مطالعات اجتماعی(بشرویه)

ممكن است خبرهايي را در مورد مصنوعات باستاني ديده يا خوانده باشيد. در حفاري باستان شناسي قسمتي از ابزار چوبي را از زير خاك در مي آورند و مشخص مي شود يافته هاي باستان‌شناسي مثلاً مربوط به 5000 سال قبل است. جسد موميايي شده‌ي كودكي در آندس (Andes) يافت شده و باستان‌شناسان مي گويند كه اين كودك بيش از 2000 سال پيش زندگي مي‌كرده است.

دانشمندان چگونه سن بقاياي يك انسان يا شئ را مي فهمند؟ چه روش‌هايي را به‌كار مي برند و اين روش‌ها چگونه عمل مي‌كنند؟ در اين نوشته‌ي كوتاه آنچه را دانشمندان انجام مي‌دهند با هم مرور مي‌كنيم. از ويژگي راديواكتيويته‌ي عناصر بخصوص كربن 14 براي اندازه‌گيري سن اجسام استفاده مي‌كنيم. نيمه‌عمر كربن 14 روشي است براي اندازه‌گيري سن قطعي مصنوعات باستان‌شناسي يك منبع زيستي مثلاً 5000 هزار ساله.

در تعيين عمر چيزهايي از قبيل استخوان، لباس، چوب و فيبر گياهي كه به نسبت معيني توسط فعاليت انسان در گذشته ايجاد شده به كار مي‌رود.

پرتوهاي كيهاني هر روز به مقدار زياد وارد جو زمين مي‌شوند. براي مثال هر انسان در هر ساعت مورد اصابت حدود نيم ميليون پرتو پرانرژي كيهاني قرار مي‌گيرد. چندان غيرعادي نيست كه پرتو كيهاني با يك اتم در جو برخورد و پرتو كيهاني ثانويه به شكل يك نوترون پرانرژي ايجاد كند و اين نوترون هاي پرانرژي با اتم‌هاي نيتروژن برخوردكنند. وقتي نوترون با نيتروژن 14 (7 نوترون و 7 پروتون) برخورد مي‌كند اتم هاي نيتروژن به كربن 14 (6 پروتون و 8 نوترون) و يك اتم هيدروژن (يك پروتون و صفر نوترون) تبديل مي‌شوند. كربن 14 راديواكتيو است.

شكل1.

اتم‌هاي كربن 14 كه از پرتوهاي كيهاني ايجاد شده به شكل دي اكسيد كربن با اكسيژن تركيب مي‌شود و گياهان به طور طبيعي آن‌را جذب مي‌كنند و توسط فوتوسنتز در فيبرهاي گياهي پخش مي‌شوند. حيوانات و انسان‌ها گياهان را مي‌خورند و كربن 14 را به خوبي جذب مي‌كنند. نسبت طبيعي كربن (كربن12) به كربن 14 در هوا و همه‌ي موجودات زنده در يك زمان معين تقريباً ثابت است.

ممكن است در يك تريليون اتم كربن يكي كربن 14 باشد. اتم‌هاي كربن 14 همواره متلاشي مي‌شوند اما به نسبت ثابت جايگزين اتم‌هاي كربن 14جديد مي‌شوند. در اين لحظه درصد معيني اتم كربن 14 در بدن شما و همه‌ي گياهان و حيوانات جاندار وجود دارد.

به زودي ارگانيسم‌هاي زنده مي‌ميرند و دريافت كربن جديد متوقف‌ مي‌شود. نسبت كربن 12 به 14 در لحظه‌ي مرگ با ساير موجودات زنده برابر است اما كربن 14 متلاشي مي‌شود و جايگزين نمي‌شود. مادامي‌كه مقدار كربن 12 باقيمانده در نمونه ثابت باشد، اين كربن 14 با نيمه عمر 5700 ساله‌اش متلاشي مي‌شود. با مشاهده‌ي نسبت كربن 12 به 14 در اين نمونه و مقايسه‌ي آن با ارگانيسم‌هاي زنده امكان تعيين عمر موجود زنده در گذشته تقريباً با دقت مشخص مي‌شود.

فرمول زير براي محاسبه‌ي عمر يك نمونه با استفاده از كربن 14 است :

t = [ ln (N_f/N_o) / (-0.693) ] x t_1/2

كه لگاريتم طبيعي N_f/N درصد كربن 14 در نمونه در مقايسه با مقدار بافت زنده و t_1/2 نيمه‌عمر كربن 14 است ‌(5700 سال). بنابراين اگر شما فسيلي داشته باشيد كه 10درصد كربن 14 در مقايسه با نمونه‌ي زنده داشته باشد، پس عمر آن فسيل :

t = [ ln (0.10) / (-0.693) ] x 5,700 years

t = [ (-2.303) / (-0.693) ] x 5,700 years

t = [ 3.323 ] x 5,700 years

t = 18,940 years old

چون نيمه‌عمر كربن 14، 5700 سال است اين تنها براي عمرسنجي مواردي بيش از حدود 6000 سال عمر معتبر است. به هر ترتيب اصول عمرسنجي كربن 14 براي ساير ايزوتوپ ها هم مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

پتاسيم 40 عنصر طبيعي راديو اكتيو ديگري است كه در اندام تمام موجودات وجود دارد و نيمه‌عمر آن 1/3 ميلياردسال است. ساير راديوايزوتوپ‌هاي مفيد براي عمرسنجي راديواكتيويته شامل اورانيم 235 است (نيمه‌عمر 704 ميليون سال)، اورانيم 238 (نيمه‌عمر 4.5 ميليارد سال)، توريم 232 (نيمه‌عمر 14 ميليارد سال) و روبيديم 87 (نيمه‌عمر 49 ميليارد سال).

استفاده از راديوايزوتوپ‌هاي مختلف عمرسنجي نمونه‌هاي زيستي- زمين‌شناختي با دقت بالا را ممكن مي‌كند. در هر حال عمرسنجي راديوايزوتوپ ممكن نيست در آينده چندان كاربرد داشته باشد. هرچيزي كه بعد از دهه‌ي 1940 از بين برود (زماني كه تازه بمب‌ها ي ‌هسته‌اي، راآكتورهاي هسته‌اي و آزمايش‌هاي هسته‌اي سال‌هاي اوليه ي خود را طي مي‌كرد) عمرسنجي دقيق آن‌ها بسيار سخت‌تر خواهد بود،‌چرا كه نيمه عمر مواد راديواكتيو و البته محيط راديو اكتيو ممكن عوامل اصلي عمرسنجي هستند.