التأريخ بالكربون -14 أو التأريخ بالكربون المشع، هي طريقة لتحديد العمر تعتمد على تحلل نيتروجين الكربون المشع (الكربون 14). يتكون الكربون 14 باستمرار في الطبيعة عن طريق تفاعل النيوترونات مع النيتروجين 14 في الغلاف الجوي للأرض؛ ليتم إنتاج النيوترونات اللازمة لهذا التفاعل عن طريق تفاعل الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي.
تستخدم هذه الطريق لإثبات أو انتقاد أو رفض النظريات، فقد استخدم التأريخ بالكربون المشع في علم الأحافير، والعلوم الإنسانية، وعلم الأرض، وعلم المائيات، والجيوفيزياء، وعلم المناخ، والمحيطات، والمناخ القديم، والطب والكيمياء الحيوية، وعلم الآثار، وعلم الأنثروبولوجيا.
يستطيع الكربون المشع – والمتواجد في جزيئات CO2 الجوي- التواجد في دورة الكربون الحيوية، حيث يتم امتصاصه من الهواء ليدخل للنباتات، ثم ينتقل للحيوانات والإنسان عبر السلسلة الغذائية. يتحلل الكربون المشع ببطء في الكائن الحي، وتتجدد كميته بتنفس الكائن وحصوله على الغذاء. عندما يتوفى الكائن الحي يتوقف امتصاص الكربون المشع، وتقل كميته في أنسجته، بنسبة تُحدَد بقانون التحلل الإشعاعي. ليبلغ نصف عمر الكربون 14: 5،730 ± 40 عامًا، أي أن نصف كمية النظائر المشعة الموجودة في أي وقت ستخضع للتفكك التلقائي خلال السنوات ال5730 التالية. لذا يمكن إجراء تقدير لتاريخ موت الكائن الحي عن طريق قياس كمية الكربون المشع المتبقي، نظرًا لأن الكربون -14 يتحلل عند هذا المعدل الثابت.
بعد موت الكائن الحي يمكن التعرف على عمره من عمر خلاياه بواسطة كمية الكربون- 14 التي تبقت في العينة التي تم استخدامها. حيث يمكن لهذه الطريقة أن تحدد الوقت التقريبي للكائن عندما كان حيًّا. يعد الكربون -14 من النظائر المشعة غير المستقرة للكربون، وتفاعله ضعيف نسبيُّا مقارنة بالنظائر المستقرة كربون -12 وكربون- 13. كما يتشكل باستمرار في طبقات الجو العليا عند تفاعل النيوترونات من الإشعاع الكوني مع ذرات النيتروجين.
أول من طور هذه التقنية هو ويلارد إف ليبي عام 1946، حيث تستطيع وضع تاريخ يتضمن 500-50000 عام للعينات الأثرية والحفريات. عندما قام ليبي أول مرة بتحديد تاريخ الكربون المشع، وجد أنه قبل 1000 قبل الميلاد كانت تواريخه أقدم من تواريخ التقويم. حيث افترض أن كميات الكربون 14 في الغلاف الجوي ظلت ثابتة عبر الزمن. لكن واقعيًّا، تغيرت مستويات الكربون 14 في الغلاف الجوي عبر الزمن وارتفعت. فمنذ الحرب العالمية الثانية ارتفعت مستويات الكربون -14 نتيجة اختبار القنابل الذرية. لذلك، يجب معايرة تواريخ الكربون المشع مع تقنيات التأريخ الأخرى لضمان الدقة.
* تقنيات قياس الكربون الإشعاعي:
لتحديد عمر الكربون المشع لمادة عضوية، من الضروري قياس نسبة الكربون المشع (14 درجة مئوية) في الكربون الذي يحتوي عليه بإحدى التقنيات التالية:
1. العد الإشعاعي أو تعداد الغاز التناسبي: حيث يتم قياس معدل الانحلال الإشعاعي لـ 14 درجة مئوية في المادة (يُعرف أيضًا باسم التأريخ بالكربون المشع "التقليدي")، بتعداد جسيمات بيتا الناتجة عن تحلل كربون- 14 من العينة.
2. عداد الوميض للسوائل: لقياس المواد المشعة منخفضة الطاقة والتي تنتج جسيمات بيتا في العينات السائلة، ثم تضاف المادة المومضة لتنتج ضوء يتفاعل مع تلك الجسيمات ليستخدم جهاز عداد رقمي يزود الحاسوب بالنتائج التقديرية ويحللها بصيغة رياضية وطباعتها بعد الانتهاء من دراسته لهه النتائج والتقديرات، حيث استخدمت الطريقة في ستينات القرن الماضي.
3. مطياف كتلة المسرع أو مقياس طيف الكتلة التسارعي: حيث يتم استخدام مسرع الجسيمات لحساب الأعداد النسبية لذرات نظائر الكربون المختلفة الموجودة في المادة. يتم القياس كنسبة وتناسب ما بين كربون 14: كربون 12 أو 13، حيث تعتبر الطريقة الأدق والأكثر حداثة لقياس عدد ذرات الكربون في النظائر.
