شيمي علمي براي زندگي امروز

سلام، مطلب جدیدی که می خوام ارائه کنم مربوط به روش های سالیابی می باشد.

شاید در رسانه های مختلف شما به مواردی از کشف اجسام قدیمی برخورده باشید که باستان شناسان قدمت آنها را هزاران سال تخمین زده اند.همچنین در مورد مومیایی های یافته شده که برخی از آنها تا دو هزار سال قدمت داشته اند.

به راستی دانشمندان این سالیابی ها را چگونه انجام می دهند؟

چه ابزار و روش هایی امکان سالیابی را فراهم می کنند؟

در این یادداشت قصد دارم به یکی از این روشها یعنی سالیابی به کمک ایزوتوپ کربن-14 بپردازم.

کربن-14 چگونه تولید می شود؟

 در یادداشت قبلی اشاره ای به تابش های کیهانی داشتم.هر روز حجم بسیار وسیعی از این نوع تابش ها وارد جو زمین می شوند.به طور نمونه هر شخص در هر ساعت با نیم ملیون تابش کیهانی برخورد می کند. برخورد تابش های کیهانی با اتم های موجود در اتمسفر باعث ایجاد تابش های کیهانی ثانویه شده و یک نوترن پر انرژی را آزاد می کند. این نوترون پر انرژی می تواند با اتم های نیتروژن-14(7پروتون و 7 نوترون) موجود در هوا برخورد کرده و آن را به اتم کربن-14(6 پروتون و 8 نوترون) و یک اتم هیدروژن(1 پروتون و صفر نوترون) تبدیل کند.ایزوتوپ کربن-14 رادیواکتیو بوده و نیمه عمر آن5700 سال می باشد.

کربن-14 در بدن جانداران

کربن-14 تولید شده توسط تابش های کیهانی با اکسیژن هوا ترکیب شده و دی اکسید کربن تولید می کند. دی اکسید کربن تولید شده توسط گیاهان طی فرآیند فتوسنتز جذب شده و به الیاف گیاهان متصل می شوند. انسان ها و حیوانات گیاهان را می خورند و کربن-14 را دریافت می کنند.نسبت کربن-12 به کربن-14 در هوا و در بدن جانداران در هر زمانی ثابت است.شاید یک به ترلیون اتم کربن، کربن-14 باشد.

اتم های کربن-14 همیشه در حال واپاشی اند، ولی بوسیله اتم های جدید با سرعت ثابتی جایگزین می شوند. پس بدن ما در هر لحظه مقدار ثابتی از ایزوتوپ کربن-14 را دارا می باشد و این موضوع در مورد همه جانداران از جمله حیوانات و گیاهان نیز صدق می کند.

سالیابی یک فسیل

پس از مردن یک ارگانیسم زنده به سرعت دریافت کربن قطع می شود. نسبت کربن-12 به کربن-14 در لحظه مرگ مشابه دیگر اشیاء زنده می باشد، اما کربن-14دچار واپاشی می شود و جایگزین هم نمی شود. در این حالت مقدار کربن-12 ثابت است و با توجه به نسبت کربن-12 به کربن-14 در نمونه ومقایسه آن با نسبت موجود در موجدات زنده، تعیین سن آن جسم که سالها پیش مرده است ممکن می گردد.

فرمول زیر جهت تعیین سن یک نمونه به کمک کربن-14 ارایه شده است:

                                        T= [ln(n_f/n₀)/(-0.63)]*t_1/2

: لگاریتم طبیعی ln

 درصد کربن-14 در نمونه به درصد کربن-14 در بافت زنده : n_f/n₀

نیمه عمر کربن-14 : t_1/2

بنابراین اگر شما یک فسیل با 10 درصد کربن-14 نسبت به اشیاء زنده داشته باشید، خواهیم داشت:

                                            T= [ln(0.10)/(-0.693)]*5700 years

                                            T=[(-2.303)/(-0.693)]*5700 years

                                            T=[3.323]*5700 years

                                            T=18940 years

به دلیل اینکه نیمه عمر کربن-14، 5700 سال می باشد سالیابی بر اساس آن فقط برای 60000 سال قابل قبول است. اصول سالیابی با کربن-14 با دیگر ایزوتوپها نیز به کار برده می شود.

پتاسیم-40 یکی دیگر از عناصر رادیو اکتیو است که به طور طبیعی در بدن یافت می شود و نیمه عمری در حدود 3/1 ملیارد سال دارد.

دیکر ایزوتوپ های مفید برای سالیابی رادیو اکتیو عبارتند از: اورانیوم-235 (با نیمه عمر 704 ملیون سال)، اورانیوم-238(با نیمه عمر 5/4 ملیارد سال)، توریم-232(با نیمه عمر 14 ملیارد سال) و رادیم-87(با نیمه عمر 49 ملیارد سال).

به کارگیری ایزوتوپ های مختلف این امکان را فراهم می کند که نمونه های زیست و زمین شناختی با دقت بیشتری سالیابی شوند.

پس از سال 1940 که بمب های اتمی و آزمایشات هسته ای رو باز انجام گرفت دقت و صراحت در تعیین سن موجوداتی که پس از این تاریخ مرده اند دچار اختلال شد.