Datiranje ugljikom-14

DefinicijaUredi

Datiranja ugljikom 14C (poznato i kao metod radiougljika) se analiziraju ciklusi transforacije radiougljika (14C), tj. količinski odnos između (radioaktivnog) 14C i ("običnog") 12C u ostacima organske tvari i atmosferi, koji se uzima kao direktni pokazatelj apsolutne starosti nalaza. Davno je zapaženo da u višim slojevima atmosfere kosmička radijacija oslobađa neutrone, koji bombardovanjem dušika, proizvode radiougljik (14N + neutron14C + proton); stoga se i ugljendioksid javlja u oblicima 12CO2 i 14CO2. Također je poznato da period poluraspadanja 14C traje 5.568 ± 30 godina. U novije vrijeme ti proračuni su izmijenjeni na 5.730 godina, što se ugrađuje kao ispravka u ranije − standardizirane − krive proračuna starosti proučavanog materijala.[1]

PrimjenaUredi

U procesu razmjene materije i energije između organizma i životne sredine, ostvaruje se prirodna ravnoteža količine 14C u atmosferi i živoj supstanci. Karakteristična brzina radioaktivne transformacije tog elementa u živoj tvari iznosi 15,6 raspadâ, po gramu, u minuti. Smrću individue organska materija se isključuje iz biociklusa, pa se (približno) svakih 5.600 godina koliéina 14C smanjuje na polovinu. Drugim riječima, odnos 12C : 14C mijenja se srazmjerno starosti uzorka; za prvih 5.600 godina intenzitet radioaktivnog raspadanja opadne na 7,8 raspada, po gramu u minutu, za naredni (toliki) period - na 3,9 takvih jedinica itd.[2]

Odgovarajuáa testiranja starosti antropoloških nalaza pomoáu radioaktivnog ugljika pokazala su da mogućnost datiranja ovim metodom doseže 40.000 (prema nekiin podacima i do 70.000) godina, a preciziiost mu varira u granicama od ± 100 do ± 1 200 godina, što u najvećoj mjeri zavisi od starosti i kvaliteta, odnosno stepena očuvanosti proučavanog materijala. Također je potrebno još jednom podvući činjenicu da je ovo jedini metod direktne procjene apsolutne starosti fosilnih ostataka života na Zemlji i naglasiti njegov ogroman doprinos razbijanju minulih i savremenih zabluda o filogenetsko-evolucijskim tokovima i odnosima.

Fizička i hemijska osnovaUredi

U prirodi, ugljik postoji u dva stabilna, enradioaktivna izotopa: ugljik-12 i ugljik-13 i radioaktivni izotop, ugljik-14, poznat i kao radiougljik ili radiokarbon. Izvorna procjena (po američkom fizikalnom hemičaru Williardu Libbyju) poluživota 14C, kao što je naglašeno, od izvornih 5.568, ispravljeno je na oko 5.730 godina. Na taj način bi se moglo očekivati da se njegova koncentracija u atmosferi smanji tokom hiljada godina. Međutim, 14 C se stalno proizvodi u donjim slojevima stratosfere i gornjim troposfere djelovanjem kosmičkih zraka, koje generiraju neutrone, koji zauzvrat stvaraju 14 C kada se raspadne na dušik-14 ( 14 N) atome. Slijedeća nuklearna reakcija kreira 14C:

 ,

gdje n predstavlja neutron, a p proton.

Jednom nastao, 14C se brzo veže sa kisikom iz atmosfere tvoreći ugljendioksid (CO2). Tako stvoreni ugljendioksid se oslobađa u atmosferu i rastvara u okeanu, te ulazi u biocikluse preko biljne fotosinteze. životinje jedu biljke i radiougljik se brzo distribuira u biosferu. Odnos 14C prema 12C je približno 1,5 dijela 14C na 1012 parts of 12C. Pored toga, oko 1% ugljikovih atoma su stabilni izotop 13C.

Jednačina radioaktivnog raspada 14C je:

 

Emitiranjem beta čestica ( elektron, e) i elektron antineutrino, jedan od neutrona u 14C i 14 C jezgra se vraća u stabilni (neradioaktivni) izotop.

