الكربون المشع / Datation par le carbone 14

الكثير منا ربما قرأ أو تعرض إلى مقالات أو أخبار تتناول التحف القديمة الرائعة أو القطع الأثرية أو بقايا حيوانات أو نباتات عاشت في حقب زمنية فائتة.
في عمليات التنقيب عن الأثار مثلاً قد يقول أحد علماء الآثار أن قطعة معينة عمرها 5000 سنة
أو عند العثور على مومياء ويقولون أنها تعود إلى 2000 سنة خلت
كيف يقوم هؤلاء العلماء بتحديد عمر مثل تلك الأشياء ‪?‬

 Datation par le carbone 14

يوجد ما يعرف بقياس العمر إشعاعياً radiometric dating وهي طريقة لتقدير عمر المواد بالاعتماد على النشاط الإشعاعي للعناصر التي تكون هذه الأشياء
المفتاح في العملية هو النشاط الاشعاعي للنظائر الطبيعية لمختلف العناصر فهذه النظائر هي عبارة عن ساعات دقيقة لأن في أغلب الحالات يكون عمر النصف للنظائر demi‪-‬vie معتمدا على خصائص الذرات المكونة لها والعوامل الخارجية لا تؤثر عليها مثل درجة الحرارة والضغط
كذلك عمر النصف للنظائر لا يتغير حسب الوقت بل هو قيمة ثابتة طبيعيا.
الذرات النشطة الموجودة في المادة تكون بعد مرور زمن معين قد اصابها التحلل الاشعاعي وتتحول إلى إلى عناصر مستقرة وذلك حسب " عمر النصف" اللازم لتحللها ‪.‬
إذا عرفنا عمر النصف لعنصر مخصوص في مادة ما ومعادلة التحلل المناسبة بإنه يمكن تحديد العمر
من بين النظائر التي اعتمدت قديماً في تحديد عمر الأشياء نجد اليورنيوم 235 والروبيديوم 87 وقد استعملا كثيراً في الداسات والفحوصات الجيولوجية لكن لوجود هامش خطأ قد يصل إلى 2 مليون سنة لشيء عمره 3 مليارات سنة فانها ليست بالطريقة المناسبة دائماً
تبقى طريقة تحديد العمر بواسطة الكربون 14 من أشهر الطرق في تحديد عمر المواد في علم الآثار

*************************
الكربون هو عنصر كيميائي موجود في الطبيعة في الطبيعة بعدة أشكال كالماس والغرافيت ويتواجد في كل أشكال الحياة العضوية كما أن له القدرة على الاتحاد مع نفسه وعدد كبير من العناصر الأخرى, لإنتاج ما يقرب من 10 مليون مركب معروف للكربون نظيرين طبيعيين مستقرين هما كربون-12 و 13, أما عن نظائره الغير مستقرة نجد المعروف جداً الكربون 14 الذي له فترة نصف عمر تقدر ب-5715 عام
*************************

يستقبل الغلاف الجوي للارض بشكل مستمر الأشعة الكونية
تتفاعل هذه الأشعة بتصادمها مثلاً مع الذرات الموجودة في الغلاف الجوي
مما ينتج عنه أشعة ثانوية في شكل نيوترونات ذات طاقة واللتي يمكن أن تصطدم بذرات أخرى مثل النيتروجين azote مثلاً في حالة التصادم مع الأزوت 14 الذي يحمل 7 نيوترونات ومثلها من البروتونات, تتشكل ذرة كربون 14 حاملاً لستة بروتونات وثمانية نيوترونات ويقع تحرر أو إطلاق ذرة هيدروجين لها بروتون وحيد، ذرة الكربون-14 الوالدة هي غير مستقرة لأن عدد بروتوناتها لايساوي عدد نيوتروناتها

n + 14N → 14C + 1H

لذلك تطلق تسمية الكربون 14 أو المشع ‪,‬ بمرور الوقت يتحلل الكربون المشع مع مراعاة عمر النصف 5715 عام كما قلنا, يمكن للكربون الإتحاد مع عنصر الأكسجين ليشكل ثاني أكسيد الكربون الذي من خلال عملية photosynthese أو التمثيل الضوئي يجد طريقه إلى النباتات الخضراء والدخول في مكوناتها من خلال السلسلة الغذائية ينتقل الكربون إلى الحيوانات والبشر
بعد الوفاة والدفن فإن الكائنات الحية تفقد الكربون 14 الذي يتحلل (اضمحلال بيتا beta decay) ويتحول من جديد إلى azote 14

