Yeri amansızcasına bombalayan ilkin kosmik şüalar Yer atmosferindəki atomların nüvələrinə dəyəndə çoxlu sayda ikinci dərəcəli hissəciklər - pionlar, protonlar, neytronlar, müonlar, elektronlar, pozitronlar və fotonlar yaradır. Neytron azot-14 nüvəsi (7 proton və 7 neytron) ilə toqquşduqda karbon-14 nüvəsi (6 proton və 8 neytron) əmələ gəlir və bir proton ayrılır (bir hidrogen atomunun nüvəsi, bir proton və sıfır neytron). ). Karbon-14 radioaktiv elementdir. Onun yarı ömrü beş min yeddi yüz ildir.
Kosmik şüaların yaratdığı karbon-14 oksigenlə reaksiyaya girərək fotosintez zamanı bitkilər tərəfindən udulan karbon qazını əmələ gətirir. İnsanlar və heyvanlar bitkilərlə qidalanır və həmçinin karbon-14 qəbul edirlər. Atmosferdə karbon-14-ün “müntəzəm” karbon-12-yə nisbətən nisbi bolluğu təxminən sabit qalır (təxminən 1:109), canlı orqanizmlərdə isə bu nisbət təxminən eynidir. Karbon-14 atomları daim azot-14-ə (və elektrona) parçalanır, lakin bədənə müntəzəm olaraq yeniləri əlavə olunur. Beləliklə, nisbət həmişə qorunur.
Ancaq bədən ölən kimi karbon ona daxil olmağı dayandırır. Karbon-14-ün adi karbona nisbəti ölüm zamanı məlum olsa da, zamanla karbon-14 parçalandıqca dəyişir (onun yarı ömrü təxminən 5700 ildir), lakin “adi” karbon dəyişmir. Beləliklə, karbon-14 və karbon-12 tərkibinin nisbətini təyin edərək, aşağıdakı düsturdan istifadə edərək, aşkar edilmiş orqanizmin qalıqlarının yaşını olduqca dəqiq müəyyən edə bilərsiniz.
t = x t½
ln təbii loqarifmdir, No/Nf canlı toxumadakı karbon-14-ün nümunədəki karbon-14 nisbətidir və t½ karbon-14-ün yarı ömrüdür (5700 il). Beləliklə, nümunədə normal karbon-14 tərkibinin yalnız 5% -i varsa, alırıq:
ln (1/0,05) = 2,996
2,996/0,693 = 4,32
4.32x5700 = 24624 (il)
Karbon-14-ün yarı ömrü cəmi 5700 il olduğu üçün bu cür tarixləşdirmə yalnız yaşı 40-60 min ildən çox olmayan fosil orqanizmlər üçün dəqiq olacaq. Lakin eyni tarixləndirmə prinsipi digər elementlər əsasında da tətbiq olunur - məsələn, kalium-40 (yarımparçalanma dövrü 1,3 milyard il), uran-235 (704 milyon il), uran-238 (4,5 milyard il) və s. Uran-238 ilə tanışlıq, geoloqlar, məsələn, qranitlərin yaşını olduqca dəqiq müəyyənləşdirirlər.
Radiokarbon tarixləri atmosferdəki karbon-14-ün miqdarının son 40-60 min il ərzində təxminən sabit qaldığını fərz edir. Əslində, dalğalanır və buna görə də yalnız təxmini yaş hesablana bilər. Nümunələrin yaşını daha dəqiq müəyyən etmək üçün müxtəlif dövrlər üçün atmosferdəki karbon-14 tərkibini bilmək lazımdır. Bu məlumatlar yaşı dəqiq müəyyən edilə bilən tapıntıların təhlili ilə əldə edilir - məsələn, böyümə halqaları olan ağaclar və s.
Yeganə problem odur ki, bəşəriyyət nüvə enerjisini kəşf edən 1940-cı ildən sonra ölən obyektlər üçün radioaktiv maddələrin atmosferə buraxılması səbəbindən belə bir tarix təyin etmək qeyri-dəqiq olacaq.
