К. В. Керам
Най-древният жител на Америка (11)

8. Часовникът на времето

„Ние, археолозите — отбелязва през 1965 г. директорът на музея при Пенсилванския университет Фрьолих Рейни — твърде малко знаем за революционните промени в техниката и естествените науки, които оказват влияние върху нашия свят, и струва ми се, че физиците твърде малко си дават сметка за движещите сили в историята. В археологията поне, що се отнася до всекидневния ни, практически опит, ние прекрачваме границата между естествените науки и хуманитарните. Между тях се пробужда вече взаимен възторжен интерес, както и ново разбиране за духовната позиция на другата дисциплина.“^[1]

Рейни казва това през 1965 г., когато многобройни представители от най-различни отрасли на естествените науки се бяха вече притекли с готовност в помощ на археологията и бяха постигнали забележителни резултати. Успехите обаче, които ни предстоят в най-близко бъдеще, положително ще бъдат по-значителни — в това вече не може да има никакво съмнение.

През 1963 г. двама английски учени се опитаха да направят първия обзор на различните методи, разработени дотогава, особено що се отнася до датирането: Дон Бротуел от Британския музей и Ерик Хигс от Кембридж. Те дадоха на труда си заглавието: „Други науки в археологията — пълен обзор на постиженията и изследванията“ („Science in Archaeology, A comprehensive Survey of Progress and Research“). Внушителният том от 595 страници съдържа 54 отделни статии от различни автори, посветени на множество методи, създадени, за да отговарят на въпроси на археологията с помощта на специфичните възможности на естествените науки и на съвременната техника. Само допреди две десетилетия нито археологът, нито ученият естественик не можеха дори насън да си представят подобно нещо.^[2]

Развитието на тези нови техники върви с такива бързи крачки, че една книга на същата тема сега би трябвало да бъде доста по-обемиста. През 1952 г. изследването на Фредерик Б. Дзойнър „Датиране на миналото“(„Dating the Past“) се смяташе за един от най-меродавните трудове. Днес то има само историческа стойност, а публикуваното през 1970 г. второ издание на крупния сборник на Бротуел и Хигс съдържа 125 страници повече от предишното.

В нашата книга се говори за историята на северноамериканската археология. Затова както във връзка с темата, така и поради обема на книгата, тук ще трябва да се ограничим само с разглеждането на двата метода, които са разработени единствено в Северна Америка и от американци, но тези два метода са и най-важните и с най-големи перспективи за бъдещото развитие на науката — радиокарбонната датировка (наречена също „метод С14“) и дендохронологията (наречена също „датиране по годишните кръгове“).

Измежду всички нови методи за датиране, прилагани в археологията, най-голям интерес предизвика — и както сега вече стана ясно, с пълно право — т. нар. радиокарбонна датировка, открита от Уилърд Ф. Либи от Чикагския университет.

Либи е роден през 1908 г. в една ферма в щата Колорадо. В началото имал намерение да стане инженер, но като започнал да следва, се насочил към химията. Още по онова време изучаването на химията не било мислимо без физиката и математиката, така че той не излязъл от рамките на основната си специалност, когато започнал да проявява все по-голям интерес към радиоактивността. През 1941 — 1945 г. взел участие в създаването на атомната бомба — за този период той говори най-общо като за период на „военните изследвания“. След войната Либи става професор в Чикагския университет и там разработва основите на новия метод на датиране.

Да цитираме тук самия Либи е почти невъзможно, тъй като той пише на твърде специализиран технически език. Е. Х. Уилис обаче, работил в една от първите лаборатории за радиокарбонни изследвания, основана от Либи в Кембриджкия университет, веднъж се опита да характеризира накратко този метод:

