Некоторые минералы обладают свойством, которое именуется термолюминесценцией. При нагреве до определенной температуры они испускают электромагнитное излучение - в частности, видимый свет. Его количество пропорционально времени, которое прошло с той поры, когда этот же самый материал подвергался сильному нагреву в последний раз. Именно это нужно, чтобы понять, как давно древний гончар обжигал свои горшки, придавая им прочность.
Этот феномен был описан еще в середине 17-го века, однако технология, позволяющая с его помощью производить датировку артефактов, была изобретена лишь в середине прошлого века. И она неплохо работает, когда обычные методы определения возраста по той или иной причине вызывают сомнение. Например, она использовалась при исследовании объектов, найденных в долине реки Инд и принадлежавших одной из древнейших городских культур в истории человеческой цивилизации.
Кратко опишем принцип работы этого метода. У всех минералов, в том числе у глины, атомы сгруппированы в упорядоченные решетки. В них, однако, есть изъяны, которые, собственно, и используются в данном случае. Дело в том, что в течение всей своей жизни минерал подвергается воздействию радиации. Её источник может находиться как в нем самом, так и, допустим, в той среде, в которой он пребывает. Это излучение обладает энергией, способной выбивать электроны из атомов минерала. Иногда такие же частицы залетают сюда извне. В любом случае, все они скапливаются внутри изъянов кристаллической решетки минерала или, как их ещё называют, электронных ловушек. Со временем они заполняются все больше и больше, пока не забиваются полностью.
Ловушки находятся на разной глубине от поверхности, из-за чего одним электронам труднее вырваться, чем другим. Однако есть один надежный способ освободить их все сразу - нагреть. Когда минерал становится горячим, например, в результате обжига в печи, все захваченные электроны улетучиваются, высвобождая избыточную энергию в виде света. Это очень похоже на сброс показаний секундомера. Затем ловушки начинают заполняться снова. И чтобы узнать, сколько времени прошло с момента «запуска часов», минерал нужно опять нагреть. Естественно, здесь все изложено упрощенно - технология на самом деле заметно сложнее. Как бы то ни было, по количеству испускаемого посудой света можно понять, сколько ей лет, даже если глина, из которой она сделана, гораздо старше.
Понятно, что учёных в данном случае могут поджидать неприятные подвохи. Древняя керамика вполне могла подвергаться сильному нагреву за те тысячи лет, что прошли с момента её изготовления в гончарной печи - например, в результате какого-нибудь пожара. Также нельзя сбрасывать со счетов вероятность резкого повышения радиоактивного фона в тот или иной момент истории. Существует много других факторов, которые надо принимать во внимание. Например, глубину залегания артефакта. Если он находился у самой поверхности, то поглощал энергию космических лучей, если же был извлечен со дна океана, то вряд ли вообще сталкивался с этим видом излучения.
Как бы то ни было, если все сопутствующие данные собраны надлежащим образом, учёные могут приступать к датировке объекта. От него отламывается кусочек, который дробится на множество мелких осколков. Одна их часть нагревается до 400-500 градусов по Цельсию. Одновременно замеряется количество света, испускающегося освобождаемыми электронами. Вторая порция раскаляется в целях сброса показаний описанного выше «секундомера», после чего подвергается воздействию источника излучения - это показывает, насколько легко электроны попадают в ловушки. Затем первый показатель (количество захваченных частиц) делится на второй (скорость их накопления). Это дает требующийся исследователям результат - время, в течение которого древний горшок наполнялся беспризорными электронами.
Термолюминесценция свойственна не только керамике. С её помощью можно датировать, допустим, кирпичи, содержимое древних очагов, а также объекты, не имеющие никакого отношения к человечеству - метеоритные кратеры или вулканические породы. Важно знать, что метод работает лишь примерно на 200000 лет назад. Кристаллическая решетка способна хранить ограниченное число захваченных электронов, поэтому предметы, которые старше обозначенного предела, будут выделять одинаковое количество света. Это значит, что для них приходится применять другие методы датировки.
