Određivanje starosti vremena

1. Određivanje starosti vremena

2. Datiranje ugljikom-14 je metoda koja koristi prirodni izotop ugljika-14 da otkrije starost materijala koji sadrži ugljikove spojeve, starosti do 60 000 godina.

3. Biljke asimiliraju C-14 putem fotosinteze, a životinje se hrane biljkama. Na taj način sva živa bića zadržavaju istu koncentraciju C-14 tijekom cijelog života. • CO2 se otapa u oceanima, te se nalazi u planktonu, koraljima i školjkama. Nakon smrti organizma prestaje nadoknađivanje C-14 i njegova se koncentracija počinje smanjivati.

4. Uzorci pogodni za datiranje ugljikom-14 su prvenstveno ono koji sadrže organski ugljik: drvo, drveni ugljen, treset, kosti, kosa, rogovi, organsko tlo, žito itd. • Karbonati koji sadrže ugljik su dio prirodnog ciklusa i mogu se takoder datirati: školjke, karbonatni sediment kao sige (stalaktiti, stalagmiti), sedra, jezerski sediment, te otopljeni bikarbonati u vodi.

5. Datiranje ugljikom-14 je razvio Willard Libby 1949. kao profesor na Sveučilištu u Chicagu. Za to je dobio Nobelovu nagradu za kemiju 1960.

6. Općenito su u upotrebi tri osnovne tehnike mjerenja aktivnosti izotopa ugljika-14 u raznim materijalima: • mjerenje plinskim proporcionalnim brojačem • tekućinskim scinitilacijskim brojačem • te akceleratorskom masenom spektroskopijom • Osnovna karakteristika svih ovih metoda je da su destruktivne, tj. uzorak čiju se starost želi odrediti treba spaliti i dalje pripremiti u obliku pogodnom za mjerenje aktivnosti ugljika-14.

7. Radiometrijske metode se zasnivaju na brojanju pojedinačnih raspada radioaktivnog izotopa ugljika-14. Potrebna količina ugljika ovisi o veličini i tipu brojača, ali nije manja od 5 g. • Za datiranje kostiju treba uzeti daleko veću količinu uzorka, jer iz njih treba ekstrahirati organski dio (kolagen), čiji se udio smanjuje kod starih kostiju.

8. Poseban problem radiometrijskih mjerenja predstavlja utjecaj zračenja okoline i kozmičkog zračenja, koji zasjenjuje detekciju radioaktivnog raspada atoma ugljika-14. Radi smanjenja utjecaja kozmičkog zračenja, laboratoriji se obično smještaju u podrumske prostorije. Aktivni štit se sastoji od dodatnih detektora koji registriraju prolaz kozmičkog zračenja i koji rade u tzv. antikoincidentnoj tehnici. Ako oba detektora, onaj koji mjeri aktivnost ugljika-14 u uzorku i ovaj zaštitni, istovremeno detektiraju neki impuls, onda to znači da on potječe od osnovnog zračenja, a ne od raspada ugljika-14 atoma, pa se takovi impulsi odbacuju.

9. Plinski proporcionalni brojač • Kod mjerenja ugljika-14 aktivnosti plinskim proporcionalnim brojačem, potrebno je određenim kemijskim postupcima dobiti neki plin koji sadrži sav ugljik iz uzorka, a istovremeno se može koristiti kao radni plin u brojaču. • Ovisno o laboratoriju, kao brojački plin upotrebljavaju se ugljični dioksid, metan, acetilen ili benzen.

10. Tekućinski scintilacijski brojač • Za mjerenje tekućinskim scinitlacijskim brojačem uzorak se kemijskim postupcima pretvara u benzen (C6H6)koji je vrlo pogodan materijal, budući da je 96% njegovog sastava ugljik.

11. Akceleratorska masena spektroskopija • Nasuprot radiometrijskim tehnikama, umjesto pojedinačnih raspada atoma ugljika-14, akceleratorska masena spektrometrija mjeri omjer atoma ugljika-14 izotopa u odnosu na najzastupljeniji izotop ugljika, ugljika-12.

12. Kalibracija • Starost mjerena metodom radioaktivnog ugljika temelji se na pretpostavci da je koncentracija aktivnosti ugljika-14 bila u prošlosti konstantna u prirodnim rezervoarima (prvenstveno atmosferi). Međutim, najviše uslijed flukutacija Sunčevog magnetskog polja (Sunčev ciklus), ona nije bila konstantna, te rezultati mjerenja ne odgovaraju točno pravoj starosti mjerenog materijala.Zbog toga se ukazala potreba da se promjene u koncentraciji aktivnosti ugljika-14 u prošlosti odrede nekom nezavisnom metodom.