تاریخ سنجی با استفاده از ایزوتوپ های رادیواکتیو چگونه انجام میشوند؟
شاید شما هم خبرهایی را در مورد صنایع دستی باستانی شنیده یا خوانده باشید. در یک منطقه باستانی بخشی از یک ابزار چوبی را از خاک بیرون می آورند و باستان شناسان عمر آن را ۵ هزار سال ذکر می کنند. کودکی مومیایی در ارتفاعات رشته های آند پیدا می شود و باستانشناسان می گویند که کودک بیش از دو هزار سال پیش می زیسته است. دانشمندان چگونه سن یک جسم یا بقایای اجساد انسانی را محاسبه می کنند؟ این دانشمندان از چه شیوه هایی استفاده می کنند و راز کارکرد این شیوه ها در چیست؟ در این مقاله به بررسی این شیوه ها می پردازیم و درمی یابیم که دانشمندان چگونه با استفاده از خاصیت رادیواکتیویته سن اجسام را مشخص می کنند. به ویژه به بررسی تاریخ سنجی کربن ۱۴ می پردازیم. تاریخ سنجی کربن ۱۴ روشی برای تعیین سن دست سازهای باستانی با منشاء زیست شناختی با حداکثر سن تقریبی ۵ هزار سال است. از این روش برای تاریخ سنجی اجسامی همچون استخوان، پوشاک، چوب و الیاف گیاهی استفاده می شود که در گذشته ای نسبتاً نزدیک ساخته شده است.
• کربن ۱۴ چگونه ساخته می شود
هر روز مقدار زیادی از پرتوهای کیهانی وارد جو زمین می شود. برای مثال در هر ساعت نیم میلیون پرتو کیهانی به بدن هر فرد برخورد می کند. برخورد پرتوهای کیهانی با یک اتم در جو پدیده غیر معمولی نیست. در اثر این برخورد پرتو کیهانی دیگر به شکل نوترون های پرانرژی به وجود می آید که این نوترون های پرانرژی به اتم های نیتروژن برخورد می کنند. هنگامی که نوترون به اتم نیتروژن برخورد کرد، اتم نیتروژن ۱۴ (با هفت پروتون و هفت نوترون) به اتم کربن ۱۴ (با شش پروتون و هشت نوترون) و یک اتم هیدروژن (یک پروتون و بدون نوترون) تبدیل می شود. کربن ۱۴ اتمی رادیو اکتیو با نیمه عمر حدود ۵۷۰۰ سال است.
• کربن ۱۴ در بدن موجودات زنده
این اتم های کربن ۱۴ که در اثر پروتون های کیهانی به وجود می آیند با اکسیژن ترکیب شده و کربن دی اکسید را به وجود می آورند. این کربن دی اکسیدها در فرایند فتوسنتز به طور طبیعی جذب گیاه شده و بخشی از الیاف گیاه را می سازند. جانوران و انسان ها هم این گیاهان را می خورند و در نتیجه کربن ۱۴ را جذب می کنند. نسبت کربن معمولی (کربن ۱۲) به کربن ۱۴ در هوا و در تمام موجودات زنده در هر زمانی تقریباً ثابت است. تقریباً از هر یک تریلیون اتم کربن یکی کربن ۱۴ است. اتم های کربن ۱۴ همیشه در حال واپاشی هستند، اما اتم های کربن ۱۴ جدید با سرعت ثابتی جانشین آنها می شوند. در این لحظه بدن شما درصد خاصی از اتم های کربن ۱۴ در خود دارد. تمام گیاهان و جانوران زنده نیز همین درصد کربن ۱۴ را در خود دارند.
• تاریخ سنجی یک سنگواره
به محض آنکه موجود زنده ای بمیرد، جذب کربن های تازه متوقف می شود. نسبت کربن ۱۲ به کربن ۱۴ برای این موجود در لحظه مرگ برابر این نسبت در سایر جانداران است، اما کربن ۱۴ واپاشی می کند و دیگر چیزی جانشین آن نمی شود. کربن ۱۴ با نیمه عمر ۵۷۰۰ سال واپاشی می کند، در حالی که مقدار کربن ۱۲ موجود در نمونه بدون تغییر باقی می ماند. با بررسی نسبت کربن ۱۲ به کربن ۱۴ در نمونه و مقایسه آن با همین نسبت در موجودات زنده می توان سن جسد یک موجود زنده را با دقت نسبتاً بالایی اندازه گرفت.
با استفاده از این رابطه می توان سن یک نمونه را با تاریخ سنجی کربن ۱۴ اندازه گرفت.
t1/2*[Ln(Nf/No)/(-0/693)] t=
در این رابطه Ln لگاریتم طبیعی،Nf/No درصد کربن ۱۴ نمونه در مقایسه با مقدار آن در بافت های زنده و t1/2 نیمه عمر کربن ۱۴ ۵۷۰۰ سال است.
بنابراین اگر نمونه سنگواره ای داشته باشیم که مقدار کربن ۱۴ نسبت به نمونه های زنده ده درصد باشد، آن وقت سن فسیل از این رابطه به دست می آید:
۷۰۰/۵ * [(۶۹۳/۰)/ (۱۰/۰) Ln] t=
۷۰۰/۵ * [(۶۹۳/۰)/ (۳۰۳/۲-)] = t
۵۷۰۰ * (۳۲۳/۳) = t
سال ۱۸۹۴۰ = t
از آنجایی که نیمه عمر کربن ۱۴، ۵۷۰۰ سال است؛ این روش فقط برای تاریخ سنجی اجسامی به کار می رود که ۶ هزار ساله باشند. اما اصول تاریخ سنجی کربن ۱۴ برای سایر ایزوتوپ ها هم به کار می رود. پتاسیم ۴۰ عنصر رادیواکتیو دیگری است که به طور طبیعی در بدن ما وجود دارد و نیمه عمر آن ۳/۱ میلیارد سال است.
از سایر رادیو ایزوتوپ های مفید برای تاریخ سنجی رادیواکتیو می توان به اورانیوم ۲۳۵ (با نیمه عمر ۷۰۴ میلیون سال)، اورانیوم ۲۳۸ (با نیمه عمر ۵/۴ میلیارد سال)، توریوم ۲۳۲ (نیمه عمر ۱۴ میلیارد سال) و روبیدیم ۸۷ (نیمه عمر ۴۹ میلیارد سال) اشاره کرد.
استفاده از رادیو ایزوتوپ های گوناگون، تاریخ سنجی نمونه های زیست شناختی و زمین شناختی را با دقت بالا امکان پذیر می سازد. با اینهمه شاید تاریخ سنجی رادیو ایزوتوپ در آینده به این دقت، ممکن نباشد. هرچیزی که بعد از دهه ۱۹۴۰ یعنی از زمانی که استفاده از بمب های هسته ای، رآکتورهای هسته ای و آزمایش های هسته ای در فضای روباز آغاز شده، وضعیت را تغییر داده است و دیگر اندازه گیری های تاریخ سنجی با دقت زیاد دشوار می شود.
Howstuffworks.com
شنبه ۲۱ آبان ۱۳۸۴ – شرق
مطالب مرتبط