ما يميز هذا العنصر أن نسبة الكربون العادي (الكربون 12) إلى الكربون 14 في الجو و في جميع الكائنات الحية في أي وقت معين هو ثابتة تقريبا‪,‬
ولذلك فإن جميع الكائنات في حاجة دائمة إلى إمتصاص الكربون 14 لأنه غير مستقر ويتحلل بمرور الوقت
وذلك للمحافظة على المعادلة السابقة بينه وبين الكربون 12 المستقر ‪.‬
والملاحظ هنا أن جسم الانسان يحتوي على نسبة معينة ثابتة من كربون 14 وهي متساوية تقريبا بينه وبين النبات والحيوان

عند موت الكائنات الحية فإن إمتصاص أو تقبل الكربون المشع 14 من جديد سوف تتوقف
لكن ‪,‬ حال موت الكائن (في لحظة الموت) تكون نسبة كربون 12 إلى نظيره 14 مماثلة لتلك التي عند الكائنات التي لازالت على قيد الحياة وتواصل امتصاصها للكربون 14
وهنا يأتي مبدأ principe طريقة احتساب العمر الجيولوجي أو الاركيولوجي إن صحت العبارة
قلنا إن الكربون 14 غير مستقر أي أنه يتحلل بمرور الوقت، ولذلك عند الموت عند الحيوان مثلاً أو إنفصال جذع شجرة فإن خاصية إكتساب الكربون 14 ستتوقف
وبذلك لن يعوض الكربون المتحلل‪/‬ ماذا ينتج ‪?‬
ينتج عن ذلك تغير في المعادلة بين الكربون 12 و الكربون 14
بما أن النظير12 ثابت لا يتحلل بمرور الوقت و النظير 14 يتقلص حسب نصف عمر 5700 سنة
ولذلك عندما تكون عندنا عينة نرغب في تحديد عمرها فإنه بمقارنة النسبة بين الكربون 12 والكربون 14 التي تحتويها
و نظيرتها عند كائنات على قيد الحياة يمكن احتساب عمر العينة على وجه التحديد إلى حد ما


t = (ln (Nf/No) / (-0.693) ) x t1/2

ln= logarithme naturel
Nf/No= pourcentage de C14 dans un l'échantillon par rapport a la quantité C14 dans un tissu vivant
t1/2 = la demi-vie du carbone-14 (5700 années).


**************

‎من نقائص عملية تحديد العمر عبر الكربون 14 :
1. العينة التي نرغب أن نحدد عمرها يجب أن تحتوي على كربون 14 لذلك فهي تطبق فقط على المواد العضوية
2. ‎تعتمد هذه العملية على أن C14/C est resté constant dans l'atmosphère ‎ وهو غير صحيح بنسبة 100% لذلك تجب دائماً عمليات corrections
3. ‎لأن عمر النصف للكربون-14 هو 5700 سنة فإنه يستخدم لتقدير عمر كائنات لا يزيد عمرها عن 60000 سنة.

**************


الطريف في عملية تحديد عمر العينات بإعتماد قياس العمر إشعاعياً radiometric dating
سواء كانت بالكربون 14 أو غيره مثل البوتاسيوم 40 المتواجد بكثرة في جسم الانسان
أن مخالفات القنابل النووية والحوادث في محطات الطاقة النووية ستسبب خللاً في عملية تحديد العمر أي أن هامش الخطأ سيكبر ويصبح غير منطقي في بعض الأحيان
لسبب بسيط هو زيادة العناصر المشعة الموجودة في الطبيعة مما قد يؤثر على النسبة الطبيعية للكربون 12 و 14.