„Когато на Либи му хрумна идеята да се използва образуващият се в резултат на космическите излъчвания радиоактивен въглерод като ценно помощно средство за определяне възрастта на археологически находки, той прие, че атомите на С14 лесно се окисляват във въглероден двуокис и свободно се смесват със съдържащия се в атмосферата въглероден двуокис. Като следствие от бързото въртене на земната атмосфера носещият радиоактивен въглерод въглероден двуокис се разпределя равномерно в целия свят и може да се очаква, че в хода на процеса на фотосинтезата този въглероден двуокис ще бъде погълнат от всички растения в същото съотношение. Освен това може да се приеме, че целият животински свят, зависещ пряко или косвено от растителността, ще притежава в еднаква степен същата радиоактивност. Същото е и влиянието на космическите излъчвания върху живота в морето, след като въглеродният двуокис се намира в състояние на постоянно обменно равновесие с въглеродния двуокис в океаните, който, от своя страна, постига равновесие с атмосферния въгледвуокис. Тези състояния на равновесие се постигат бързо в сравнение с периода на полуразпадането на С14. При смъртта на който и да било жив организъм всякакво поемане и всякаква по-нататъшна обмяна на радиоактивния въглерод се прекратява. Тогава натрупаният радиоактивен въглерод ще се разпадне в експоненциална зависимост от времето.“^[3]

Казано по-просто, става дума за следното: известно е, че земната атмосфера е изложена на постоянна бомбардировка от космическите лъчи. Вследствие на това в нея се образуват неутрони, които влизат в реакция с намиращите се в атмосферата атоми на азота, като при това се образуват незначителни количества въглерод С14. Този С14 се смесва с кислорода и стига до земната повърхност като въглероден двуокис.

Сега вече въглеродният двуокис, съдържащ нищожни количества С14, в процеса на фотосинтезата се поглъща от растенията на планетата, които не правят разлика между двата вида въглерод. Тъй като животните и хората се хранят с растения, С14 попада в тялото на всяко животно и човек.

Всичко това би представлявало само теоретичен интерес, ако С14 не беше радиоактивен.

Заключението, до което стига Либи, е, че всички органични вещества са радиоактивни и, освен това, че трябва да има възможност тази радиоактивност да бъде измерена. Пътят към това измерване е предначертан поради свойството на радиоактивните вещества да се разпадат с определена скорост. По този начин е възможно да се установи, че след определено време равнището на радиоактивност на дадена материя спада точно на половина, след още един такъв период — на една четвърт и т. н. Това явление се нарича период на полуразпадането. При С14 този период е 5568 години — така поне смятали отначало, но после се коригирали.

Схема на въздействието на въглерод С14 върху всички органични материи.

Важното е, че количеството на поглъщания от растенията С14 остава по време на цялото му съществуване неизменно, благодарение на постоянното му попълване. Но в момента, когато растението или животното, или човекът (употребявали растителна храна) умре, започва разпадането на погълнатия С14. Ако с помощта на Гайгеровия брояч може да бъде измерено точно количеството на С14, то става възможно да бъде установена възрастта на вече умрелия организъм (не продължителността на неговия живот, а времето, изминало от момента на смъртта му), и следователно историческата възраст на която и да било органична материя.

Либи съобщил за откритието си през 1947 г., след като изследвал много органични материали. Неприятната на пръв поглед констатация, че самите ние сме радиоактивни, че е радиоактивно млякото, което пием, консумираното от нас месо, салата и други продукти, масата, край която седим, и леглото, в което спим (а сега всеки ученик знае колко опасно явление е радиоактивното излъчване), не бива да ни плаши, тъй като тази радиоактивност е невъобразимо малка.

Затова и главният проблем на Либи се свежда до това да разработи свръхчувствителен метод за измерване. Според теоретичните изчисления едно дърво, отсечено например преди 5568 години, би трябвало да предизвика в Гайгеровия брояч наполовина по-малко тиктакания, отколкото току-що отсеченото. И в процеса на практическото измерване това се оказало в общи черти вярно, тъй като Либи успял да конструира в невероятно кратък срок необходимите точни и даже свръхточни измерителни прибори.

И ето че на този етап археолозите наострили уши. Те научили, че най-после е намерен измерителен метод, който позволява по чисто природонаучен път да бъде установена възрастта на предмети, чието точно датиране не било възможно с известните дотогава средства. Нима мечтата ще се превърне в действителност?

Рядко се случва две толкова различни науки да обединят така бързо усилията си, както това станало сега. Причината не била само в огромната заинтересованост на археолозите, но и в обстоятелството, че Либи веднага разбрал, че само науката за древността може да му даде точни доказателства за правилността на неговите измервания. Той просто трябвало да изпробва своя метод върху предмети, чиято голяма възраст била вече установена безспорно. Най-подходящ за това бил явно древният Египет, където археолозите и историците са успели въз основа на писмени източници и астрономически данни да съставят хронология, определяща датите с точност почти до десетилетие.

