Историко-культурные методы. Историко-культурные методы датирования опираются на особенности артефактов и иных элементов культуры. Из всех методов определения датировок они применяются наиболее часто.
Календарное датирование. Календарное датирование состоит в обнаружении датированных надписей — обычно на постройках или монетах — и в их использовании для определения даты содержащего эти объекты комплекса или сооружения. К примеру, в пепле, засыпавшем город Помпеи, найдено много монет, ни одна из которых не датируется временем после 79 н.э. — времени уничтожившего город извержения вулкана. Если бы дата этого извержения не была известна из документов, ее можно было бы вполне надежно установить методом календарного датирования, основанного на монетных находках.
Типологическое датирование. Типологическое датирование состоит в определении даты комплекса на основе наличия в его составе артефактов с уже установленной датировкой. Например, в комплекс находок из Нью-Йорка колониальной эпохи может входить приспособление для завивки парика, применявшееся только с 1740 по 1760, чубук трубки того типа, который бытовал между 1720 × 1760, и посуда, употреблявшаяся с 1700 до 1750. На основе этих находок устанавливается дата комплекса 1700-1760. Можно даже допустить, что ее следует ограничить 1740-1750, поскольку это — минимальный интервал наложения перечисленных дат друг на друга. Дата, полученная типологическим методом, может оказаться искаженной вследствие бережливости обитателей памятника, привычки сохранять старые вещи намного дольше обычного срока их жизни.
Сериация. Сериация — это совокупность методов установления некоей последовательности артефактов и, соответственно, одна из форм определения их относительной хронологии.
Стратиграфическое датирование. Стратиграфия — это исследование грунтовых слоев и их хронологического соотношения; этим же термином обозначают саму последовательность слоев (иногда последнюю именуют "стратификацией"). Фиксация стратиграфии представляет одну их основных задач ведения полевой документации в процессе раскопок, и со времени своего становления в конце 19 — начале 20 вв. она широко применялась как один из основных методов датирования. Важность стратиграфических данных — одна из причин того, что археологи столь тщательно фиксируют взаимное размещение объектов.
Биологические методы датирования. С течением времени одни представители земной фауны вымирают, а другие эволюционируют, и этим обусловлено различие в составе живых организмов, обитавших на земле в разные периоды. На этих изменениях основан один из методов построения относительной хронологии, хотя и весьма приблизительной, поскольку процессы эволюции и вымирания тех или иных видов животных протекают очень медленно. Одним из наиболее известных случаев определения даты по остаткам фауны стала находка в 1925 в Фолсоме (шт. Нью-Мексико) останков вымершего бизона с воткнутым в них каменным орудием. Это сочетание явилось первым подтверждением того, что человек обитал на американском континенте еще в эпоху плейстоцена, когда существовала эта разновидность бизонов. В наши дни датирование по составу фауны применяется редко, поскольку существуют более точные методы.
Другим методом биологического датирования является дендрохронология, именуемая также датированием по древесным кольцам. В стволах большинства пород деревьев образуются легко различимые годовые кольца, хорошо различимые на поперечном срезе ствола. У некоторых пород ширина таких колец колеблется в зависимости от погодных условий соответствующего года, и такие чувствительные породы можно использовать для целей дендрохронологии. Собрав серию данных, протянувшуюся от сегодняшнего дня в прошлое, специалист в области дендрохронологии может определить место в этой цепочке любого большого древесного обломка, в котором представлено не меньше 10-12 годовых колец. К примеру, если на бревне из поселка пуэбло сохранилось самое внешнее кольцо, то по нему можно установить, в каком году было срублено дерево, из которого изготовлено это бревно. Если предположить, что дерево срубили, когда оно понадобилось для строительства, то можно с точностью до одного года датировать саму постройку. Сводная шкала, с которой сопоставляют тот или иной образец древесины, оказывается различной для разных регионов. В наше время дендрохронология постоянно применяется при изучении древностей юго-западных районов Америки и в Европе, а в отдельных случаях — и в других областях земного шара.
