لقد غيّر تحليل الكربون المشع فهمنا للسنوات الـ 50000 الماضية. أظهرها البروفيسور ويلارد ليبي لأول مرة في عام 1949 ، والتي حصل عليها لاحقًا على جائزة نوبل.
طريقة المواعدة
جوهر تحليل الكربون المشع هو مقارنة ثلاثة نظائر مختلفة للكربون. تحتوي نظائر عنصر معين على نفس عدد البروتونات في النواة ، ولكن عددًا مختلفًا من النيوترونات. هذا يعني أنه على الرغم من التشابه الكيميائي الكبير بينهما ، إلا أن كتلتهما مختلفة.
يُشار إلى الكتلة الكلية للنظير بمؤشر عددي. بينما النظائر الأخف12C و13C مستقرة ، فإن أثقل النظائر14C (الكربون المشع) مشعة. جوهرها كبير لدرجة أنها غير مستقرة.
بمرور الوقت14C ، أساس التأريخ بالكربون المشع ، يتحلل إلى نيتروجين14N. يتكون معظم الكربون 14 في الغلاف الجوي العلوي ، حيث تتفاعل النيوترونات التي تنتجها الأشعة الكونية مع الذرات14N.
ثم يتأكسد إلى14CO2، ويدخل الغلاف الجوي ويمزج مع12CO2و13CO2. يستخدم ثاني أكسيد الكربونالنباتات خلال عملية التمثيل الضوئي ومن هناك من خلال السلسلة الغذائية. لذلك ، سيكون لكل نبات وحيوان في هذه السلسلة (بما في ذلك البشر) كمية متساوية من14C مقارنة بـ12C في الغلاف الجوي (النسبة 14S:12S).
قيود الطريقة
عندما تموت الكائنات الحية ، لا يتم استبدال الأنسجة ويصبح الاضمحلال الإشعاعي واضحًا14C. بعد 55000 عام ، تلاشى14C لدرجة أنه لم يعد من الممكن قياس بقاياها.
ما هو التأريخ بالكربون المشع؟ يمكن استخدام التحلل الإشعاعي "كساعة" لأنها مستقلة عن الظروف الفيزيائية (مثل درجة الحرارة) والكيميائية (مثل محتوى الماء). نصف14C الموجود في العينة يتحلل في 5730 سنة.
لذلك ، إذا كنت تعرف النسبة14C:12C وقت الوفاة ونسبة اليوم ، فيمكنك حساب كم من الوقت مضى. لسوء الحظ ، ليس من السهل التعرف عليهم
تحليل الكربون المشع: هامش الخطأ
كمية14C في الغلاف الجوي ، وبالتالي في النباتات والحيوانات ، لم تكن دائمًا ثابتة. على سبيل المثال ، يختلف باختلاف عدد الأشعة الكونية التي تصل إلى الأرض. يعتمد على النشاط الشمسي والمجال المغناطيسي لكوكبنا
لحسن الحظ ، من الممكن قياس هذه التقلبات في العينات المؤرخة بطرق أخرى. يمكنك حساب الحلقات السنوية للأشجار والتغيير في محتواهاالكربون المشع. من هذه البيانات ، يمكن إنشاء "منحنى معايرة".
حاليًا ، يجري العمل على توسيعه وتحسينه. في عام 2008 ، يمكن معايرة تواريخ الكربون المشع التي تصل إلى 26000 سنة فقط. اليوم تم تمديد المنحنى إلى 50000 سنة.
ما الذي يمكن قياسه؟
لا يمكن تأريخ جميع المواد بهذه الطريقة. تسمح معظم المركبات العضوية ، إن لم يكن كلها ، بالتأريخ بالكربون المشع. يمكن أيضًا تأريخ بعض المواد غير العضوية ، مثل مكون الأراجونيت في الأصداف ، حيث تم استخدام الكربون 14 في تكوين المعدن.