Още на 9 януари 1948 г. се състояло първото заседание на представителите на различни научни дисциплини, а веднага след това, през февруари, Американската антропологическа асоциация назначила специална комисия със задачата да изследва системно създадения от Либи метод с оглед на възможността за неговото приложение в археологията. Председател на тази комисия станал Фредерик Джонсън от фондацията Пибоди в Андовър. Освен него в комисията влезли Фрьолих Рейни от музея при Пенсилванския университет, Доналд Колиър от музея в Чикаго и по-късно геологът Ричард Фостър Флинт от Йелския университет. После четиримата си подбрали сътрудници, на които били определени специфични области за експериментиране.

Скоро в лабораторията на доктор Либи започнали да се стичат от всички краища на света материали — необикновена колекция, каквато никоя техническа лаборатория не била виждала дотогава. Работното помещение на Либи напомняло старинен музей за рядкости и куриози. Там имало късове от египетски мумии от времето на Старото царство, въглени от огъня, на който се е грял някой праисторически човек, зъб на мамут от порода, изчезнала в края на ледниковия период, сандал от индианска гробница в щата Охайо, парченца дъска от погребална ладия на някакъв фараон, полуовъглена кост със забит в нея връх на стрела, част от греда, крепила някога покрива на хетски храм… Както се оказало, повече от половината от пробите, които Либи изследвал в първия етап от своята работа, били от американски произход — по-точно, 109 от всичко 216 образци. И в това няма нищо чудно, тъй като към Либи се обърнали първо американските му колеги с молба да им помогне в датировката, над която те безрезултатно си блъскали главите в продължение на десетилетия, затъвайки в безполезни спорове — например при датирането на най-ранните следи от човешко присъствие на американския континент, особено на т. нар. „фолсъмски“ човек, за когото тепърва ще говорим в тази книга.

Въпреки това обаче потвърждения за правилността на теорията на Либи дошли от находки в района на Средиземноморието. Най-напред той изследвал парче акациево дърво от греда, открита в гробницата на фараона Джосер. Археолозите отнасят царуването на този фараон приблизително към 2700 г. пр. н. е. Разликата била твърде голяма! По-добри резултати дало изследването на парче от дъска, взето от погребалната ладия на фараона Сезострис. Там грешката възлязла само на 4,5%.

След това станало нещо, което на пръв поглед като че ли дискредитирало сериозно метода на Либи, но накрая се превърнало в блестящ триумф. Големият американски историк и археолог Джеймс Х. Брестед, основоположник и пръв директор на световноизвестния Ориенталски институт при университета в Чикаго и най-значителният авторитет на своето време в областта на египтологията, изпратил на Либи парченца дърво от саркофага на един фараон, като го предупредил, че те би трябвало да са много стари. При мащабите на египтолозите това означавало хилядолетия. Изследванията на Либи показали, че дървото е от ново време! Кое отговаряло на истината — заключенията на физика или думата на големия авторитет? Брестед, който съвсем не бил опърничав човек, отново се заел да изследва саркофага, този път особено внимателно. И открил, че той, видният познавач, е бил подведен от съвременен фалшификат.^[4]

За Либи това било голямо признание. По-късно обаче отново се получили редица грешни резултати. Някои археолози заговорили вече, че може би прибързано са започнали да възлагат на новия метод големи надежди. Самият Либи допринесъл за възникването на такива съмнения, като още в самото начало заявил, че в измерванията му винаги е налице фактор на несигурност, съставляващ средно около 10%. Той изразявал това, като поставял пред всяка дата знака плюс и минус. Така например за дадено парче дърво се посочва, че е старо 2000 ± 100 или ± 200 години. Този фактор можел обаче да бъде взет под внимание в известни граници и не представлявал сериозен недостатък. При датирането на праисторически обекти, където винаги става дума за хилядолетия, определянето на датата дори с толеранс от едно столетие е вече огромна крачка напред. Сега Либи знаел, че е на верен път. Оттук нататък задачата му се състояла преди всичко в това, да усъвършенства апаратурата си.

