1.7. Kako funkcioniše ugljenikov sat?

Mira Terzić; Tatjana Ivošević; Mladen Franko; Dragana Milićević

1. ZEMLJA I NJENO POREKLO

1.7. Kako funkcioniše ugljenikov sat?

Šta je ugljenik C-14?

Ugljenik C-14 (¹⁴C) je izotop atoma ugljenika C-12 i sadrži 8 neutrona i 6 protona u jezgru. Stabilni atom ugljenika C-12 sastoji se od 6 neutrona i 6 protona.

C-14 je nestabilan i polako se raspada pretvarajući se u N-14. Vreme poluraspada iznosi 5730 godina (da se podsetite pogledajte poglavlje 1.2.).

Šta je metoda ugljenikovog sata?

Jezgra atoma ugljenika i njegovih izotopa C-13 i C-14
_{Prilagođeno od Skeptical Science (CC BY 3.0 DEED)}

Metod ugljenikovog sata se zasniva na odnosu broja atoma stabilnog ugljenika C-12 i njegovog radioaktivnog izotopa C-14, te se koristi za određivanje starosti organskih supstancija.

Kako funkcioniše ugljenikov sat?

Da bi razumeli kako radi ugljenikov sat, najpre ćemo pronaći odgovor na pitanje:

_{Prilagođeno od NikNaks,./Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0 DEED)}

Odakle atomi ugljenika C-14 u atmosferi?

Ugljenik C-14 (¹⁴C) se neprekidno stvara u slojevima atmosfere pri interakciji kosmičkih zraka sa azotom N-14 (¹⁴N). U tom procesu atom azota odaje jedan proton, čime atomska težina ostaje ista, iako se atomski broj smanjuje za jedan. Tako od atoma azota nastaje atom ugljenika C-14, koji je radioaktivan.

Jednom stvoren, C-14 reaguje na isti način kao i C-12, brzo se vezujući sa kiseonikom da bi kreirao ugljen-dioksid (CO₂), koji se dalje širi u atmosferi.

Ilustracija nastajanja ugljenika C-14 u atmosferi
_{Skeptical Science (CC BY 3.0 DEED)}

Kako ugljenik C-14 dospeva u živa bića?

U procesu fotosinteze biljke apsorbuju i jedan i drugi ugljen-dioksid. U lancu ishrane životinje se hrane biljkama i na taj način unose i ugljenik C-12 i C-14. Kroz lanac ishrane C-12 i C-14 dospevaju u svako živo biće. Ove ugljenike unose i životinje putem disanja.

Šta se dešava sa ugljenikom C-14 kada organizam umre?

Kada se prekinu biološke aktivnosti, prestaje i uzimanje ugljenika iz atmosfere. Od tog trenutka nadalje smanjuje se količina ugljenika C-14, a količina C-12 ostaje ista jer je C-12 stabilan atom. Ugljenik C-14 se raspada na stabilan azot. Stoga se menja odnos C-14/C-12.

Ugljenik C-14 se u živim bićima takođe raspada, ali taj raspad traje 5730 godina što je u odnosu na životni vek živih bića znatno više, a i tokom života C-14 se nadoknađuje iz atmosfere i ishrane. Stoga je odnos C-14/C-12 u živim bićima konstantan i uspostavlja se ravnoteža. Umiranjem, ugibanjem ili nestajanjem narušava se ta ravnoteža i odnos C-14/C-12 više nije konstantan, već se smanjuje.

Kada počinje da radi ugljenikov sat?

Odmah nakon smrti organizama startuje uglenikov „sat“. Tada se poređenjem odnosa C-14/C-12 u uzorku može odrediti njegova starost.

Ilustracija procesa smanjenja odnosa C-14/C-12 sa vremenom koje je proteklo od smrti organizma
_{OpenStax/Wikimedia Commons (CC BY 4.0 DEED)}

Primer:

Merenjem je dobijeno da komad drveta ima upola manje ugljenika C-14 od živog drveta. Koliko je star taj pronađeni komad drveta?

Znajući da vreme poluraspada C-14 iznosi 5730 godina, može se zaključiti da je toliko i staro to drvo. Znači, staro je 5730 godina.

Ukoliko bi merenjem ustanovili da sadrži samo četvrtinu količine C-14 od živog drveta, mogli bismo da zaključimo da je taj komad drveta star $11\,460$ godina.