المواد التي تم تأريخها منذ بداية الطريقة تشمل الفحم ، والخشب ، والأغصان ، والبذور ، والعظام ، والأصداف ، والجلود ، والجفت ، والطمي ، والتربة ، والشعر ، والفخار ، وحبوب اللقاح ، واللوحات الجدارية ، والمرجان ، وبقايا الدم ، قماش ، ورق ، مخطوطة ، راتنج وماء.
تحليل الكربون المشع لمعدن غير ممكن إذا كان لا يحتوي على الكربون 14. الاستثناء من منتجات الحديد المصنوعة من الفحم
عدد مزدوج
بسبب هذا التعقيد ، يتم تقديم تواريخ الكربون المشع بطريقتين. يتم إعطاء القياسات غير المعايرة في السنوات السابقة لعام 1950 (BP). يتم عرض التواريخ المُعايرة أيضًا على أنها قبل الميلاد. هـ ، وبعدها ، وكذلك استخدام وحدة calBP (تمت معايرتها حتى الوقت الحاضر ، قبل عام 1950). هذا هو "أفضل تقدير" للعمر الفعلي للعينة ، ولكن من الضروري أن تكون قادرًا على العودة إليهاالبيانات القديمة ومعايرتها حيث تستمر الدراسات الجديدة في تحديث منحنى المعايرة.
الكمية والجودة
الصعوبة الثانية هي الانتشار المنخفض للغاية لـ14С. فقط 0.0000000001٪ من الكربون في الغلاف الجوي اليوم هو14C ، مما يجعل قياسه صعبًا للغاية وحساسًا للغاية للتلوث.
في السنوات الأولى ، تطلب تحليل الكربون المشع لنواتج الانحلال عينات ضخمة (على سبيل المثال ، نصف عظمة بشرية). تستخدم العديد من المعامل الآن مطياف الكتلة المسرع (AMS) ، والذي يمكنه اكتشاف وقياس وجود نظائر مختلفة ، بالإضافة إلى حساب ذرات الكربون 14 الفردية.
تتطلب هذه الطريقة أقل من 1 جرام من العظام ، لكن القليل من البلدان يمكنها تحمل أكثر من واحد أو اثنين من مقياس الدعم الكلي ، والتي تكلف أكثر من 500000 دولار. على سبيل المثال ، لدى أستراليا جهازان فقط من هذه الأدوات قادران على التأريخ بالكربون المشع ، وهما بعيدان عن متناول الكثير من دول العالم النامي.
النظافة هي مفتاح الدقة
بالإضافة إلى ذلك ، يجب تنظيف العينات بعناية من التلوث الكربوني من المادة اللاصقة والتربة. هذا مهم بشكل خاص للمواد القديمة جدًا. إذا كان 1 ٪ من عنصر في عينة عمرها 50000 عام يأتي من ملوث حديث ، فسيتم تأريخه على أنه 40،000 سنة.
لهذا السبب ، يقوم الباحثون باستمرار بتطوير جديدطرق التنظيف الفعال للمواد. يمكن أن يكون لها تأثير كبير على النتيجة التي يعطيها تحليل الكربون المشع. زادت دقة الطريقة بشكل كبير مع تطوير طريقة جديدة للتنظيف باستخدام الكربون المنشط ABOx-SC. هذا جعل من الممكن ، على سبيل المثال ، تأجيل موعد وصول أول شخص في أستراليا لأكثر من 10 آلاف سنة.
تحليل الكربون المشع: النقد
الطريقة التي تثبت أن أكثر من 10 آلاف سنة مرت منذ بداية الأرض ، المذكورة في الكتاب المقدس ، تعرضت لانتقادات متكررة من قبل الخلقيين. على سبيل المثال ، يجادلون بأنه في غضون 50000 عام يجب أن تكون العينات خالية من الكربون 14 ، لكن الفحم والنفط والغاز الطبيعي ، التي يُعتقد أنها تعود إلى ملايين السنين ، تحتوي على كميات قابلة للقياس من هذا النظير ، وهو ما أكده التأريخ بالكربون المشع. يكون خطأ القياس في هذه الحالة أكبر من إشعاع الخلفية ، والذي لا يمكن القضاء عليه في المختبر. أي أن العينة التي لا تحتوي على ذرة كربون مشعة واحدة ستظهر تاريخًا قدره 50 ألف سنة. ومع ذلك ، فإن هذه الحقيقة لا تستدعي التشكيك في تأريخ الأشياء ، والأكثر من ذلك أنها لا تشير إلى أن النفط والفحم والغاز الطبيعي أصغر من هذا العمر.
