Юрий Фиалков - Свет невидимого
H147N + 10n = 146C + 11H
Нижние индексы — это порядковые номера химических элементов, или, говоря точнее, заряд ядра. Вот почему индекс при нейтроне — нуль. Именно нулю равен заряд нейтрона — нейтральной, незаряженной частицы. Как видим, сумма порядковых номеров частиц, вступающих в реакцию (7 + 0), равна сумме порядковых номеров продуктов этой реакции (6 + 1).
Верхние индексы — атомные массы участников ядерной реакции. И здесь, разумеется, сумма атомных масс атомов, вступивших в реакцию, строго равна сумме атомных масс продуктов реакции. Обращаю внимание на то, что углерод имеет не привычную для каждого, знакомого с азами химии, атомную массу 12, а 14. Таким образом, при этой ядерной реакции образуется тяжелый изотоп углерода. И все дело в том, что этот изотоп, углерод-14, радиоактивен. Он распадается, выбрасывая из ядра одну бета-частицу, и превращается при этом в азот. Период полураспада углерода-14 составляет 5570 лет. Запомните эту величину. Если не точно, то хотя бы приблизительно. Очень скоро она нам понадобится.
Установить факт образования в атмосфере радиоактивного изотопа углерода было делом физики. Для ответа на вопрос, что же происходит с этим углеродом дальше, следует обратиться к химикам.
Химия дает на этот вопрос быстрый и уверенный ответ. Образовавшийся из азота углерод-14 тотчас же соединяется с кислородом воздуха, образуя углекислый газ. Вот почему некоторая часть углекислого газа атмосферы радиоактивна. «Некоторая часть»? А какая именно?
Здесь вмешиваются геофизики. Они поясняют, что, судя по всему, интенсивность космического излучения не изменялась последние несколько миллионов лет. Поэтому можно быть уверенным, что за единицу времени — скажем, за год или десять лет, кому как удобнее считать, — в атмосфере образуется строго постоянное количество углерода-14. Ну, а поскольку величина периода полураспада тоже постоянна, и к тому же невелика сравнительно с геологическими периодами, то очевиден вывод, что содержание углерода-14 в атмосфере не изменяется.
Либби определяет точное содержание радиоактивного углерода в атмосфере. Он конструирует очень сложную установку для измерения слабой радиоактивности. Одно описание ее занимает 22 страницы убористого шрифта. Затем Либби принимается за измерение радиоактивности углекислого газа, добытого из атмосферы в самых различных областях нашей планеты и на самых разнообразных высотах.
Результаты опытов совпадают. В грамме обычного углерода, выделенного из углекислого газа, содержится такое количество углерода-14, которое дает за минуту 16 распадающихся атомов. Запомним и эту величину.
Для интересующихся замечу, что такое количество распадов указывает на ничтожно малое в весовом выражении содержание углерода-14 в обычном углероде, имеющем атомную массу 12. На грамм углерода-12 приходится одна десятимиллиардная доля грамма (10-10 грамма) углерода-14.
Интересно, а попадает ли радиоактивный углерод на поверхность Земли? Ответ на этот вопрос приходится искать у биологов.
Биологи отвечают определенно: да, попадает. Как же может быть иначе? Растения поглощают углекислый газ. Углекислый газ превращается хлорофиллом растений в сложные химические соединения. Эти соединения откладываются в клетках. Вот почему в тканях растений находится радиоактивный углерод.
Но растения не только поглощают углекислый газ, они его также выдыхают. Поэтому, вдыхая и выдыхая углекислый газ, растения постепенно приобретают такое же относительное содержание углерода-14, каким характеризуется углекислый газ атмосферы. Иными словами: если выделить из любого растения — безразлично, из придорожного лопуха или из гигантской секвойи — грамм углерода, то окажется, что в этом грамме каждую минуту будет распадаться 16 атомов углерода-14.
Но в растениях не завершаются странствования углерода-14 по планете. Ему еще предстоит принять участие в следующем этапе путешествия, которое мы условно назовем «трава — овца — волк».
Овца, поедая траву на лужайке, с каждым граммом обычного углерода усваивает 10-10 граммов углерода-14. Так как овца ест много травы, причем делает это каждый день, то постепенно все клетки ее организма приобретают такое же относительное содержание углерода-14, как и атмосфера или растения.