Когато днес влезем в лаборатория за радиокарбонни изследвания — в момента в света съществуват вече няколко десетки такива лаборатории, — оставаме с впечатлението, че сме попаднали в зловещата обстановка на някой филм на ужасите, където чудовище-професор от типа на доктор Мабузе работи сред тайнствени прибори над унищожението на някое правителство или на цялото човечество.

Едно цяло помещение на такава лаборатория като че ли се състои изключително от стъклени и метални тръби, колби, проводници, преплетени в най-чудновати форми. В тези тръби нещо кипи, клокочи, бълбука и в най-различни посоки струят течности и газове. Стрелките на измервателните уреди трептят под действието на неведоми сили. С една дума, за непосветен човек такова помещение изглежда като кухня на вещица. Най-странният предмет там е, разбира се, стоманеният многостенен шкаф с големина на пиано, напомнящ огнеупорна каса. В глъбините на неговите хранилища се крие душата на цялата лаборатория — системата от изчислителни тръбички за измерване на радиоактивността.

За съжаление не е възможно Гайгеровият брояч просто да бъде поставен до парче старо дърво и по броя на тиктаканията да бъде определена остатъчната радиоактивност, а по този начин и неговата възраст. Не е възможно дори само затова, защото енергията на излъчването на С14 е твърде слаба, а освен това в много случаи върху показанията на прибора оказват влияние и други радиоактивни вещества.

Първото, което трябва да бъде направено, е да се получи от изследвания материал чист въглерод. Колкото и да изглежда чудно, това става по най-простия начин — като се изгори предметът. При изгарянето въглеродът се отделя в газообразно състояние, а след това лесно се връща отново в твърда форма.

Когато Либи съобщил за това, сърцата на археолозите изтръпнали. Нима целият измервателен процес е възможен само с цената на пълното унищожаване на изследвания предмет? Това предизвикало истински ужас, защото тъкмо в края на четиридесетте години бяха намерени свитъците край Мъртво море, съдържащи неизвестни дотогава библейски текстове — тяхната датировка се бе превърнала в основен проблем за теологията и историята на църквата. Ето че изведнъж се появи възможност за точно датиране, но пък беше съвършено немислимо да бъде пожертван за тази цел дори само един от свитъците, чиято стойност не се поддава на оценяване с каквито и да било парични единици.

Тук наистина съществува реален проблем. Либи веднага изчислил количеството изходен материал, нужно за анализ. Ако например трябва да бъде извършен анализ на поне две проби от дадено дърво (а Либи още от самото начало настоял да се провеждат по няколко контролни измервания), необходими са най-малко 20 грама въглерод. За тяхното получаване би било нужно парче с тегло около 65 грама. Количеството на изходния материал варира в зависимост от вида на материала. За да бъдат датирани например остатъците от торф или лен, са нужни около 200 грама изходна суровина, а за кости — още повече.

При излишък от материали задоволяването на това изискване не представлява затруднение. Съществуват обаче други проблеми, които известно време сериозно смущавали самия Либи — неточностите, възникнали в началния стадий на неговите опити поради невъзможността да бъде неутрализирано влиянието на другите излъчвания. Но те били отстранени, защото физиците скоро се научили да вземат подходящи предохранителни мерки. Въпреки това отново и отново се случвало отделни измервания да дават явно погрешни резултати. Оказало се, че понякога виновен за това бил не Либи, а археолозите, които му доставяли материалите.

Ето един съвсем прост случай. Археолозите разкопали останките от една къща и открили няколко греди. От една от тях изрязали парче и го изпратили на Либи за контролен анализ — само за контрола, тъй като възрастта на сградата била точно установена с помощта на други данни. Датировката на Либи се оказала по-ранна с двеста години от възрастта, установена от археолозите. В дадения случай, при повторно изследване на мястото на разкопките, се оказало, че в древността къщата била ремонтирана и за този ремонт било използвано дърво, взето от разрушена сграда, построена две столетия по-рано. И се случило така, че археолозите изпратили в лабораторията на Либи парче тъкмо от тази много по-стара греда!

