قطع الخشب والعظام عمرها 5000 سنة. من الطبيعي أن نتساءل كيف يمكن للعلماء تقدير عمر الآثار والحفريات الموجودة على الأرض ، وما هي الأساليب المستخدمة. توضح هذه المقالة المفهوم الفيزيائي لاستخدام الكربون 14 لتقدير عمر الكائنات الحية.
يستخدم الكربون 14 كمؤشر لتقدير العمر البيولوجي للحفريات ، والتي يمكن أن تتجاوز 50000 سنة.
Table of Contents
ما هو الكربون 14؟
تقصف الأشعة الكونية الغلاف الجوي باستمرار ، ويقدر أن ملايين الأشعة الكونية تضرب جسم الإنسان كل ساعة عندما يصطدم شعاع كوني بذرة في الغلاف الجوي ، فإنه ينتج أشعة كونية ثانوية في شكل نيوترونات تحمل الطاقة الحركية تصادم ينتج عن الاصطدام ذرة كربون 14 مع 6 بروتونات و 8 نيوترونات ويخرج ذرة هيدروجين فقط بروتون واحد تعتبر ذرة الكربون 14 ذرة غير مستقرة لأن عدد البروتونات لا يساوي عدد النيوترونات التي تسمى الكربون المشع. النصف) 5730 سنة.
N+ 14N → 14C + 1H
الكربون 14 هو نظير مشع للكربون ومصدر للإشعاع (ب) الذي يتحلل بمرور الوقت. إذا كان هناك مبلغ معين ، فإن نصفه سوف يتحلل بعد 5730 سنة. هذا ما نسميه نصف العمر ، وبالنسبة لنا هذا العمر هو الأساس لاعتبار الكربون 14 وسيلة فعالة لتحديد العمر.
وصف للدورة الطبيعية للإنسان لإنتاج الكربون -14 وامتصاصه بواسطة النباتات وتقسيمه إلى نيتروجين -14 حتى تنخفض نسبته في الجسم بمرور الوقت.
الكربون 14 موجود في جميع الكائنات الحية:
تتحد ذرات الكربون 14 الناتجة عن الأشعة الكونية مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي. وينتقل الكربون -14 من النباتات إلى الإنسان والحيوان من خلال الغذاء نسبة الكربون -12 إلى الكربون -14 بوصة الهواء وفي جميع الكائنات الحية هو نفسه.
يقدر عدد ذرات الكربون -14 في الهواء بنحو ذرة واحدة لكل 1012 ذرة كربون -12 ذرة كربون -14 مشعة وتتحلل باستمرار من خلال انبعاث أشعة بيتا ، ولكن يتم تعويض الخسائر بواسطة جسم الكائن الحي. سرعة ثابتة من خلال ما نأكله وماء.
في الوقت الحاضر ، من المعروف أن جسم الإنسان يحتوي على نسبة من الكربون 14 ، وهي نفس نسبة النباتات والحيوانات.
حاسبة العمر:
الفكرة هي الاعتماد على الكربون 14 لحساب العمر. وذلك لأن كمية فقدان الكربون تتوقف عن الزيادة مع موت الكائن الحي. لذلك ، فإن نسبة الكربون-12 إلى الكربون-14 هي أن الكربون-14 عنصر مشع ويتحلل بمعدل ثابت بمرور الوقت. أثناء انبعاث جسيمات بيتا لا يوجد تعويض ، كما هو الحال في الجسم الحي.
يظل الكربون -12 مستقرًا في جسم الكائن الحي قبل الموت وبعده. لذلك نستنتج أنه من خلال قياس نسبة الكربون -14إلى الكربون 12 ومقارنة النتائج مع النسبة في الجسم الحي ، يمكننا حساب عمر العينة.
توضح الصيغة التالية العمر المحسوب:
t = [Ln (Nf / No) / (-0.693)] x t1 / 2
حيث Ln هي دالة اللوغاريتم الطبيعي و Nf / No هي نسبة الكربون 14 في العينة إلى الكربون في الجسم الحي. t1 / 2 هو عمر النصف للكربون -14 ، 5730 سنة.
بافتراض أن لدينا عينة تم قياس نسبة الكربون فيها ووجد أنها 10٪ مقارنة بالجزء الحي ، فإن حساب عمر العينة سيكون وفقًا للصيغة السابقة:
t = [Ln (0.10) / (-0.693)] × 5700 years
t = [(-2.303) / (-0.693)] × 5700 years
t = [3.323] × 5700 years
t = 18940 years old
ملحوظة:
يبلغ عمر النصف للكربون 5730 عامًا ، لذلك يُستخدم الكربون لتقدير عمر الكائنات التي يقل عمرها عن 60 ألف عام. ومع ذلك ، فإن نفس المبدأ المستخدم لتقدير العمر بالكربون ينطبق على العناصر المشعة الأخرى الموجودة في جسم الإنسان ، مثل البوتاسيوم -40 ، الذي يكون نصف عمره أطول بكثير ، أي ما يعادل 1.3 × 109 سنوات. وبالمثل ، فإن عمر النصف لعنصر اليورانيوم 238 هو 4.5 × 109 سنوات ، ونصف العمر لعنصر ثوريوم -232 هو 14 × 109 سنوات ، والعمر النصفي لعنصر رافيديوم -87 هو 49 × 109 سنوات.
باستخدام العوامل السابقة ، يمكن للعلماء تقدير عمر العينات بناءً على عينات بيولوجية أو جيولوجية.تقدير العمر باستخدام الكربون 14 أو العناصر المشعة الأخرى يعطي نتائج دقيقة لعينات من عام 1940 ، عندما تم اكتشاف القنبلة الذرية التجريبية والمفاعل ، بالإضافة إلى نسبة العناصر المشعة الموجودة. لاحظ أنه لا يجلب أدى ذلك إلى عدم توازن في النسبة الطبيعية للكربون في الغلاف الجوي التي تم استخدامها لحساب عمر العينة.