Но в какую-то роковую ночь приходит беда: пробравшийся в овчарню голодный волк кладет конец жизненному пути бедной овцы.
Конечно же, одной овцой серый не удовлетворится. Спустя несколько дней он разыщет очередную жертву. Словом, волк нахватается радиоактивного углерода в достаточном количестве, чтобы его клетки также приобрели равновесное содержание этого изотопа.
Надеюсь, нет нужды пояснять, что ничего не изменилось бы, если бы я вместо цепочки со звеньями «трава — овца — волк» описал цепочку «капуста — коза — тигр», или «морковка — заяц — лиса», или «кукуруза — корова — человек». Важно другое: все живое на нашей планете, вся фауна и флора, содержит радиоактивный углерод. Причем в строго постоянном отношении к обычному углероду-12: в грамме углерода, выделенного из любого биологического объекта, будет происходить в минуту 16 распадов углерода-14[4].
Это если организм живет. А если он погиб? Вот, скажем, нашего волка настигло возмездие. Удачливый охотник всадил серому пулю в бок. Подпрыгнул хищник, перекувырнулся через голову и испустил дух. Не рыскать теперь серому по деревням, не резать бедных овечек. Прекратилось поступление в организм хищника органических веществ, содержащих радиоактивный углерод.
И вот с этого момента содержание углерода-14 в мертвом организме начинает уменьшаться: пусть медленно, почти наполовину за шесть тысячелетий, но углерод-14 неотвратимо распадается.
Если спустя 5570 лет кто-нибудь доберется до костей волка и вздумает определить, сколько радиоактивного углерода содержится в них, то обнаружит, что грамм углерода, выделенного из костей, будет давать уже не 16 распадов в минуту, а только 8. На грамм углерода-12 приходится, таким образом, уже не 10-10 граммов углерода-14, а вдвое меньше.
Все, что шутки ради было пояснено на примере волка, относится к любому животному или растительному организму. Пока организм живет, он участвует в постоянном обмене радиоактивным углеродом с другими животными или растениями, с углекислым газом воздуха. Но после гибели организма относительное содержание радиоуглерода в тканях начинает непрерывно уменьшаться.
Все, о чем только что рассказывалось, есть по сути физическое обоснование идеи радиоуглеродных часов. Действительно, определив количество радиоуглерода в остатках животного или растения, можно установить, когда этот организм прекратил свое существование. Последняя фраза звучит хотя и точно, но в общем-то довольно казенно. Попробуем поэтому наполнить ее живым содержанием.
* * *Радиоуглеродные часы. Заводит их сама природа, следит за медленным движением стрелок человек. Но чтобы научиться читать часы природы, человек должен был вооружиться новейшими достижениями физики, химии, биологии и многих других наук, которые замысловато сплелись здесь в проблеме радиоуглеродных часов.
* * *Вернемся к временно покинутой нами чете стариков Ионссонов, которые все еще сидят в городской тюрьме Рейкьявика, не в силах не только опровергнуть свалившееся на них чудовищное обвинение, но и уразуметь его.
Странные одежды на убитом привлекли внимание еще многих ученых, и вскоре видный датский биолог Тольдсон направляет правительству Исландии открытое письмо, в котором пишет, что убитый отошел в лучший мир наверняка за много веков до того, как Ионссоны надумали менять местожительство. Случаи же, когда похороненные в северных широтах мумифицируются гуминовыми кислотами болотисто-торфяных почв, не столь уж редки. Более того, он, Тольдсон, может указать метод, с помощью которого следствие должно выйти из тупика. Если ему будет представлено немного «биологического материала», то он переправит его в Париж, где в институте Кюри действует установка для радиоуглеродного анализа.
Комиссар не очень уразумел, при чем здесь какой-то радиоуглеродный анализ, но распорядился выдать уважаемому профессору требуемый «материал». Спустя три недели из Парижа прибыло письмо, прочитав которое комиссар велел немедленно освободить Ионссонов.
В экспертизе института Кюри было сказано, что присланный биологический материал по содержанию углерода-14 относится к 1360 году (с погрешностью 35 лет в ту или иную сторону). Даже с учетом погрешности непричастность Ионссонов к убийству была очевидной.
Остается добавить, что газеты не посчитали нужным и в двух строках сообщить о завершении исследования: история с Ионссонами ушла в прошлое и появились новые сенсации и новые герои газетных полос.
