Ugljik-14

Ugljik-14 (14C) je radioaktivni izotop ugljika s jezgrom koja sadrži 6 protona i 8 neutrona. Prisutan je u organskim materijalima i osnova je za metodu radiougljičnog datiranja u arheologiji i geologiji za određivanje starosti organskog uzorka. Ugljik-14 otkrili su 1940. godine Martin Kamen i Sam Ruben u Berkeleyu u Kaliforniji.[1]

Akceleratorski maseni spektrometar u Lawrence Livermore National Laboratory

Postoje 3 prirodna izotopa na Zemlji: ugljik-12 čini 99% svih atoma, ugljik-13 čini 1%, a ugljik-14 je prisutan samo u tragovima (1 na 1012 dijelova ili 0,0000000001%). Vrijeme poluraspada ugljika-14 je 5 730 ± 40 godina. Raspada se putem beta raspada u dušik-14, najčešći dušikov izotop. Aktivnost je oko 14 raspada u minuti po gramu ugljika-14.[2]

Relativna atomska masa ugljika-14 je otprilike 14,003241. Različiti izotopi ugljika se ne razlikuju bitno po svojim kemijskim svojstvima.[3]

Porijeklo i radioaktivno raspadanjeUredi

Ugljik-14 se stvara u gornjim slojevima troposfere i u stratosferi, na visinama 9 do 15 km iznad površine Zemlje. Kada kozmičke zrake uđu u atmosferu, one među ostalim stvaraju i neutrone, koji reagiraju s dušikom:

1n + 14N → 14C + 1p

Budući da je bliže magnetnim polovima Zemlje više kozmičkih zraka, tako se i više ugljika-14 stvara bliže polovima. Ugljik-14 brzo reagira s kisikom iz zraka i stvara ugljični dioksid, koji se miješa u atmosferi, a jedan dio se topi u vodi i završava u oceanima. Kod ugljika-14 se zatim događa beta raspad:

 

Stvara se stabilni atom dušika-14, elektron i antineutrino. Zalihe ugljika-14 u Zemljinoj biosferi procjenjuju se na 300 milijuna kirija, od čega je najviše u oceanima.[4]

Datiranje ugljikom-14Uredi

 
Količina atmosferskog ugljika-14 u Novom Zelandu[5] i Austriji.[6] Atmosferske nuklearne eksplozije su skoro udvostručile količinu ugljika-14 na sjevernoj polutki.[7]

Datiranje ugljikom-14 je metoda koja koristi prirodni izotop ugljika-14 da otkrije starost materijala koji sadrži ugljikove spojeve, starosti do 60 000 godina. Tu metodu je razvio Willard Libby 1949 godine kao profesor na Sveučilištu u Chicagu.[8] Za to je dobio Nobelovu nagradu za kemiju 1960 godine.

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

Mjerenje aktivnosti 14C zahtijeva vrlo osjetljive tehnike: koriste se plinski proporcionalni brojači (starost do 40 000 godina), tekućinski scintilacijski brojači (starost do 50 000 godina) ili akceleratorska masena spektroskopija (nešto više od 60 000 godina). Najmanja količina uzorka potrebna za prve dvije metode je nekoliko grama, dok za mjerenje s akceleratorskom masenom spektroskopijom dovoljno je samo nekoliko miligrama.

Stvaranje ugljika-14 u nuklearnim eksplozijamaUredi

Nadzemni testovi nuklearnih bombi od 1955. do 1980. godine su znatno povećali količinu ugljika-14 u atmosferi i posljedično u cijeloj biosferi. Otad se količina ugljika-14 smanjuje.

Zbog dotičnih promjena postoji mogućnost da se odredi nečija godina rođenja prema količini ugljika-14 u zubnoj caklini[9][10] ili u leći oka.[11]

IzvoriUredi

  1. Kamen, Martin D. (1963). "Early History of Carbon-14: Discovery of this supremely important tracer was expected in the physical sense but not in the chemical sense". Science 140 (3567): 584–590
  2. What is carbon dating?. National Ocean Sciences Accelerator Mass Spectrometry Facility pristupljeno 11. lipnja 2007.
  3. Carbon 14:age calculation. C14dating.com pristupljeno 11. lipnja 2007.
  4. Human Health Fact Sheet - Carbon 14. Argonne National Laboratory, EVS (August 2005)
  5. (1994). "Atmospheric δ14C record from Wellington". Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center pristupljeno 11. lipnja 2007.
  6. Levin, I., et al. (1994). 14C record from Vermunt". Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center
  7. Radiocarbon dating. University of Utrecht pristupljeno 19. veljače 2008.
  8. Arnold, J. R. and Libby, W. F. (1949). "Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age,". Science 110 (2869): 678–680
  9. (22. rujna 2005.)"Radiation in Teeth Can Help Date, ID Bodies, Experts Say". National Geographic News
  10. Spalding KL, Buchholz BA, Bergman LE, Druid H, Frisen J. (15. rujna 2005.). "Forensics: age written in teeth by nuclear tests". Nature 437 (7057): 333–4
  11. http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0001529 Niels Lynnerup, et al., Radiocarbon Dating of the Human Eye Lens Crystallines Reveal Proteins without Carbon Turnover throughout Life, Public Library of Science

Vanjske povezniceUredi