Radiokarbonla tanışlıq metodu 1950-ci ildə Willard Libby tərəfindən təklif edilmişdir. 1960-cı ildə Libbi bu üsulu ixtira etdiyinə görə kimya üzrə Nobel mükafatı aldı.
Yarım ömür nədir
Radioaktiv izotopların bütün atomları radioaktiv parçalanmaya məruz qalır, nəticədə onlar digər elementlərin atomlarına çevrilirlər. Bu xüsusi atoma baxaraq, onun nə vaxt çürüyəcəyini müəyyən edə bilməyəcəyik. Ancaq çox sayda belə atom götürsəniz, əminliklə deyə bilərsiniz ki, onların yarısı çox güman ki, çox müəyyən bir müddət ərzində çürüyəcək. Bu müddət radioaktiv izotopun yarımparçalanma dövrü adlanır.
keVKarbon-14 təbii radioaktiv izotoplardan biridir. 27 fevral 1940-cı ildə ilk dəfə Amerika fizikləri Martin David Kamen və Samuel Ruben tərəfindən təcrübələri zamanı aşkar edilmişdir. Onun 5730±30 il yarımparçalanma müddəti daha sonra müəyyən edildi (Martin Kamen ilk təcrübələrində 2700 və 4000 il tapdı; 1951-ci ildə Libby 5568±30 il yarı ömrünü qəbul etdi). Bu, 50.000 ilə qədər olan biomaterialların yaşını təyin edərkən geologiyada radioaktiv vasitələrlə yaşı təyin etmək üçün bu izotopdan istifadə etməyə imkan verdi. Ən çox buzlaq və buzlaqdan sonrakı geologiyada, arxeologiyada, eləcə də atmosfer fizikasında, geomorfologiyada, qlasiologiyada, hidrologiyada və torpaqşünaslıqda, kosmik şüalar fizikasında, günəş fizikasında və biologiyada təkcə tanışlıq üçün deyil, həm də istifadə olunur. müxtəlif təbii proseslərin izləyicisi kimi.
Karbon-14, kosmik şüaların təsiri altında azot-14-dən atmosferdə əmələ gəlir. Atmosferdə karbon-14-ün “müntəzəm” karbon-12-yə nisbətən nisbi bolluğu təxminən sabit qalır (təxminən 1:10 12). Adi karbon kimi, 14 C də oksigenlə reaksiyaya girərək fotosintez zamanı bitkilərin ehtiyac duyduğu karbon dioksidi əmələ gətirir. İnsanlar və müxtəlif heyvanlar daha sonra bitkiləri və onların məhsullarını qida kimi qəbul edir və bununla da karbon-14-ü udurlar.
Yarama və çürümə
Karbon-14 troposferin və stratosferin yuxarı təbəqələrində istilik neytronlarının azot-14 atomları tərəfindən udulması nəticəsində əmələ gəlir ki, bu da öz növbəsində kosmik şüaların və atmosfer maddəsinin qarşılıqlı təsirinin nəticəsidir:
həmçinin bax
"Karbon-14" məqaləsinə rəy yazın
Qeydlər
Karbon-14-ü təsvir edən çıxarış
Saat onda bir növbə, Nataşa və Petya üçün onları axtarmaq üçün göndərilən bir droshky və üç atlı gəldi. Qraf və qrafinya onların harada olduqlarını bilmirdilər və elçinin dediyi kimi çox narahat idilər.Petyanı yerə endirdilər və cəsəd kimi sıraya düzdülər; Nataşa və Nikolay droşkiyə girdilər. Dayı Nataşanı bükdü və tamamilə yeni bir incəliklə onunla vidalaşdı. O, onları keçilməli olan körpüyə qədər piyada müşayiət etdi və ovçulara fənərlərlə irəli getməyi əmr etdi.
"Əlvida, əziz bacım," onun səsi qaranlıqdan Nataşanın əvvəllər tanıdığı deyil, "Axşamdan bəri toz kimi" oxuyan səsi ilə qışqırdı.
Keçdiyimiz kəndin qırmızı işıqları və şən tüstü iyi var idi.
- Bu dayı nə cazibədardır! - Nataşa magistral yola çıxanda dedi.
