Элемент углерод в природе имеет несколько изотопов, один из которых радиоактивен (углерод 14, С– 14, или радиоуглерод). Он и используется для определения дат. Этот углерод возникает при взаимодействии космических лучей с азотом в верхней части земной атмосферы, окисляется двуокисью углерода и равномерно смешивается с двуокисью углерода нерадиоактивного, который присутствует в атмосфере. С-14 постепенно поглощается растениями в процессе синтеза хлорофилла и переходит в живую материю. Поэтому он находится во всех органических веществах. Для установления дат он используется потому, что после смерти органического вещества углерод перестает поглощаться, а находящийся в нем радиоактивный изотоп существует века. Таким образом, сопоставляя полученные данные с процентом содержания радиоуглерода в живой материи, можно измерить число радиоактивных излучений.
Один грамм углерода, взятый из современного образца, дает примерно пятнадцать распадов в минуту, а взятый из образца с возрастом 5000 лет – около семи. Распад исчисляется при помощи периода полураспада.
Период полураспада (обычно берется цифра в5730±40 лет – это период, необходимый для того, чтобы углерод достиг половины первоначального количества. После двух таких периодов остается четверть и так далее.
Легко понять, что в соответствии с таким критерием археологи могут приблизительно оценивать возраст интересующих их органических веществ. Материалом, подходящим для этого способа определения дат, служит дерево (предпочтительно – в виде угля), семена, волосы, ткани, кожа.
Образцы также могут быть загрязнены (к примеру, углеродом, содержащимся в кислотах перегноя почвы, или карбонатами, возникающими при перколяции воды). Как бы то ни было, все загрязнения, произошедшие со времени смерти органического вещества, представляют проблему, которую археологи, как и аналитики, должны учитывать. Иногда она может оказаться очень трудной. Необходимо не только удалить из образца мешающие волокна, корни и плесень, которые, будучи моложе, имеют более высокий уровень содержания С-14 (и таким образом могут уменьшить возраст), но и в некоторых случаях заняться настоящей химической обработкой – скажем, удалить карбонаты или перегнойные кислоты.
Углерод обычно определяется не в твердом, а в газообразном (двуокись углерода или метан, измеряется посредством счетчика пропорций) или в жидком виде (с использованием счетчика колебаний). Дата обычно сопровождается символом BP (before the present) – под «Present» подразумевается 1950 год от н. э.
Дата показывает относительную точность лет с указанием +/ —, то есть статистически возможным отклонением. Результаты, полученные различными лабораториями, опубликованы в международном обозрении «Радиоуглерод».
Практически даты, получаемые этим методом, ограничены отрезком времени в сорок тысяч лет – более ранние трудно определить в связи со слишком низким содержанием С-14 и трудностями подсчета.
Но самой большой проблемой представляется истолкование полученных дат. Это происходит потому, что год радиоуглеродный не обязательно соответствует календарному году и нужно найти способ соотносить две системы. Аномалия эта исходит от колебаний процентов С-14 в «осадках обмена углерода» (общего количества углерода, содержащегося в атмосфере и растворенного в море).
У. Либби пришлось допустить, что в атмосфере всегда присутствует один и тот же процент С-14. Но можно предположить и то, что, наоборот, всегда имеются колебания. К примеру, изменения магнитного поля Земли в прошлом могли повлиять на количество космической радиации, способной достичь земной атмосферы, подобно тому как изменения солнечной активности влияют на климат. Возможно также, что количество углерода непостоянно (к примеру, во время ледникового периода большое количество углерода задержалось в замерзшей воде, а использование во время индустриальной революции XVIII в. такого горючего, как уголь и нефть, могло уменьшить пропорции радиоактивности в углероде атмосферы). Да и различные атомные испытания могли значительно увеличить количество радиоуглерода в атмосфере.
Поэтому были предложены формы коррекции теста путем сопоставления данных с показателями дендрохронологии (показания колец на деревьях-тысячелетниках), хотя подобная техника, кажется, еще не везде принята.
Решение использовать радиоуглеродный метод
С тех пор как американский химик Либби изобрел способ датировки археологических находок с помощью радиоактивного углерода (1946–1955), возникла идея подвергнуть такому испытанию Плащаницу. Однако нашлись противники этой идеи: согласно методике, соответствовавшей современному уровню развития науки, требовалось значительное количество материала (около 900 см2), которое было бы уничтожено, и сам Либби предложил не трогать Плащаницу, мотивируя это тем, что она подверглась сильному загрязнению в течение веков.
Но тем временем техника развивалась, количество ткани, необходимое для эксперимента, уменьшалось. В июне 1977 года лаборатории университета Рочестера (США) и Торонто (Канада) объявили, что могут обойтись образцами весом в несколько мг. Лаборатории Брукхавена (США) и Харвелла (Англия) применяли такую аппаратуру, что им, по их словам, было бы достаточно нитки длиной в 20 см.
В результате со стороны ученых и людей, интересующихся проблемами Плащаницы, было направлено обращение к кардиналу Баллестреро, хранителю Плащаницы, с просьбой попытаться установить дату этим методом.
Группа ПИТС в 1982 году организовала первый комитет по установлению даты и связалась с этой целью с разными специализированными лабораториями. Она вовлекла в это дело и Британский музей – чтобы, проводя опыт, сравнить его результаты с имеющимися материалами и получить беспристрастное суждение.
В конце концов группой ПИТС был разработан в 1984 году проект, по которому ученые различного профиля могли бы выяснить проблемы Плащаницы, в том числе в отношении датирования с помощью С-14.
Из-за враждебности англиканского священника Дэвида Сокса, в результате борьбы лабораторий за право руководить опытом, а также из-за неустойчивости взглядов главных действующих лиц, конференция в Турине приняла решение начать опыт только в сентябре-октябре 1986 года. Кардинал Баллестреро получил разрешение Святого Престола (в чьем законном владении находилась реликвия с 1983 года) провести опыт с С-14. Кардинала представлял его консультант Луиджи Гонелла. Он сообщил, что руководить работой будет Папская Академия Наук.
После многочисленных споров решили взять минимальное количество ткани и отдать в семь лабораторий, использующих метод ускорения со спектрометром массы и маленькие пропорциональные счетчики газа (то есть такие, где число атомов С-14, присутствующих в образце, подсчитывается на основании числа радиоактивных распадов за определенный промежуток времени); углерод, содержащийся в образце, должен был быть представлен в форме ангидрида, ацетилена или метана. Таким образом, образцы следовало взять с трех участков Плащаницы, которые не должны были содержать никаких примесей, чтобы полученная информация могла быть максимально достоверной.
Каждая лаборатория, кроме образца Плащаницы, должна была получить два контрольных образца из Британского Музея. За взятие образцов ответственность возлагалась на швейцарского эксперта по текстилю, которого предложила Папская Академия Наук. За раздачу образцов отвечала эта же Академия, Британский Музей и архиепископство Турина. Из «организационных» соображений взятие образцов для опытов с радиоуглеродом следовало произвести прежде других испытаний.
После проведения опытов лаборатории должны были послать данные, полученные в результате исследования, в три организации: Папскую Академию,