Ugljik-14

Ugljik-14 (14C) radioaktivni je izotop ugljika s jezgrom koja sadrži 6 protona i 8 neutrona. Prisutan je u organskim materijalima i osnova je metode 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 prisutan je samo u tragovima (1 na 1012 dijelova ili 0,0000000001 %). Vrijeme poluraspada ugljika-14 jest 5 730 ± 40 godina. Raspada se beta raspadom u dušik-14, najčešći dušikov izotop. Aktivnost je oko 14 raspada u minuti po gramu ugljika-14.[2]

Relativna atomska masa ugljika-14 iznosi otprilike 14,003241. Tri izotopa ugljika ne razlikuju se previše po svojim kemijskim svojstvima.[3]

Porijeklo i radioaktivno raspadanjeUredi

Ugljik-14 stvara se u gornjim slojevima troposfere i u stratosferi, na visinama od 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

Jer je bliže magnetnim polovima Zemlje više kozmičkih zraka, više se ugljika-14 stvara bliže polovima. Ugljik-14 brzo reagira s kisikom iz zraka i stvara ugljični dioksid, koji se miješa u atmosferi, a jedan se dio topi u vodi i završava u oceanima, nakon toga, ugljiku-14 događa se 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 skoro su udvostručile količinu ugljika-14 na sjevernoj polutki.[7]

Datiranje ugljikom-14 metoda je koja koristi prirodni izotop ugljika-14 da otkrije starost materijala (starosti do 60 000 godina) koji sadrži ugljikove spojeve. Tu je metodu 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 otapa se u oceanima i nalazi se 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 nekoliko je grama, dok mjerenje akceleratorskom masenom spektroskopijom zahtijeva samo nekoliko miligrama.

Stvaranje ugljika-14 u nuklearnim eksplozijamaUredi

Nadzemni testovi nuklearnih bomba od 1955. do 1980. godine znatno su povećali količinu ugljika-14 u atmosferi i zbog toga u cijeloj biosferi. Otada se količina ugljika-14 smanjuje.

Zbog tih promjena moguće je odrediti nečiju godinu 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. doi:10.1126/science.140.3567.584. PMID 17737092
  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 (PDF). Argonne National Laboratory, EVS. Kolovoz 2005
  5. Atmospheric δ14C record from Wellington. Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center. Oak Ridge National Laboratory. 1994. Pristupljeno 11. lipnja 2007.
  6. Levin, I.; i dr. 1994. δ14C record from Vermunt. Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)
  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. doi:10.1126/science.110.2869.678. PMID 15407879CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  9. Radiation in Teeth Can Help Date, ID Bodies, Experts Say. National Geographic News. 22. rujna 2005.
  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. doi:10.1038/437333a. PMID 16163340CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  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