* القيود والمعايرة:
النباتات ليست الكائن الوحيد الذي يمكنه معالجة الكربون 14 من الهواء. تمتص العوالق، الكربون 14 الموجود في المحيط مثل الكثير من النباتات الأرضية التي تمتص الكربون 14 من الهواء. نظرًا لأن العوالق هي أساس السلسلة الغذائية البحرية، فإن الكربون 14 ينتشر في جميع أنحاء الحياة المائية. تعتبر بقايا المحار شائعة في المواقع الأثرية الساحلية ومصبات الأنهار، ولكن تحديد تاريخ هذه العينات يتطلب تصحيحًا "لتأثير الخزان" وهي عملية يتم من خلالها إعادة تدوير "الكربون القديم" وإدماجه في الحياة البحرية وخاصة المحار الذي يضخم عمره الفعلي في بعض الحالات لعدة قرون. تقديراً لهذه المشكلة، طور علماء الآثار معدلات تصحيح مكامن إقليمية بناءً على تضاريس قاع المحيط ودرجة حرارة الماء وشكل الخط الساحلي وعينات مقترنة من الكائنات الأرضية والبحرية الموجودة معًا في ميزة أثرية مثل الموقد.
تم تطوير سلاسل حلقات طويلة للأشجار في جميع أنحاء العالم ويمكن استخدامها للتحقق من تواريخ الكربون المشع ومعايرتها. تم تطوير تسلسل حلقات شجرة واسعة النطاق من الوقت الحاضر حتى 6700 قبل الميلاد في ولاية أريزونا باستخدام صنوبر كاليفورنيا بريستليكون (Pinus aristata)، والتي يبلغ عمر بعضها 4900 عام، مما يجعلها أقدم الكائنات الحية على وجه الأرض. تم تطوير تسلسلات إضافية لأنواع البلوط في أيرلندا وألمانيا، وعينات الجليد الأساسية، والشعاب المرجانية من جزر الكاريبي. ساعدت هذه التسلسلات في معايرة تواريخ الكربون المشع بالسنوات التقويمية، مما يجعلها أكثر دقة. عادة بعد 12500 سنة مضت يتم استخدام التأريخ المرجاني.
عينات كربون- 14:
يمكن تأريخ المعظم إن لم يكن جميع المواد العضوية باستخدام الكربون- 14 من النباتات مثل الأغصان والبذور والفحم والأخشاب والخُّث (من النباتات المتفحمة) وحبوب اللقاح، أو من مواد أخرى مثل الراتنجات، والعظام والأقمشة والتربة والجلود والأصداف والفخار وطين البحيرات والشعر واللوحات الجدارية والشعب المرجانية وبقايا الدم والورق والمياه والبرشمان (مواد مصنوعة من جلد البقر) وغيرها. يجب عمل معالجة كيميائية وفيزيائية دقيقة لإزالة أي ملوثات تؤثر على عملية تحليل كربون- 14. كما يمكن تأريخ بعض المواد غير العضوية التي يمكنها أن تضمن امتصاص كربون- 14 كمعدن الأراجونيت.
تقنية جديدة للتأريخ:
تتضمن التقنية استخدام ضوء ليزر الأشعة تحت الحمراء للكشف عن كميات ضئيلة من الكربون 14 في عينة غاز. يمكن للنظام الكشف عن أثر الغاز عند ضغط نصف الفيمتوبار، أي 10-15 مرة من الضغط الجو، وهو ضغط أقل من أي طريقة سابقة اكتشفتها لغاز جزيئي بسيط. لا تزال الحساسية بحاجة إلى التحسين للتنافس مع أحدث تقنيات التأريخ بالكربون، لكن الطريقة الجديدة لها حجم وتكلفة صغيران نسبيًا. يمكن أن يكون عمليًا أيضًا في مجالات مثل الاختبارات الصيدلانية والرصد البيئي.
كشف باولو دي ناتالي من المجلس القومي للبحوث الإيطالي والمختبر الأوروبي للتحليل الطيفي غير الخطي (LENS)، وكلاهما في فلورنسا بإيطاليا، وزملاؤه النقاب عن تقنية جديدة عالية الحساسية في العام الماضي تسمى التحليل الطيفي الأسفل لتجويف الامتصاص المشبع. يستهدف الفريق جزيئات ثاني أكسيد الكربون النادرة التي تحتوي على الكربون 14.
من خلال مقارنة عينات ثاني أكسيد الكربون بالكميات الطبيعية والمستنفدة من الكربون 14، أظهر الفريق أن طريقتهم يمكن أن تكشف عن الكربون 14 عند مستوى 43 جزءًا لكل كوادريليون، وهو ما يتوافق مع عينة عمرية تبلغ 28000 عام. على الرغم من أنه ليس حساسًا مثل AMS، إلا أن نظام SCAR يناسب سطح الطاولة ويكلف أقل بعشر مرات من آلة AMS، كما يقول المؤلف المشارك جيوفاني جيوسفريدي. هناك أيضًا مجموعة متنوعة من تطبيقات الكربون المشع التي لا تتطلب مثل هذه الحساسية العالية والتي قد تستفيد من الحجم الصغير لـ 3SCAR، مثل دراسة دورة الكربون في مناطق جغرافية مختلفة وتقييم استقلاب الدواء. يقول باري ماكمانوس باحث في شركة Aerodyne Research، Inc. في بيليريكا، ماساتشوستس: "أعتقد أن هذا يمثل تقدمًا قويًا في الحساسية الطيفية". "أظهر المؤلفون حدود اكتشاف أفضل بثلاث مرات من أي حدود تم الإبلاغ عنها حتى الآن في تجربة التحليل الطيفي للامتصاص" يعتقد جيانفرانكو دي لوناردو من جامعة بولونيا في إيطاليا أن هذه التقنية الجديدة ستتحسن مع مزيد من التطوير لتصبح أكثر قدرة على المنافسة مع التأريخ الكربوني القائم على AMS.
المراجع:
11 مشاهدة
