Ugljik-14

Akceleratorski maseni spektrometar u Lawrence Livermore National Laboratory

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]

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 5730 ± 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 raspadanje

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:

${\displaystyle \mathrm {~_{6}^{14}C} \rightarrow \mathrm {~_{7}^{14}N} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}$

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-14

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 eksplozijama

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]

Izvori

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. Inačica izvorne stranice arhivirana 5. srpnja 2007. Pristupljeno 11. lipnja 2007.
3. Carbon 14:age calculation. C14dating.com. Inačica izvorne stranice arhivirana 10. lipnja 2007. Pristupljeno 11. lipnja 2007.
4. Human Health Fact Sheet - Carbon 14 (PDF). Argonne National Laboratory, EVS. Kolovoz 2005. Inačica izvorne stranice (PDF) arhivirana 27. veljače 2008. Pristupljeno 21. ožujka 2011.
5. Atmospheric δ¹⁴C record from Wellington. Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center. Oak Ridge National Laboratory. 1994. Inačica izvorne stranice arhivirana 1. veljače 2014. 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. Inačica izvorne stranice arhivirana 23. rujna 2008. Pristupljeno 21. ožujka 2011. 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 15407879
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 16163340
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 poveznice

• ODREĐIVANJE STAROSTI METODOM ¹⁴C  Arhivirana inačica izvorne stranice od 23. studenoga 2011. (Wayback Machine) – Institut Ruđer Bošković