кеннет Густавссон и физик Хогне Юнгнер решили определить возраст каменных церквей и францисканского монастыря на Аландских островах, архипелаге у берегов Финляндии. Никаких письменных упоминаний об их строительстве не существовало, хотя высказывались предположения о том, что их построили примерно в 1450 году нашей эры. Радиоуглеродная лаборатория Хельсинкского университета датировала образцы строительного раствора, собранные на острове Кёкар, и установила удивительную дату – 1280 год нашей эры. Последующие раскопки вокруг церкви обнаружили украшения, примерно соответствующие этому более раннему периоду.

Поразительные заявления требуют необычайно убедительных доказательств, а если учесть упомянутые выше проблемы с датировкой строительного раствора, то утверждение, согласно которому возраст объектов на 170 лет отличался от общепринятых археологических представлений, требовало независимой оценки. Дополнительные свидетельства о более ранней дате строительства предоставил еще один метод, основанный на тех же космических лучах, под влиянием которых образуется изотоп 14C: термолюминесценция. Суть термина заключена в его названии: свет («люмен»), рожденный от тепла («термо»). Когда формируется кристаллическое вещество – будь то природный или рукотворный кристалл, такой как керамика, – его номинально идеальная структура неизбежно содержит дефекты: атомы или молекулы, расположенные не совсем в нужном месте, и/или примеси, нарушающие правильную кристаллическую структуру. Эти дефекты способны создавать небольшие электронные ловушки, в которых могут застревать свободные электроны, блуждающие по веществу.