Ved en meget stabil hastighed nedbrydes ustabilt carbon-14 gradvist til carbon-12. Forholdet mellem disse kulstofisotoper afslører aldrene for nogle af Jordens ældste indbyggere.
Kosmiske stråler bombarderer Jordens atmosfære og skaber den ustabile isotopkulstof-14. Denne isotop gør det muligt for forskere at lære alderen for en gang-levende ting. Billede via Ethan Siegel / Simon Swordy / NASA.
Radiocarbon-datering er en teknik, der bruges af forskere til at lære ældrene af biologiske prøver - for eksempel træarkeologiske artefakter eller gamle menneskelige rester - fra den fjerne fortid. Det kan bruges på objekter, så gamle som omkring 62.000 år. Sådan fungerer det.
Hvad er en isotop?
For at forstå radiocarbon-datering skal du først forstå ordet isotop.
En isotop er det, som forskere kalder to eller flere former for det samme element. Hvis du kunne se på atomerne fra to forskellige isotoper, ville du finde lige mange antal protoner men forskellige antal af neutroner i atomerne kerne eller kerne.
Så der er en forskel i relative atommasser af to isotoper. Men de har stadig de samme kemiske egenskaber. Et carbonatom er et carbonatom er et carbonatom…
Selvom et elements antal protoner ikke kan ændres, kan antallet af neutroner variere lidt i hvert atom. Atomer af det samme element, der har forskellige antallet af neutroner, kaldes isotoper. Her er et eksempel, der bruger det enkleste atom, brint. Radiocarbon-datering bruger isotoper af elementet carbon. Billedet via Mr. Gotneys 8. videnskabsklasse.
Radiocarbon-datering bruger kulstofisotoper.
Radiocarbon-datering bygger på kulstofisotoperne carbon-14 og carbon-12. Forskere er på udkig efter forhold af disse to isotoper i en prøve.
Det meste kulstof på Jorden findes som den meget stabile isotop carbon-12, med en meget lille mængde som carbon-13.
Carbon-14 er en ustabil isotop af carbon, der til sidst vil henfalde med en kendt hastighed til at blive carbon-12.
Kosmiske stråler - højenergipartikler ud over solsystemet - bombarderer jordens øvre atmosfære kontinuerligt i processen med at skabe det ustabile carbon-14. Carbon-14 betragtes som en radioaktiv isotop af kulstof. Fordi det er ustabilt, vil carbon-14 til sidst forfalde tilbage til carbon-12 isotoper. Fordi den kosmiske strålebombardement er temmelig konstant, er der et næsten konstant niveau af forholdet mellem carbon-14 og carbon-12 i Jordens atmosfære.
Organismer i bunden af fødekæden, der fotosyntetiserer - for eksempel planter og alger - bruger kulstoffet i Jordens atmosfære. De har det samme forhold mellem carbon-14 og carbon-12 som atmosfæren, og det samme forhold føres derefter op i fødekæden hele vejen til spids rovdyr, som hajer.
Men når gasudvekslingen stoppes, hvad enten det er i en bestemt del af kroppen, som i aflejringer i knogler og tænder, eller når hele organismen dør, begynder forholdet mellem carbon-14 og carbon-12 at falde. Det ustabile kulstof-14 nedbrydes gradvist til kulstof-12 ved en stabil hastighed.
Og det er nøglen til radiocarbon-datering. Forskere måler forholdet mellem kulstofisotoper for at kunne estimere, hvor langt tilbage i tiden en biologisk prøve var aktiv eller i live.
Dette plot viser niveauet for kulstof-14 i atmosfæren målt i New Zealand (rød) og Østrig (grøn), som repræsenterer henholdsvis den sydlige og den nordlige halvkugle. Overjordisk nukleare test næsten fordoblet mængden af carbon-14 i atmosfæren. Det er grunden til nuklear testning over jorden blev forbudt. Den sorte pil viser, hvornår den partielle testforbudstraktat blev vedtaget, der forbød nukleare test over jorden. Billede via Hokanomono via Wikimedia Commons.
En speciel slags radiocarbon-datering: Bomb radiocarbon-datering.
Som nævnt ovenfor forbliver forholdet mellem carbon-14 og carbon-12 i atmosfæren næsten konstant. Det er ikke helt konstant på grund af flere variabler, der påvirker niveauerne af kosmiske stråler, der når atmosfæren, såsom jordens magnetiske felts svingende styrke, solcykler, der påvirker mængden af kosmiske stråler, der kommer ind i solsystemet, klimaforandringer og menneskelige aktiviteter. Blandt de betydningsfulde begivenheder, der forårsagede en midlertidig, men betydelig stigning i det atmosfæriske kulstof-14 til kulstof-12-forhold, var jordovervågningstestdetoneringer i de to årtier efter 2. verdenskrig.
Bom radiocarbon dating er en betegnelse for radiocarbon-datering baseret på tidsstempler efterladt af jordbundne atomeksplosioner, og det er især nyttigt til at sætte en absolut alder på organismer, der levede gennem disse begivenheder. I The Cosmic Story of Carbon-14 skriver Ethan Siegel:
Den eneste store udsving, vi kender til, fandt sted, da vi begyndte at detonere atomvåben i det fri i midten af det 20. århundrede. Hvis du nogensinde har spekuleret på, hvorfor nukleare test nu udføres under jorden, er det derfor.
De fleste radiocarbon-dateringer i dag sker ved hjælp af et accelerator-massespektrometer, et instrument, der direkte tæller antallet af carbon-14 og carbon-12 i en prøve.
En detaljeret beskrivelse af radiocarbon-datering er tilgængelig på Wikipedia-radiocarbon-datingsiden.
Nederste linje: Radiocarbon-datering er en teknik, der bruges af forskere til at lære aldringerne af biologiske prøver fra den fjerne fortid.