کربن ۱۴ و تشخیص دقیق عمر

دنیای اطلاعات: با مشخص کردن اینکه چه مقدار از هسته ای رادیواکتیو باقی مانده است متوجه می‌شویم که چند نیمه عمر ماده سپری شده و چون نیمه عمر عناصر را می‌دانیم به راحتی می‌توانیم سن اشیاء قدیمی را محاسبه نماییم.

عمر اشیاء قدیمی به کمک ایزوتوپ های رادیواکتیو کربن ۱۴ تعیین می‌شود که تغییرات آن بطور طبیعی اتفاق می‌افتد. به کمک زمان سنجی کربن ۱۴ طول عمر اجسام را تا ۶۰۰۰۰ سال می‌توان تعیین کرد.
زمانی که نوترونهای پرتوهای کیهانی در اتمسفر با نیتروژن های ۱۴ برخورد می‌کنند. به طور مداوم کربن ۱۴ تولید می‌شود کربن ۱۴ به سرعت با دی اکسید کربن هوا مخلوط شده و از طریق فوتوسنتز در گیاهان جذب می‌شود به این ترتیب کربن ۱۴ در تمام موجودات زنده راه پیدا می‌کند پس قسمتی از همه کربن های موجود در بدن موجودات زنده کربن ۱۴ است که نسبت تمرکز آن هم مقدار ثابتی است. اما کربن ۱۴ یک عنصر رادیواکتیو است و با مرور زمان واپاشی کرده و تبدیل به عناصر دیگر می‌شود. زمانی که یک موجود زنده می‌میرد و یا گیاهی خشک می‌شود، دیگر کربن ۱۴ جدیدی به طبیعت اضافه نمی شود اما کربن ۱۴ های قدیمی شروع به واپاشی می‌کنند.
نیمه عمر کربن ۱۴ حدود ۵۷۶۰ سال تعیین شده است. بنابراین زمانی که باستانشناسان یک تکه ذغال را در غار یا یک قطعه چوب را در یک بنای قدیمی پیدا می‌کنند، می‌توانند به دقت مقدار کربن موجود در آنها را اندازه گرفته و مقدرا کربن ۱۴ آن را تعیین کنند و سپس با در نظر گرفتن میزان کربن ۱۴ موجود در درختان امروزی مقدار کربن ۱۴ این اجسام را در زمان خود مشخص کنند. و از این راه طول عمر جسم مورد نظر را به دست آورند.

برای جدا کردن کربن ۱۴ از دیگر عناصر، چوب را می‌سوزانند تا به صورت گاز متان یا اتان دربیاید گاز حاصل را که دارای کربن ۱۴ است به مدت یک ماه درون یک محفظه نگه می‌دارند در این مدت ترکیبات اورانیوم که ممکن است باعث اندازه گیری غیر واقعی عمر شوند واپاشیده شده و مقدارشان به حداقل می‌رسد. سپس به وسیله دستگاهی میزان تشعشع اتم های کربن ۱۴ موجود در نمونه را بررسی می‌کنند. و به این ترتیب عمر نمونه را مشخص می‌کنند. با وجود همه امتیازاتی که زمان سنجی کربن ۱۴ داراست محدودیت هایی نیز دارد. کربن ۱۴ نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارد و فقط جهت تعیین طول عمرهایی تا ۶۰ هزار سال قبل مفید است. برای عمرسنجی موارد قدیمی تر باید از دیگر عناصر رادیواکتیو که نیمه عمر بیشتری دارند استفاده کرد. که البته اساس کار این زمان سنجی‌ها هم کاملاً مشابه کربن ۱۴ است. به غیر از کربن ۱۴ عناصر دیگری نیز در زمان سنجی بکار می‌روند که عبارتند از: اورانیوم ۲۳۸ ( ۷۲۳۸) که پس از چندمین مرحله واپاشی به سرب ۲۰۶ (Pb206) تبدیل می‌شود. اورانیوم ۲۳۵ (۷۲۳۵) که به سرب ۲۰۷ (pb207) توریوم ۲۳۲ که سرب ۲۰۸ و پتاسیم ۴۰ که به آرگون ۴۰ تبدیل می‌شود.
زمانی که زمین شکل گرفته شامل ذخایری از ایزوتوپ هی اورانیوم ۲۳۸ بوده است. نیمه عمر اورانیوم ۲۳۸ در حدود ۵/۴ میلیارد سال است. دانشمندان معتقدند که هنگام تشکیل زمین اصلاً سربی وجود نداشته و تمام سرب موجود در کره زمین در اثر واپاشی اورانیوم بوجود آمده است. از آنجایی که ما نیمه عمر اورانیوم رامی دانیم و در ضمن می‌توانیم مقدار اورانیوم ۲۳۸ و سرب موجود در یک نمونه را اندازه بگیریم می‌توانیم طول عمر سنگهایی را که متعلق به میلیاردها سال پیش هستند را مشخص کنیم. اکثر نمونه سنگها شامل دو مقدار مساوی از اتم های اورانیوم ۲۳۸ و سرب ۲۰۶ می‌باشند یعنی مقدار اورانیوم نصف شده است یعنی اورانیوم یک نیمه عمر خود را گذرانده است و این سنگها ۵/۴ میلیارد سال قدمت دارند. تا مدتها تصور می‌شد که زمین فقط ۱۰۰ میلیون سال عمر دارد، اما با این روش عمر زمین را حدود ۵/۴ میلیارد سال تعیین نموده اند.

منبع: تبیان