Karbon –14 Yöntemi İle Arkeolojide Yaş Tayini

Doğal radyoaktifliğe,yeryüzünün doğal saati denilebilir Özellikle radyoaktif yapısı olan Karbon-14 (C14) izotopu yardımıyla,antik testi ve çömleklerden firavun mumyalarına fosillerden antika ahşap eşyalara kadar her alanda yaş tayini yapılabilir
Karbon –14 Yöntemi Ile Arkeolojide Yaş Tayini

Atmosferdeki CO2 molekülleri 12C,13C ve14C izotoplarını içermektedirler 14C izotopu

47N + 146C → 146C + 11H

denklemine göre 14C izotoplarına dönüşür Dolayısıyla ,beta bozunması sonucu 14C miktarı azalsa da ;kozmik ışınlar tarafından 14C üretilmektedir Yani 14C’nun bozunma hızı ile 4N izotopundan 14C izotopunun oluşma hızı arasında bir denge vardır Bu denge sayesinde atmosferdeki 14C miktarı sabit kalır

Bunun sonucu olarak atmosferdeki 14C izotopunun , 12C izotopuna oranı sabit bir değer alır Bu değer bir tane 14C atomuna karşılık 7,21011 tane 12C atomu şeklinde olup 1,410-2 dir Bilindiği gibi karbon atomları (12C,13C ve14C),CO2 bileşiği (12CO2,13CO2 ve14CO2) halinde fotosentez ile bitkilere,bitkilerin besin olarak kullanımı sonucu hayvan ve insanlara geçer

Canlı organizmada CaCO3 gibi kararlı bileşiklerin oluşumunda kullanılan karbon atomları kemik ve diş yapısına geçer Buna bağlı olarak fosilleşmiş kalıntılarda 14C yöntemi ile yaş tayin edilebilir

Bir bitki canlı kaldığı sürece bitki dokularında 14C miktarı atmosferdeki miktarı gibi sabit kalmaktadır Ancak bitki öldüğü anda fotosentez durur bitkinin ,atmosferden CO2 absorblaması sona erer Yani ,dışarıdan 14C alımı durduğu halde bitkinin bünyesindeki 14C izotopları bozunmaya devam eder ve 14C izotopunun, 12C izotopuna oranı bozulur Bitki ne kadar önce öldü ise,içerdiği 14C miktarıda o kadar az olur

14C izotopunun yarılanma süresi 5730 yıldır Yani 5730 yıl sonra 12C miktarı değişmezken , 14C miktarı yarıya inecektir Buna bağlı olarak da 14C izotopunun bozunma hızı yarıya inecektir Yaşayan bir canlıdaki 14C bozunma hızı 1gram karbon için bir dakikada 16 bozunma (16 bozunma/gramdakika) olarak bilinmektedir Eğer bir kemik parçasında yapılan 14C sayımı;

8 bozunma/gramdakika ise sonuç canlının 5730 yıl önce ölmüş olduğunu gösterir

Bu yöntem ilk kez Willard Frank Libby adlı profesör tarafından bulunmuştur(1960 yılı)

