Πώς λειτουργεί το Carbon Dating;

Η χρονολόγηση με άνθρακα λειτουργεί με τη μέτρηση της ποσότητας ραδιενεργού άνθρακα σε ένα δείγμα. Η ποσότητα ραδιενεργού άνθρακα στο δείγμα χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ηλικίας του δείγματος. Η ηλικία του δείγματος υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον χρόνο ημιζωής του ραδιενεργού άνθρακα. Ο χρόνος ημιζωής του ραδιενεργού άνθρακα είναι 5.730 χρόνια.

Ο άνθρακας είναι απαραίτητος για τη βιολογική ζωή. Όλη η ζωή στη Γη βασίζεται σε αυτό. Εάν δεν υπήρχε η φιλικότητα του άνθρακα, η απλή οργανική ύλη δεν θα μπορούσε να είχε εξελιχθεί για να επιτύχει την εξαιρετική, ανεξιχνίαστη πολυπλοκότητα που μπορεί να υπερηφανεύεται τώρα:την πολυπλοκότητα ανάπτυξης ενός συστήματος για την αίσθηση, την αναπνοή, την πέψη, την έκκριση και αδύνατο, άτριχο πρωτεύον, ακόμη και ένα σύστημα σκέψης.

Όλη η ζωή στη γη βασίζεται στον άνθρακα. (Φωτογραφία:Subham Dey)

Ωστόσο, ένα μικρό ποσοστό αυτού του άνθρακα είναι ραδιενεργό! Η μέτρηση της ποσότητας αυτού του ραδιενεργού άνθρακα σε οργανική ύλη μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε την ηλικία του. η μέθοδος για να γίνει αυτό ονομάζεται χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα ή, απλά, χρονολόγηση με άνθρακα. Δείτε πώς λειτουργεί.

Carbon-14

Ο Carbon έχει έναν δίδυμο αδερφό που μόνο λίγοι γνωρίζουν. Ο πλανήτης μας εκτοξεύεται συνεχώς από κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας που εκτοξεύονται από τον ήλιο. Αυτές οι ακτίνες, οι οποίες γεμίζουν με νετρόνια, αντιδρούν με το άζωτο στην ατμόσφαιρά μας για να παράγουν άτομα άνθρακα-14 ή C-14, ένα ισότοπο του ατόμου άνθρακα-12 ή C-12.

Ένα στοιχείο και το ισότοπό του παρουσιάζουν τις ίδιες ηλεκτρικές ιδιότητες, αλλά διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Αυτό συμβαίνει επειδή και τα δύο στοιχεία περιλαμβάνουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Στη συνέχεια, τα δίδυμα αναγνωρίζονται με διαφορετικές σημασίες, τονίζοντας τον αριθμό των νετρονίων, ο οποίος προσαρτάται στο σύμβολο του στοιχείου. Το C-12 έχει 12 νετρόνια, ενώ το C-14 έχει 14 νετρόνια. Και τα δύο, ωστόσο, έχουν 6 πρωτόνια και ηλεκτρόνια.

Τα βασικά πράγματα για το C-14 είναι ότι είναι ραδιενεργό, ότι είναι ασταθές, γεγονός που το αναγκάζει να εκπέμπει σωματίδια και επομένως να αποσυντίθεται με την πάροδο του χρόνου.

(Photo Credit :Sciencing)

Η Αρχή του Carbon-Dating

Ο ραδιενεργός άνθρακας θα αντιδράσει με το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα για να παράγει ραδιενεργό διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό το ραδιενεργό διοξείδιο του άνθρακα εισπνέεται και αποθηκεύεται από τα φυτά, τα οποία καταναλώνονται από φυτοφάγα, τα οποία θηρεύονται από σαρκοφάγα ή παμφάγα, όπως ο άνθρωπος. Επομένως, η περιεκτικότητα σε άνθρακα κάθε οργανισμού κάτω από την ατμόσφαιρα αποτελείται κυρίως από άτομα C-12 και έναν μικρό αριθμό ατόμων C-14.

Οι οργανισμοί, ενώ καταναλώνουν άνθρακα, τον αποβάλλουν επίσης όταν εκπνέουν. Η συναλλαγή ή ο κύκλος παραγωγής, κατανάλωσης και αποβολής ατόμων C-14 συμβαίνει με τρόπο που, παρόλο που οι ποσότητες των ατόμων C-12 και C-14 στο περιβάλλον και σε έναν οργανισμό μπορεί να ποικίλλουν, η αναλογία τους θα παραμείνει ίδια. Αυτή είναι η αρχή λειτουργίας της χρονολόγησης με άνθρακα:παρά τις συναλλαγές, ένα ζωντανό Ο οργανισμός διατηρεί την ίδια αναλογία ατόμων C-14 προς C-12 όπως βρίσκεται στο περιβάλλον.

Ωστόσο, όταν ένας οργανισμός πεθαίνει, παύει να καταναλώνει άνθρακα. Τώρα, επειδή το C-14 είναι ραδιενεργό, αρχίζει να αποσυντίθεται. Η αναλογία των ατόμων C-14 προς C-12 στον οργανισμό μειώνεται τώρα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο οργανισμός, τόσο περισσότερο το C-14 αποσυντίθεται, άρα τόσο μικρότερη είναι η αναλογία. Αυτή η αναλογία χρησιμοποιείται από τους αρχαιολόγους για τη χρονολόγηση, για παράδειγμα, ενός δέντρου ή ενός απολιθώματος.