Аналогични проблеми възникват и при недостатъчно внимателно изучаване на стратиграфията на дадено находище, така че на Либи изпращали материали, за които предполагали, че са от по-стар пласт, докато в действителност те произхождали от много по-ранен.

Съществува още един източник на грешки, за който не носят отговорност нито Либи, нито археолозите. Той се крие в самото естество на материала. Така например се оказало, че месото на някои речни и морски организми съдържа по-малко следи от радиоактивни вещества, отколкото техните раковини. Или че някои растения поглъщат по-малко С14, отколкото други растения в друга среда. Това са източници на грешки, които могат да бъдат отстранени само след натрупването на богат опит.

Особено куриозни резултати били получени при изследването на сравнително млади дървета, израснали край шосейни магистрали. Според данните от радиокарбонния анализ тези дървета трябвало да бъдат по на няколкостотин години — очевиден абсурд. Какво се е случило? Заедно с отработените газове от нашите фабрики и автомобили, които от година на година създават все по-сложни проблеми, във въздуха проникват огромни количества въглерод, които, ако може така да се изразим, „разреждат“ нормално съществуващия радиоактивен въглерод и по такъв начин значително снижават процента на радиоактивен С14, пораждайки илюзията за процес на разпадане, който въобще не е ставал. Възможно е и обратното явление. От 1954 г. насам изследователите в лабораториите на Северна Америка започнаха да получават резултати, значително отклоняващи се от очакваните — всички материали като че ли изведнъж се оказаха с десет и повече процента по-млади от предполагаемата им възраст. Известно време това явление беше съвършено необяснимо, докато един от изследователите не се досети, че виновни за него са нееднократните опити с водородни бомби, проведени след 1954 година. И той излезе прав. След всеки взрив облак с висока радиоактивност се понася над Америка от запад на изток и оказва влияние върху апаратурите!

Сега са ни известни много повече източници на грешки, но те биват отстранявани един след друг. Въпреки това обаче се е наложило много от първите анализи (направени до средата на 50-те години) да бъдат повторени. Така например промени се и схващането относно времетраенето на споменатия вече период на полуразпад. Сега се приема, че той възлиза не на 5568, а на 5730 години. Вследствие на това резултатите от всички анализи, извършени до 1961 г., трябва да бъдат преизчислени, тъй като са били с около три процента по-ниски. Сега възможността за нови такива уточнявания в близко бъдеще се взима под внимание и по тази причина всеки път, когато е възможно, части от оригиналния материал се запазват за повтаряне на анализите след няколко години. Това се улеснява и от обстоятелството, че днес за извършване на анализ се унищожава далеч по-малко изходен материал, отколкото по-рано. Така и свитъците, намерени край Мъртво море, биха могли да бъдат подложени на изследване, без да се пожертва много голяма част от тях.

Освен това, както вече казахме в началото на тази глава, за датиране на археологическите обекти в наши дни разполагаме и с редица други методи. Днес всеки добросъвестен археолог, преди да приеме за окончателен някакъв резултат, се стреми да извърши всички възможни изследвания, изводите от които трябва взаимно да се потвърждават.

Все пак радиокарбонният метод си остава най-важното средство, що се отнася до хронологическия му обхват. Когато Либи започнал своята работа, той бил убеден, че вещества, чиято възраст надвишава 25 000 години, не се поддават на измерване. Сега е възможно въз основа на такъв анализ да бъде определена възрастта на материал отпреди 70 000 години — с други думи, достигащ почти до времето на неандерталския човек.

От доста време насам всички получени дати се систематизират с помощта на перфокарти от организацията „Рейдиокарбон дейтс инкорпорейтед“ (Radiocarbon Dates Inc., c/o John Ramsden, P. O. Box 22, Braintree, Mass., USA), откъдето всеки учен може да получи необходимите му сведения. Освен това ежегодно излиза бюлетин със списък на новите датировки под заглавие „Рейдиокарбон“ („Radiocarbon“); неговото публикуване е дело на списанието „Американ джърнъл ъф сайънс“.

През 1960 г. Уилърд Ф. Либи бе удостоен с Нобеловата премия за химия — единственият учен, на когото е присъдена тази награда за изследвания, свързани главно с археологията.