PrincipiUredi

Tokom svog svog života, biljka ili životinja razmjenjuju ugljik sa okolinom, tako da ugljik imati isti omjer 14 C biosfera kao rezervoar razmjene ugljika. Nakon smrti, prestaje dotok 14 C, ali će se 14 C u okviru svojih bioloških materijala u to vrijeme i dalje raspadati. Tako se omjer 14 C - 12 C u ostacima postepeno smanjuje, jer se 14 C raspada po poznatoj stopi, proporcija radiougljika se može koristiti kako bi se utvrdilo koliko je prošlo od zaustavljanja razmjene datog uzorka sa atmosferskim ugljikom: u starijim uzorcima ostaje manje 14 C. Jednadžba koja opisuje raspadanje radioaktivnog izotopa je:

 ,

gdje je:

  • N0 broj atoma izotopa u izvornom uzorku (u vremenu t = 0, kada je organizam od kojeg je uzet uzorak bio mrtav), a
  • N je broj atoma koji je ostao nakon datog vremena t.
  • λ je konstanta koja zavisi o svakom pojedinom izotopu; za dati izotop je jednaka reciprocitetu dužine poluživota radioaktivnog raspada – tj. prosjeku ili očekivanom vremenu da će dati atom, a opstati prije nego što prolazi kroz radioaktivno raspadanje. Prosječno vrijeme koje se označava sa τ, za 14C je 8.267 godina, tako da je gornja jednadžba prerađena kao:
 

Pretpostavlja se da je uzorak prvobitno imao isti 14 C / 12 C odnos kao odnos u biosferi, a vrijednost uzorka se utvrđuje neposrednim mjerenjem. Ukupni broj atoma u uzorku može se izračunati, po odnosu N 0 , broj 14 C atoma u originalnom uzorku. Mjerenje N, broj 14 C. Aktuelni atom u uzorku, omogućava obračun t, starost uzorka, koristeći jednadžbe iznad.

Poluživot radioaktivnog izotopa (vrijeme koje je potrebno za pola uzorka da se raspadne, obično se označava sa t1/2) je poznatiji pojam od sredine života, pa iako su jednadžbama iznad izraženi u smislu prosječnog života, to je više uobičajeno za citiranje vrijednosti 14 C poluraspada od svog života. Prosječni život i poluživot se procjenjuju po sljedećoj jednadžbi:

 

Trenutno prihvaćena vrijednost poluživota 14C je 5.730 godina. To znači da ċe za 5.730 godina preostati samo jedna polovina inicijalbog 14C, a četvrina – nakon 11.460 godina, te osmina nakon 17.190 godina itd.

Putem gornjeg proračuna čini se nekoliko pretpostavki, kao što su te da je nivo 14 C. u biosferi tokom proteklog vremena ostao stalan. U stvari, nivo 14 . C u biosferi značajno se mijenja pa se vrijednosti rezultata jednadžbe iznad moraju mijenjati pomoću podataka iz drugih izvora u obliku kalibracijske krivulje, koja se detaljnije opisuje u prilozima. Za više od deset godina nakon inicijalnog rada, prihvaćene vrijednosti poluraspada za 14 C je 5.568 godina. Ovo je poboljšano u ranim 1960-im na 5.730 godina, što je značilo da su mnogi izračunati datumi objavljenih radova sada netačni (greška je oko 3%). Moguće je ugraditi ispravke za vrijednost poluraspada u kalibracije krivu, što je postala uobičajena praksa u radiokarbonskom datiranju "radiokarbonskih godina", što znači da proračuni pomoću izvorne vrijednosti poluživota nisu kalibrirane.

Ustvari, nivo 14C u biosferi značajno varira kao i rezultati dobijeni po gornjoj jednadžbi treba ispraviti upotrebom kalibracijske krive koja je opisana u prilogu.

 
Pojednostavljena verzija razmjene rezervoara ugljika prikazuje proporcije ugljika i relativnu aktivnost 14C u svakom od njih.
Podaci o procentu ugljika u svakom dijelu akumulacije se dobiju iz procjene prosjeka rezervoarskog ugljika za sredinu 1990-ih.
Procjene distribucije ugljika tokom predindustrijskog vremena su bile bitno drugačije.

Izrazi "konvencionalna radiokarbonska starost doba", ili "radiokarbonska starost", koriste se kao i ovi nazivi koji se odnose na doba izračunavanja pomoću sljedećih standarda izračunavanja radiokarbona:

  • a) procjena pomoću Libbyjevog poluživota od 5.568 godina, umjesto trenutno prihvatjivog stvarnog poluživota od 5.730 godina;
  • (b) upotreba NIST standarda poznatog kao HOxII definira se aktivnost radiokarbonskim metodom iz 1950. godine;
  • (c) korištenje datiranja po standardu iz 1950. godine gdje se izračuna količina "prije prisutnog" radiougljika;
  • (d) ispravke za radiokarbonsko frakcioniranje se obavljaju na osnovu odnosa standardnog izotopa, i *(e) sve na pretpostavci da se 14 C / 12 C odnos nije promijenio tokom proteklog vremena. Ovaj pristup ima prednost održavanja usklađenosti sa početkom radova, a također izbjegava rizik od dvostrukih ispravki za Libbyjeve vrijednosti poluraspada.

RezervoariUredi

ReferenceUredi

  1. ^ Campbell B. G. (1992): Humankind Emerging. HarperCollins Publishers, New York, ISBN 0-673-52170-2.
  2. ^ Hadžiselimović R. (1986): Uvod u teoriju antropogeneze. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.

Također pogledajteUredi