Αναφέρονται στην ακόλουθη εξίσωση για τη μέτρηση της ηλικίας ενός δείγματος:

Η εξίσωση υπαγορεύει τη διάσπαση ενός ραδιενεργού ισοτόπου. Εδώ, Ν ᵒ αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ατόμων του ισοτόπου στο δείγμα σε t=0 ή όταν ο οργανισμός, ένα μέρος του οποίου αποτελεί πλέον το δείγμα, πέθανε, ενώ N αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ατόμων που απομένουν μετά το χρόνο t έχει περάσει.

Θυμηθείτε ότι η αναλογία των ατόμων C-14 προς C-12 στον οργανισμό και στο περιβάλλον είναι η ίδια όταν είναι ζωντανός. Η γνώση αυτής της αναλογίας, την οποία ήδη κατέχουμε, μας επιτρέπει να λάβουμε την τιμή του N ᵒ, τον αρχικό αριθμό ατόμων C-14. Η τρέχουσα τιμή N, ωστόσο, πρέπει να μετρηθεί. Τα άτομα C-14 στο δείγμα μετρώνται με ευαίσθητα όργανα, όπως μετρητές βήτα και φασματόμετρα επιταχυντή μάζας.

λ είναι μια σταθερά στοιχείου της οποίας η τιμή για το C-14 είναι 8.267. Η ώρα t που έχει περάσει από τότε ή η ηλικία του δείγματος μπορεί να ληφθεί με αναδιάταξη της εξίσωσης:

Είναι αξιόπιστο το Carbon Dating;

Η ραδιενέργεια ενός στοιχείου μετριέται με βάση τον χρόνο ημιζωής του:τον χρόνο που χρειάζεται για να διασπαστεί το ήμισυ των συστατικών του. Ο χρόνος ημιζωής του C-14 είναι 5.730 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι γίνεται το μισό από αυτό που ήταν αρχικά σε 5.730 χρόνια, ένα τέταρτο σε 11.460 χρόνια, ένα όγδοο σε 17.190 χρόνια και ούτω καθεξής.

Επεκτείνετε την τάση και διακρίνει κανείς ότι μετρώντας με ακρίβεια ότι το σύνολο των ατόμων διασπάται ή, τουλάχιστον το ποσοστό κάτω από το οποίο γίνονται μη ανιχνεύσιμα, μετά από περίπου 50.000 χρόνια. Συνεπώς, η χρονολόγηση ενός δείγματος παλαιότερου των 50.000 ετών μπορεί να παράγει λανθασμένα αποτελέσματα.

Έχουν επινοηθεί σύνθετες τεχνικές που συνδυάζουν χρονολόγηση με άνθρακα με τεχνικές βαθμονόμησης και επέκτασης του πεδίου εφαρμογής της, αλλά ακόμη και αυτές οι τεχνικές είναι εγγενώς εσφαλμένες. Η χρονολόγηση με άνθρακα είναι επομένως αναμφισβήτητα ακριβής για μερικές χιλιάδες χρόνια. Οποιαδήποτε αποτελέσματα πέρα ​​από αυτό το πλαίσιο είναι αμφισβητήσιμη. Αυτός είναι ο κύριος περιορισμός της χρονολόγησης με άνθρακα.

Πίστωση φωτογραφίας:Wikimedia Commons

Επιπλέον, η χρονολόγηση με άνθρακα φαίνεται να βασίζεται σε μια πλάνη. Βασίζεται ουσιαστικά στην υπόθεση ότι η αναλογία των ατόμων C-14 προς C-12 στο περιβάλλον ήταν πάντα η ίδια σε κάθε Εποχή.

Αυτό σίγουρα δεν είναι αλήθεια. Από τη Βιομηχανική Επανάσταση, ειδικότερα, έχουμε αραιώσει την ποσότητα των ατόμων C-12 στο περιβάλλον ρίχνοντας ξεδιάντροπα σε αυτό μια ανησυχητική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, που παράγεται από την καύση ορυκτών καυσίμων. Μια αύξηση στο C-12 σημαίνει ότι η αναλογία είναι πλέον μειωμένη, πράγμα που σημαίνει ότι η ηλικία ενός δείγματος θα είναι μεγαλύτερη από ό,τι πραγματικά είναι!

Αντίθετα, οι πυρηνικές εκρήξεις παράγουν τεράστιες ποσότητες C-14, επομένως η πληθώρα των πυρηνικών δοκιμών που έχουμε πραγματοποιήσει έχει αυξήσει την ποσότητα του στην ατμόσφαιρα. Αυτό αυξάνει την αναλογία, με αποτέλεσμα η ηλικία ενός δείγματος να είναι μικρότερη από ό,τι πραγματικά είναι.

Από τη Βιομηχανική Επανάσταση, ειδικότερα, έχουμε αραιώσει την ποσότητα των ατόμων C-12 στο περιβάλλον ρίχνοντας ξεδιάντροπα σε αυτό μια ανησυχητική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα. Φωτογραφία:Pixabay

Ωστόσο, με τη γνώση του ποσού της απόκλισης που θα προκαλέσει μια αύξηση ή μείωση στα άτομα C-14, μπορούμε να εξηγήσουμε αυτές τις αποκλίσεις απλώς αφαιρώντας ή προσθέτοντας το σφάλμα από ή στη φαινόμενη ηλικία για να λάβουμε την πραγματική ηλικία. Και πάλι, η χρονολόγηση με άνθρακα μπορεί να μην είναι αναμφισβήτητα ακριβής, αλλά είναι αρκετά καλή.