أيضًا ، لاحظ الخلقيون بعض الشذوذ في التأريخ بالكربون المشع. على سبيل المثال ، حدد تأريخ رخويات المياه العذبة عمرها بما يزيد عن 2000 عام ، وهو ما يرفض هذه الطريقة ، في رأيهم. في الواقع ، لقد وجد أن المحار يحصل على معظم الكربون الخاص به من الحجر الجيري والدبال ، والتي تكون منخفضة جدًا في14C ، لأن هذه المعادن قديمة جدًا ولا يمكن الوصول إليهاالكربون الجوي. تحليل الكربون المشع ، الذي يمكن التشكيك في دقته في هذه الحالة ، يكون صحيحًا بخلاف ذلك. الخشب ، على سبيل المثال ، لا يعاني من هذه المشكلة ، لأن النباتات تحصل على الكربون مباشرة من الهواء ، والذي يحتوي على جرعة كاملة من14C.
حجة أخرى ضد هذه الطريقة هي حقيقة أن الأشجار يمكن أن تشكل أكثر من حلقة واحدة في عام واحد. هذا صحيح ، لكن في أغلب الأحيان يحدث أنها لا تشكل حلقات نمو على الإطلاق. صنوبر بريستليكون ، الذي تستند منه معظم القياسات ، لديه حلقات أقل بنسبة 5٪ من عمره الفعلي.
ضبط التاريخ
تحليل الكربون المشع ليس فقط طريقة ، ولكنه اكتشافات مثيرة في ماضينا وحاضرنا. سمحت هذه الطريقة لعلماء الآثار بترتيب الاكتشافات بترتيب زمني دون الحاجة إلى سجلات مكتوبة أو عملات معدنية.
في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، ربط علماء الآثار الصبورون والحذرون بشكل لا يصدق الأدوات الفخارية والحجرية من مناطق جغرافية مختلفة من خلال البحث عن أوجه التشابه في الشكل والأنماط. ثم ، باستخدام فكرة أن أنماط الكائنات قد تطورت وأصبحت أكثر تعقيدًا بمرور الوقت ، يمكنهم ترتيبها بالترتيب.
وهكذا ، كانت المقابر الكبيرة ذات القباب (المعروفة باسم tholos) في اليونان تعتبر من رواد الهياكل المماثلة في جزيرة Maeshowe الاسكتلندية. دعم هذا فكرة أن الحضارات الكلاسيكية لليونان وروما كانت في مركز كل الابتكارات.
ومع ذلك ، فينتيجة لتحليل الكربون المشع ، اتضح أن المقابر الاسكتلندية أقدم بآلاف السنين من المدافن اليونانية. كان البرابرة الشماليون قادرين على تصميم هياكل معقدة مماثلة لتلك الكلاسيكية.
كانت المشاريع البارزة الأخرى هي إسناد كفن تورينو إلى فترة العصور الوسطى ، وتأريخ مخطوطات البحر الميت إلى زمن المسيح ، والتاريخ المثير للجدل إلى حد ما للرسومات في كهف شوفيه عند 38000 calBP (حوالي 32000 BP) ، قبل آلاف السنين مما كان متوقعًا.
تم استخدام تحليل الكربون المشع أيضًا لتحديد توقيت انقراض الماموث وساهم في الجدل حول ما إذا كان البشر الحديثون والنياندرتال قد التقوا أم لا.
النظير14С يستخدم ليس فقط لتحديد العمر. تتيح لنا طريقة تحليل الكربون المشع دراسة دوران المحيط وتتبع حركة الأدوية في جميع أنحاء الجسم ، ولكن هذا موضوع لمقال آخر.