Физические и химические методы. Радиометрическое датирование. Все радиометрические методы датирования основаны на определении степени распада содержащихся в археологических остатках радиоактивных элементов. Примером этой категории методов может служить самый известный из них — радиоуглеродное датирование (датировка по изотопу углерода 14С). В верхние слоях атмосферы под действием космических лучей образуется элемент 14С — нестабильный (радиоактивный) изотоп углерода; он циркулирует в атмосфере и постепенно внедряется в растения при поглощении ими диоксида углерода в процессе фотосинтеза; затем он попадает в организмы животных. В результате концентрация 14С в верхних и нижних слоях атмосферы и в живых организмах оказывается одинаковой. Когда организм умирает, его углеродный обмен с атмосферой прекращается и начинается распад 14С, скорость которого известна. Определяя концентрацию этого изотопа в любых остатках некогда живой материи, можно вычислить, сколько времени прошло с момента смерти организма.
Как и при использовании иных способов датирования, практические вычисления радиоуглеродных дат осуществляются в специализированных лабораториях, куда археолог отправляет свои образцы. В ответ он получает датировки, выраженные в стандартном виде — например, "1010±80 лет тому назад (Бета-3144)". Дата 1010 — это число лет от настоящего момента (точнее, от круглой даты, принятого, чтобы избежать вызванного течением времени разнобоя в данных). Величина "±80" — стандартное отклонение, статистическая мера надежности оценки: существует 66-процентная вероятность того, что точная дата находится в пределах стандартного отклонения (в обе стороны) от полученного возраста в 1010 лет от наших дней (что соответствует 940 н.э.), 90-процентная вероятность того, что она лежит в пределах двух стандартных отклонений, 95-процентная вероятность ее нахождения в пределах трех стандартных отклонений и т.д. Код в скобках обозначает выполнившую анализ радиоуглеродную лабораторию и номер образца.
Другие радиометрические методы основаны на аналогичных принципах, но пригодны для использования иных материалов и временных интервалов. Калиево-аргоновое датирование позволяет определить дату вулканических отложений возрастом от 100 000 до 5 000 000 лет; оно помогло датировать местонахождения ископаемых гоминид в Восточной Африке. Серия дат, полученных с использованием радиометрии урана, дает возможность определить время образования отложений карбоната кальция в период от 50 000 до 500 000 лет тому назад; этот метод помог датировать слои эпохи палеолита в европейских пещерах. Датирование по цепной ядерной реакции радиоактивного распада пригодно в первую очередь для установления возраста скальных пород в интервале от 300 000 до 3 млрд. лет; его применяли при определении даты местонахождений восточно-африканских гоминид. Второстепенной и вызывающей споры сферой применения метода датирования по цепной ядерной реакции является датировка изделий из стекла, относящихся к последним 2000 лет.
Термолюминесцентный метод датирования (TL) основан на измерении количества электронов, захваченных электронными ловушками в том или ином, преимущественно в стекле, глине и кремнистых породах. Земную поверхность постоянно бомбардируют различные космические частицы, и электроны из этого потока могут захватываться кристаллической решеткой вещества в местах, называемых электронными ловушками. Норма такого захвата известна, поскольку известна радиоактивность данного вещества. При нагревании вещества до 500° С электронные ловушки опустошаются, а сами электроны рекомбинируют в виде световой энергии.
Суть термолюминесцентного датирования состоит в измерении излучения датируемого образца и вычислении скорости заполнения электронных ловушек. (С наибольшей точностью ее можно вычислить, если известна излучательная способность грунта, из которого взят исследуемый образец). Затем образец нагревают до 500° С и измеряют его излучение; оно равно сумме величин световой энергии, порожденной термолюминесценцией, и свечения, обусловленного накопленным тепловым воздействием на образец. В результате нагревания ловушки опустошаются. После этого образец вновь нагревают; излучаемый при этом свет вызван только нетепловым свечением. Вычитание второго показателя из первого дает величину термолюминесценции, а ряд дополнительных вычислений позволяет сопоставить его с датой последнего нагревания этого образца до 500° С. Этот метод успешно применяется для определения времени изготовления керамической посуды и стекла, а также нагревания камней и глиняных полов в очажных ямах. Временной интервал для объектов, поддающихся датированию по термолюминесценции, тот же, что и для радиоуглеродного метода, — примерно от 80 000 до н.э. до 1500 н.э.
Родственным термолюминесценции является метод электронного парамагнитного резонанса, при использовании которого количество электронов в ловушках подсчитывается без нагревания образца. Хотя метод ЭПР не требует разрушения образцов, он менее точен и более дорог, чем метод термолюминесценции.
