Как археологи определяют возраст ископаемых и артефактов

Когда археологи говорят, что артефакт имеет «возраст 3000 лет» или слой с ископаемыми имеет «возраст 1,8 миллиона лет», это число получается из одного или нескольких методов научного датирования, а не из одного универсального метода. Методы датирования делятся на две категории: относительное датирование, которое определяет, является ли один объект или слой более старым или более молодым, чем другой, и абсолютное (или хронометрическое) датирование, которое оценивает фактический диапазон возраста, используя измеримые физические или химические процессы, согласно Службе национальных парков США.

Относительное датирование: установление порядка, а не точных лет

Самый старый и простой метод относительного датирования — это стратиграфия, основанная на законе суперпозиции: на неразрушенном объекте глубокие слои почвы старше слоев над ними, как объясняет Служба национальных парков. Экскаваторы удаляют почву в обратном порядке от того, как она была отложена, поэтому последовательность слоев дает относительную временную шкалу даже до того, как проводится какой-либо научный тест.

Археологи также используют сериацию, которая упорядочивает керамику, инструменты или другие стили артефактов в последовательность в зависимости от того, как их конструктивные особенности менялись с течением времени, и связанную с этим идею terminus post quem, которая использует самый свежий датируемый объект в слое, чтобы установить самую раннюю возможную дату для всего найденного с ним. Перекрестное датирование сравнивает находки между объектами, чтобы связать их относительные хронологии, согласно Службе национальных парков.

Радиоуглеродное датирование: наиболее широко используемый абсолютный метод

Радиоуглеродное (углерод-14) датирование работает потому, что живые организмы непрерывно обмениваются углеродом с атмосферой, поддерживая постоянное соотношение радиоактивного углерода-14 к стабильному углероду-12, согласно Научной лаборатории археологии и истории искусства Оксфордского университета, которая управляет сервисом радиоуглеродного датирования. После смерти организм перестает поглощать углерод, и его углерод-14 распадается с известной скоростью, позволяя ученым рассчитать прошедшее время по оставшемуся соотношению.

Метод применяется только к материалу, который когда-то был частью живого организма — кость, дерево, уголь, раковина, волосы или подобные останки — но не к камню или металлу, если к ним не прикреплены органические остатки, отмечают как оксфордская лаборатория, так и Служба национальных парков. Период полураспада углерода-14 указывается примерно в 5730 лет National Geographic и примерно в 5700 лет Службой национальных парков.

По поводу пригодного диапазона источники приводят немного разные пределы: оксфордская лаборатория указывает, что метод охватывает период от нескольких сотен лет назад до примерно 50000 лет, тогда как National Geographic сообщает, что образцы старше примерно 40000 лет становятся очень сложными для датирования, а те, которые превышают 60000 лет, вообще невозможно датировать. Сырые результаты также нуждаются в калибровке, поскольку уровни атмосферного углерода-14 менялись с течением времени, и результаты могут быть искажены загрязнением почвы или «резервуарным эффектом», наблюдаемым в морских образцах, согласно оксфордской лаборатории.

Датирование камня, дерева и обожженной глины: другие абсолютные методы

Для вулканической породы, связанной с археологическими или ископаемыми слоями, ученые используют датирование по калию-аргону или его усовершенствованную версию, датирование по аргону-аргону (40Ar/39Ar), которое отслеживает распад калия-40 в аргон-40, согласно Геологической службе США. Вариант 40Ar/39Ar облучает образец для преобразования некоторого калия в аргон-39, позволяя исследователям измерить два изотопа аргона из одного образца, а не два отдельных элемента, что повышает точность. USGS отмечает, что такой подход лучше всего работает на богатых калием кристаллах, таких как санидин, и был применен к извержениям примерно 70000 лет назад и событиям в течение последних 12000 лет.

Деревянные артефакты и конструкции можно датировать через дендрохронологию, или датирование по годичным кольцам. Лаборатория исследования годичных колец Университета Аризоны объясняет, что простой подсчет колец ненадежен, потому что деревья могут производить локально отсутствующие кольца или ложные полосы, которые напоминают настоящие годичные кольца. Вместо этого специалисты используют перекрестное датирование — сопоставление картины широких и узких колец, которая отражает годовые условия роста, в нескольких деревянных образцах из одного региона — часто с помощью метода, называемого скелетным графиком, чтобы присвоить каждому кольцу точный календарный год.

Другие абсолютные методы, перечисленные Службой национальных парков, включают термолюминесценцию, которая измеряет электроны, захваченные в обожженной глине или нагретом камне фоновым излучением и выделяющиеся как свет при повторном нагреве материала в лаборатории; гидратацию обсидиана, которая измеряет толщину слоя поглощения воды на свежевском поверхности обсидиана; и среднее керамическое датирование, которое рассчитывает среднюю дату объекта на основе известных периодов производства различных типов керамики, найденных там.

Почему археологи комбинируют несколько методов

Ни один метод не охватывает все материалы или все периоды времени, поэтому команды раскопок обычно объединяют методы относительного датирования, такие как стратиграфия, с одним или несколькими абсолютными методами, подходящими для реально присутствующих материалов — органические останки для радиоуглеродного датирования, вулканические отложения для датирования по калию-аргону, дерево для дендрохронологии или обожженная глина для термолюминесценции. Перекрестная проверка результатов различных методов и сравнение с историческими записями, когда они существуют, помогает археологам выявить ошибки и сузить окончательную оценку возраста, указываемую для объекта или артефакта.