https://frosthead.com

Terima kasih kepada Bahan Bakar Fosil, Kencan Carbon Adakah dalam Jeopardy. Satu Saintis Boleh Mempunyai Perbaiki Mudah

Tujuh puluh tahun yang lalu, ahli kimia Amerika Willard Libby menyusun satu kaedah yang bijak untuk membuat bahan organik. Tekniknya, yang dikenali sebagai penanggalan karbon, merevolusikan bidang arkeologi.

Kandungan Terkait

  • Perubahan Iklim Mungkin Memecahkan Dating Karbon

Sekarang para penyelidik dapat mengira dengan tepat umur objek yang dibuat dari bahan organik dengan memerhatikan berapa banyak bentuk karbon tertentu, dan kemudian menghitung mundur untuk menentukan kapan tumbuhan atau haiwan yang berasal dari bahan itu telah mati. Teknik ini, yang memenangi Libby the Nobel Prize pada tahun 1960, telah membenarkan para penyelidik untuk menunaikan tatu pada mumi purba, menubuhkan sebuah perpustakaan British yang memegang salah satu daripada Qurans tertua di dunia, dan mendapati kebanyakan gading yang diperdagangkan berasal dari gajah yang terbunuh dalam tempoh tiga tahun.

Hari ini, jumlah manusia karbondioksida yang dipompa ke atmosfer bumi mengancam untuk mengawal ketepatan teknik ini untuk ahli arkeologi masa depan melihat masa kita sendiri. Ini kerana bahan api fosil boleh mengubah umur radiokarbon bahan-bahan organik baru hari ini, menjadikan mereka sukar untuk membezakan dari yang purba. Syukurlah, penyelidikan yang diterbitkan semalam dalam jurnal Alam Sekitar Surat Penyelidikan menawarkan cara untuk menyelamatkan kerja Libby dan menghidupkan semula teknik temu janji penting ini: semata-mata melihat isotop karbon yang lain.

Isotop adalah satu bentuk unsur dengan bilangan neutron tertentu, iaitu zarah subatom yang dijumpai dalam nukleus atom yang tidak mempunyai caj. Walaupun bilangan proton dan elektron dalam atom menentukan elemen apa itu, bilangan neutron boleh berbeza-beza di antara atom-atom yang berbeza dari unsur yang sama. Hampir 99 peratus daripada semua karbon di Bumi adalah Karbon-12, yang bermaksud setiap atom mempunyai 12 neutron dalam nukleusnya. Pakaian yang anda pakai, karbon dioksida yang dihirup dan binatang dan tumbuh-tumbuhan yang anda makan semuanya terbentuk daripada Carbon-12.

Carbon-12 adalah isotop stabil, yang bermaksud jumlahnya dalam mana-mana bahan tetap sama tahun demi tahun, abad selepas abad. Teknik penapisan radiobarbon terbitan Libby bukannya memandang isotop karbon yang lebih jarang: Karbon-14. Tidak seperti karbon-12, isotop karbon ini tidak stabil, dan atom-atomnya mereput ke dalam isotop nitrogen dalam tempoh ribuan tahun. New Carbon-14 dihasilkan pada kadar yang stabil di atmosfera bumi yang lebih tinggi, namun, ketika sinar matahari menyerang atom-atom nitrogen.

Radiocarbon dating mengekspos kontras ini antara isotop karbon stabil dan tidak stabil. Semasa hayatnya, tumbuhan sentiasa mengambil karbon dari atmosfera melalui fotosintesis. Haiwan pula pula mengambil karbon ini apabila mereka makan tumbuhan, dan karbon merebak melalui kitaran makanan. Karbon ini terdiri daripada nisbah karbon Carbon-12 dan Carbon-14 yang mantap.

Apabila tumbuh-tumbuhan dan haiwan ini mati, mereka berhenti mengambil karbon. Mulai dari ketika itu, jumlah Karbon-14 dalam bahan-bahan yang ditinggalkan dari tumbuhan atau haiwan akan berkurang dari masa ke masa, sementara jumlah karbon-12 akan tetap tidak berubah. Untuk radiokarbon tarikh bahan organik, saintis boleh mengukur nisbah Carbon-14 yang tersisa kepada Carbon-12 yang tidak berubah untuk melihat berapa lama ia telah sejak sumber bahan mati. Memajukan teknologi telah membolehkan radiokarbon dating menjadi tepat dalam beberapa dekad sahaja dalam banyak kes.