Датирование по остаточной намагниченности. Определение датировок по остаточной намагниченности (называемое также археомагнитным или палеомагнитным датированием) основано на фиксации магнитного поля, возникшего в прошлом в глине или горной породе. Поскольку направление и интенсивность магнитного поля Земли постепенно изменяются, определение характеристик этого поля в древних отложениях может свидетельствовать, когда сформировалось то или иное отложение. Для определения датировки этим методом пригодны два вида отложений. Глины или железосодержащие породы, некогда нагретые до температуры в 700°, сохраняют то магнитное поле, в условиях которого они подверглись нагреванию, так же, как и глины, постепенно оседавшие в непроточном водоеме. После извлечения образца породы и установления его исходной ориентации этот образец отправляют на исследование в специальную лабораторию. Для целей археологии наиболее пригодны образцы из очажных ям, относящихся ко времени от 70 000 до н.э. до наших дней, но в принципе данный метод может применяться для датирования отложений возрастом до нескольких миллионов лет.
Датирование по рацемизации аминокислот. Датирование по аминокислотам может применяться для определения возраста органических веществ, в первую очередь — сохранившихся в костях протеинов. Входящие в состав протеиовы аминокислоты существуют в двух формах — "живой" (L) и "мертвой" (D); самопроизвольный переход из состояния L в состояние D называется рацемизацией. Скорость рацемизации известна и стабильна, хотя изменяется в зависимости от температуры. Вследствие этого измерение соотношения L и D-форм аминокислот с учетом температурных условий той среды, в которой образец находился с момента смерти организма, дает сведения, позволяющие вычислить, сколько времени прошло с этого момента. При первых опытах применения этого метода в 1970-х годах температура не принималась в расчет, а поскольку исследуемые кости находились в горячем источнике, результаты получились совершенно невероятные и были отвергнуты. Однако последующий их пересчет и более аккуратное применение метода оказались более успешными, доказав, что датирование по аминокислотам открывает широкие возможности для определения даты материалов возрастом до 100 000 лет.
Фторные и урановые пробы. Фтор и уран, в малых (следовых) количествах содержащиеся в грунтовых водах, постепенно накапливаются в костях животных, и на этом основан метод фторных и урановых проб. Если получение абсолютных датировок таким путем невозможно вследствие весьма значительного разброса интенсивности такого накопления в разных районах, то названные анализы могут служить основанием для построения относительной хронологии, позволяя определить, одинаков ли возраст обнаруженных в одном контексте предметов. Если содержание в них фтора и урана существенно различается, значит, они относятся к разному времени и оказались вместе вследствие случайности или фальсификации. Самым знаменитым случаем использования этого метода является исследование пилтдаунской находки — сфальсифицированного набора ископаемых останков, который пытались представить древнейшей находкой гоминид на территории Англии. Существенно различающееся содержание в них фтора и урана послужило одним из первых доказательств того, что эта находка является подделкой.
Датирование по патине. Ряд родственных по своей природе методов датирования основан на том, что на многих материалах за время, пока они находятся в земле, образуется отличающийся от них химически и физически наружный слой. Например, на внешней поверхности обсидиана (вулканического стекла) образуется слой гидратированного кремнезема: толщина этого слоя зависит от температуры и особенностей состава самого обсидиана. Если установлена интенсивность гидратации данного сорта обсидиана в местных условиях, можно определить дату образца в интервале между 120 000 до н.э. и нашим временем. Измерение толщины гидратного слоя производится оптически — с использованием поляризационного микроскопа.
Одним из немногих методов датирования, применимых при изучении некоторых разновидностей памятников наскального искусства, является датирование по катионному показателю. В некоторых регионах на скалах образуется поверхностная патина (темный блестящий налет из окислов металлов, возникающий со временем от внешних воздействий). В этой патине содержится более или менее постоянная концентрация оксида титана и постепенно уменьшающаяся концентрация оксидов кальция и калия, поскольку эти последние легче растворяются в воде. Соответственно, измерив количество этих веществ в патине, покрывающей наскальное изображение, и вычислив, какое время требовалось для сложения данной их пропорции, можно определить его дату. Считается, что для каждого региона характерна также своя интенсивность выщелачивания скальной породы, что может служить для целей датирования. Эксперименты в области использования этого метода углубили нижнюю хронологическую границу сферы его применения на несколько сотен тысяч лет.
Датирование с применением нескольких методов. Каждый из описанных методов датирования в принципе чреват возможностью получения неверной даты вследствие случайности, небрежности или влияния нераспознанных искажающих факторов. Поэтому археологи обычно стараются датировать изучаемые ими памятники разными методами, чтобы уменьшить вероятность ошибки.