Tarihlendirme Willard Frank Libby,1908 yılında Colorado’da doğmuş,radyoaktif karbonla,yani karbon 14 ile tarihleme yöntemini geliştirerek 1960 Nobel Kimya Ödül’ü kazanmış olan bilim adamıdır1933-1945 yılları arasında California Üniversitesi’nde fiziksel kimya dersleri verirken Manhattan Projesi’nde görev alarak atom bombasının yapımında en önemli aşama olan uranyum izotoplarının ayrılması yöntemini geliştirmiştir1945 yılında Chicago Üniversitesi’ndeki Nükleer Araştırma Enstitüsü’nde çalışmaya başladı ve bu görevini 1959 yılına kadar sürdürdü1980 yılında ölen Libby,1946 yılında hidrojenin en ağır izotopu olan trityumun, kozmik ışınların yardımıyla üretilebileceğini göstermişti
Libby,1947 yılında radyokarbonla tarihlendirme yöntemini geliştirmiş,kemiklerin ve diğer organik kalıntıların yaşını kesinlikle saptama fırsatını ilgili bilim adamlarına sunmuştu
*
Karbon 14 ile tarihlendirme yöntemi daha önce hiç uygulanmamıştıO günlere kadar Mısır Medeniyeti’nin MÖ3000 yıllarına denk gelen Birinci Hanedanlık döneminden daha eski olan kalıntılara güvenilir şekilde tarih verilemiyorduBu durumda son buz katmanlarının ne zaman çekildiğini bilmek olanaksızdı Aynı şekilde Fransa’da bulunan Lascaux magaralarının duvarlarına çizilen resimlerin hangi tarihte yer aldığını kimse tam olarak söyleyemiyordu Libby’in kuramı,tüm canlıların içlerinde karbon 14 izotopu taşıdıkları temelinden yola çıkıyorduCanlılar öldüklerinde bu izotop,ölçülebilir hızla bozunmaya başlar
Karbon 14’ün yarı ömrü yaklaşık 5600 yıldır
*
Yarı ömür,herhangi bir örneğin yarısının yok olması için gereken süredirBir yarı ömür içinde hangi yüzde 50’nin öleceği ve hangi yüzde 50’nin yaşayacağı konusunda atomların nasıl bir yol izlediği, istatistiksel bir olgudurYarı ömür,temel maddeler için geçerli olan,istatistiksel bir veri tablosudurYarı ömrü 30 saniye olan bir madde birimindeki her atom,tam tamına 30,60 ya da 90 saniye için var olacak anlamına gelmezYani,her atomun,kendisi için öngörülen bir düzenli süre için varlığını sürdüreceği demek değildirAslında her atom,30’un katlarıyla ilgisi olmayan ve tamamen rastgele uzunlukta ömürlüdür2 saniye sonra ölebileceği gibi yüzlerce yıl sonra da ölebilirBilebileceğimiz tek husus,incelediğimiz örneğin tümü için geçerli olan yok olma hızının,her 30 saniyede bir,atomların yarısını yok edecek biçimde süreceğidirBu,ortalama bir hızdır
*
Belli bir karbon örneğinin ne kadar bozunmuş olduğu hesaplanırsa,o örneği içeren cismin yaşı belirlenirAncak bu yöntem her zaman geçerli değildir8 yarı ömür sonrasında geriye kalan,başlangıçtaki radyoaktif karbonun sadece 1/ 256’sı olurBu miktar,güvenilir bir ölçüm için çok azdırBu nedenle hemen hemen 40000 yıldan yaşlı olmayan nesnelerde işe yarar
Libby’nin oluşturduğu tarihleme yöntemi yaygınlaşmaya başlamıştı ki bazı kusurlar taşıdığı anlaşıldıHer şeyden önce formülün temel elemanlarından biri olan bozunma sabiti,normalin yüzde 3 kadar altındaydıAncak bu yanlışlık bilim dünyasına duyuruluncaya kadar dünyanın her tarafında binlerce ölçüm yapılmış bulunuyorduBu ölçümlerin her birinin teker teker düzeltilmesi belki daha da karmaşıklığa neden olabilirdiBu nedenle yanlış olan bozunma sabiti düzeltilmeden bırakıldıDolayısıyla bugün için radyokarbonla tarihlendirme yöntemiyle belirlenmiş olan her nesnenin yaşı,yüzde 3 oranında düşük bir rakamdır
Kısa bir süre sonra bir sorun daha farkedildi Karbon 14 örneklerine başka kaynaklardan,örnekle beraber fark edilmeden katılan maddelerin de etkili olduğu anlaşıldıEn sık rastlanan hata,örnekle beraber toplanan minik bir parça ottan bulaşan karbonduYaşları 20000 yıldan fazla olmayan örnekler için bu olay pek önemli değildiAma daha yaşlı örnekler için ciddi sorundurÇünkü bu yaşlı örneklerde,artakalan çok az sayıda atomun sayımı yapılmaktadır Genç örneklerde bu durum bin lira parayı sayarken bir liralık hata gibidirYaşlı örneklerde ise,iki lirayı sayarken,hatalı sayılan bir liranın önemi kadardır
*
Diğer taraftan, Libby’nin oluşturduğu tarihleme yöntemi,karbon 14’ün atmosferde bulunan miktarının ve canlılar tarafından emilme hızının tarih boyunca aynı kaldığı varsayımına dayanıyorduOysa atmosferik karbon 14 miktarı,Yerküre manyetizmasının kozmik ışınları saptırmadaki başarı ya da başarısızlığına bağlı olarak değişkenlik gösterirBu başarı ya da başarısızlık zaman içinde değişkendirŞu halde bazı karbon 14 tarihlendirmeleri daha da kuşkuludurİnsanoğlunun Amerika kıtasına ilk ayak basışlarına yakın zamanlar en kuşkulu tarihler arasındadır
Bir diğer gelişme ile birlikte tarihlendirme sonuçları, akla gelmeyen dış faktörler nedeniyle iyice gözden düştüÖzellikle kemikleri teste tabi tutulan canlıların beslenme alışkanlıkları test sonuçlarını etkiliyorduFrenginin Yenidünya’dan mı yoksa Eskidünya’dan mı ortaya çıktığı konusundaki tartışma son darbeyi vurduİngiltere’nin kuzeyinde çalışan arkeologlar,bir manastır mezarlığında yatan keşişlerin frengili olduklarını bulguladılarİlk başlarda bu keşişlerin hastalığa Amerika’nın keşfinden önce yakalandıkları sonucuna varılmıştıAma bir süre sonra yapılan araştırmalarla çok fazla balık yedikleri anlaşıldıBalık ağırlıklı beslenme,kemiklerin, olduğundan fazla yaşlı görünmesine sebep olabilirdiGerçi keşişler gerçekten frengili idiler,ama bu hastalığa nasıl ve ne zaman yakalanmışlardı?