Karbon dating adalah cara yang bijak bagi ahli arkeologi untuk memanfaatkan cara semula jadi yang menghancurkan atom. Malangnya, manusia berada di ambang hal-hal yang mengacaukan.

Proses yang lambat, mantap penciptaan Carbon-14 di atmosfera atas telah berkecai pada abad yang lalu oleh manusia yang memuntahkan karbon dari bahan api fosil ke udara. Sejak bahan api fosil berjuta-juta tahun, mereka tidak lagi mengandungi sebarang jumlah karbon Carbon-14 yang boleh diukur. Oleh itu, apabila berjuta-juta tan karbon-12 ditolak ke atmosfera, nisbah stabil dua isotop ini terganggu. Dalam satu kajian yang diterbitkan tahun lepas, fizik Imperial College London, Heather Graven menegaskan bagaimana pelepasan karbon tambahan ini akan membuat penampilan radiokarbon condong.

Menjelang 2050, sampel baru bahan organik akan kelihatan seperti tarikh radiokarbon yang sama seperti sampel dari 1, 000 tahun yang lalu, kata Peter Köhler, penulis utama dalam kajian baru dan ahli fizik di Institut Alfred Wegener untuk Polar dan Penyelidikan Marin. Pelepasan karbon dioksida yang berterusan daripada pembakaran bahan api fosil akan merosot nisbahnya lebih jauh lagi. "Dalam beberapa dekad, kita tidak akan dapat membezakan jika usia radiokarbon yang kita keluar atau karbon mungkin dari masa lalu atau dari masa depan, " kata Köhler.

Diilhamkan oleh penyelidikan Graven, Köhler mengalihkan perhatiannya kepada isotop karbon lain yang stabil secara semula jadi: Karbon-13. Walaupun Carbon-13 terdiri hanya lebih dari 1 peratus dari atmosfer bumi, tumbuh-tumbuhan mengambil atom-atom yang lebih besar, lebih berat pada kadar yang lebih rendah daripada Carbon-12 semasa fotosintesis. Oleh itu, Karbon-13 didapati dalam tahap yang sangat rendah dalam bahan api fosil yang dihasilkan dari tumbuh-tumbuhan dan haiwan yang memakannya. Dalam erti kata lain, pembakaran bahan api fosil ini merendahkan tahap atmosfera Carbon-13 juga.

Dengan mengukur sama ada tahap karbon Carbon-13 ini tergelincir dalam objek yang menjadi radiokarbon bertarikh, saintis masa depan akan dapat mengetahui sama ada tahap karbon Carbon-14 telah dipijak oleh pelepasan bahan api fosil. Tahap yang lebih rendah dari yang dijangkakan Karbon-13 dalam objek akan berfungsi sebagai bendera merah yang tarikh radiokarbonnya tidak boleh dipercayai. Penyelidik kemudian dapat mengabaikan tarikh dan cuba kaedah lain untuk memerhati objek tersebut.

"Anda dengan jelas melihat bahawa jika anda mempunyai kesan ke atas Carbon-14 yang akan memberi anda tandatangan umur yang agak bermasalah, anda juga mempunyai tandatangan ini di Carbon-13, " kata Köhler. "Oleh itu, anda boleh menggunakan Karbon-13 untuk membezakan jika radiokarbon terjejas dan oleh itu salah atau jika tidak."

Köhler mengakui bahawa tekniknya tidak akan berfungsi untuk bahan yang diperoleh dari kawasan laut dalam di mana karbon lambat untuk bertukar dengan seluruh atmosfera, tetapi dia percaya ia akan membantu arkeolog masa depan menyusun sisa-sisa umur pencemaran kita.

Paula Reimer paleoclimatologi Universiti Queen menunjukkan bahawa pengukuran Karbon-13 sering tidak perlu, kerana ahli arkeologi biasanya boleh menggunakan lapisan sedimen di mana sesuatu objek didapati untuk menyemak semula umurnya. Tetapi bagi objek yang terdapat di kawasan di mana lapisan Earth tidak jelas atau tidak boleh dipenuhi dengan betul, teknik ini boleh berfungsi sebagai cek tambahan. Kerja Köhler "memberikan beberapa keyakinan bahawa [radiokarbon dating] akan tetap berguna untuk sampel tunggal pada masa akan datang, " kata Reimer.

Nota Editor: Artikel ini dikemaskini untuk memasukkan gabungan Peter Köhler.

Terima kasih kepada Bahan Bakar Fosil, Kencan Carbon Adakah dalam Jeopardy. Satu Saintis Boleh Mempunyai Perbaiki Mudah