شیمی نقش بسیار مهمی در حفظ آثار فرهنگی و هنری باقیمانده از دوره های باستان دارد. برای حفظ این آثار ، باید قدمت آنها را بدانیم. یکی از روشهای شیمی در تعیین سن این آثار ، کربن 14 است.

تاریخچه استفاده از ایزوتوپ کربن 14

از چهار دهه پیش تاکنون ، روش سالیابی کربن 14 تنها روشی است که با آن ، سن نمونه‌های کربن‌دار ، تخمین زده می‌شود.

هدف آزمایشگاههای کربن 14

هدف این آزمایشگاهها ، سالیابی تعیین میزان کربن 14 نمونه موردنظر است که در نهایت ، این مقدار کربن به یک سن از آن اثر تاریخی ، ترجمه می‌شود

کربن 14

در طبیعت، کربن دارای سه ایزوتوپ است: کربن 12، کربن 13 و کربن 14. این ایزوتوپ‌ها در شمار نوترون‌های هسته نابرابرند. کربن 12 و کربن 13 پایدارند ولی کربن 14 رادیواکتیو است و فرو می‌پاشد. (تجزیه می‌شود.) در هر 5700 سال، از هر مقدار کربن 14 نیمی از آن فرو می‌پاشد، نصف باقیمانده در مدت 5700 دیگر فرو می‌پاشد و...

کربن 14 ، رادیوایزوتوپ (ایزوتوپ سنگین) پایدار کربن است که با تشعشع بتای منفی () ، تبدیل به نیتروژن 14 می‌شود. انرژی بتای منفی حاصل ، 0.156 میلیون الکترون ولت به ازای هر مول است:

چگونگی تولید کربن 14

در ارتفاع 6 تا 15 کیلومتری جو زمین ، بر اثر برخورد اشعه کیهانی به اتمسفر زمین ، نوترون هایی باانرژی زیادتولید می‌شود. وقتی انرژی نوترونها بین 0،4 تا 1،6 میلیون الکترون ولت باشد، با برخورد به اتمهای نیتروژن ، کربن 14 ایجاد می‌کنند:

منابع ورود کربن 14 به جو زمین

اتمهای کربن 14، پس از تشکیل به سرعت با اکسیژن ، ترکیب و به صورت ¹⁴CO₂ ، در فضا منتشر می‌شود و از طریق سه منبع وارد ذخیره جهانی کربن در کره زمین می‌شوند. این سه منبع ، عبارتند از :

واکنش با آب‌های سطحی اقیانوسها و انتقال به آب‌های عمیق‌تر و انتقال به چرخه حیات آبزیان ، فتوسنتز و ورود به ساختار گیاهان و نهایتا" تغذیه حیوانات علفخوار و گوشتخوار و انتقال به بدن حیوانات و انسانها. تخمین زده می‌شود که تولید کربن 14 در اتمسفر در وضعیت موازنه با تجزیه پرتوزای آن قرار دارد. در نتیجه ، کل ذخیره کربن 14 کره زمین مقدار ثابتی است.

این پیش‌بینی را نخستین بار ، شخصی به نام "لیبی" (1949) به اثبات رساند. او با اندازه گیری نمونه های متان موجود در فاضلاب شهر بالتیمور و سپس چوب زنده ، صدفهای دریایی که به تازگی تشکیل شده اند و برخی از ارگانیسمهای دیگر به مقدار ثابتی از کربن 14 دست یافت.

چگونگی تعیین عمر یک ارگانیسم مرده

وقتی یک ارگانیسم زنده می‌میرد، اتمهای بخشهای آلی آن از چرخه طبیعی مواد (تغذیه و دفع مواد) خارج می‌شوند. در نتیجه ذخیره کربن 14 ارگانیسم مرده در وضعیتی منفک از ذخیره کل رادیوایزوتوپ جهانی قرار می‌گیرد و طی فرایند تلاشی با نیمه عمر 30 ± 5730 سال مقدارش کم و کمتر می‌شود. این کسر مقدار در آثار تاریخی در مقایسه با مقدار ثابت امروزی ،‌ نشان می‌دهد که چه مدت از مرگ ارگانیسم موردنظر گذشته است.

مثلا در هنگام مقایسه یک نمونه قدیمی و یک نمونه جدید ، با توجه به نیمه عمر کربن 14 که 5730 سال است، میزان کربن 14 نمونه قدیمی با نمونه جدید مقایسه و سن نمونه محاسبه می‌شود. مثلا در یک نمونه سیستم سالیابی ، محدوده زمانی 400 الی 50000 را سالیابی می‌کنند.

سیستم سالیابی کربن 14

سیستم سالیابی کربن 14 (موجود در پژوهشکده حفاظت و مرمت آثار فرهنگی ایران) بر پایه سالیابی با بنزن است. به این صورت که کربن ماده آلی موردنظر به بنزن تبدیل می‌شود. برای این کار ، نخست ماده آلی در کوره ای مجهز به تعدادی تله شیشه‌ای که برای جمع آوری CO₂ تعبیه شده، می‌سوزد.

تله‌های شیشه‌ای آغشته به سود ، CO₂ حاصل را جذب می‌کنند و به همراه NH₄Cl و BaCl₂ سیر شده ترکیب می‌شود، رسوب باریم کربنات حاصل ، وارد سیستم سنتز بنزن می‌شود و سرانجام مقدار کربن 14 بنزن از طریق اندازه‌گیری پرتوهای بتای منفی بوسیله شمارشگر سوسوزن مایع ، محاسبه و با نمونه استاندارد مقایسه می‌شود.

برگرفته از مجله رشد