"Bəli" dedi Nikolay. - Üşümüsən?
- Yox, əlayam, əlayam. "Özümü çox yaxşı hiss edirəm" dedi Nataşa hətta çaşqınlıqla. Onlar uzun müddət susdular.
Gecə qaranlıq və rütubətli idi. Atlar görünmürdü; yalnız onların gözəgörünməz palçığın arasından sıçramasını eşidə bilərdin.
Həyatın bütün müxtəlif təəssüratlarını acgözlüklə yaxalayan və mənimsəyən bu uşaq, qəbuledici ruhda nə baş verirdi? Bütün bunlar ona necə uyğun gəldi? Amma o, çox xoşbəxt idi. Artıq evə yaxınlaşan o, qəfildən mahnının melodiyasını oxumağa başladı: “Axşamdan bəri toz kimi”, bütün yol boyu tutduğu və nəhayət tutduğu bir melodiya.
- Tutdun? - Nikolay dedi.
- İndi nə düşünürdün, Nikolenko? – Nataşa soruşdu. "Onlar bir-birindən bunu soruşmağı sevirdilər."
- mən? - Nikolay xatırlayaraq dedi; - görürsən, əvvəlcə elə bildim ki, qırmızı kişi Ruqay əmisinə oxşayır və kişi olsa, əmisini hələ də yanında saxlayacaq, yarış olmasa, lələklərə görə hər şeyi saxladı. O, nə gözəldir, əmi! elə deyilmi? - Yaxşı, bəs sən?
- mən? Gözlə gözlə. Bəli, əvvəlcə düşündüm ki, biz maşın sürürük və evə getdiyimizi düşünürdüm və bu qaranlıqda hara gedirik, Allah bilir və birdən gəlib görəcəkdik ki, Otradnıda yox, sehrli bir səltənətdəyik. Sonra mən də düşündüm... Yox, daha heç nə.
"Bilirəm, mən onun haqqında haqlı idim" dedi Nikolay gülümsəyərək, Nataşa onun səsindən tanıdı.
"Xeyr" deyə Nataşa cavab verdi, baxmayaraq ki, o, həqiqətən də Şahzadə Andrey haqqında və əmisini necə istəməsi haqqında düşünürdü. "Və təkrar edirəm, hər şeyi təkrar edirəm: Anisyushka nə qədər yaxşı çıxış etdi, yaxşı ..." dedi Nataşa. Və Nikolay onun cingiltili, səbəbsiz, xoşbəxt gülüşünü eşitdi.
"Bilirsən," o birdən dedi, "Mən bilirəm ki, heç vaxt indiki kimi xoşbəxt və sakit olmayacağam."
"Bu cəfəngiyatdır, cəfəngiyatdır, yalandır" dedi Nikolay və düşündü: "Bu Nataşa nə cazibədardır! Mənim belə bir dostum yoxdur və olmayacaq. Niyə ərə getsin, hamı onunla gedəcəkdi!”
"Bu Nikolay nə cazibədardır!" Nataşa düşündü. - A! qonaq otağında hələ də yanğın var, - o, gecənin yaş, məxmər qaranlığında gözəl parlayan evin pəncərələrini göstərdi.
Qraf İlya Andreiç rəhbərlikdən istefa verdi, çünki bu vəzifə həddən artıq xərclə bağlı idi. Amma işlər onun üçün yaxşılaşmayıb. Tez-tez Nataşa və Nikolay valideynləri arasında gizli, narahat danışıqlar görürdülər və zəngin, ata-baba Rostov evinin və Moskva yaxınlığındakı bir evin satışı haqqında danışırdılar. Rəhbər olmadan belə böyük qəbula ehtiyac yox idi və Otradnenskinin həyatı əvvəlki illərə nisbətən daha sakit keçdi; lakin nəhəng ev və yardımçı tikililər hələ də insanlarla dolu idi və daha çox adam hələ də masa arxasında əyləşmişdi. Bütün bunlar evdə məskunlaşmış insanlar, demək olar ki, ailə üzvləri və ya görünür, qrafın evində yaşamalı olanlar idi. Bunlar Dimmler - həyat yoldaşı ilə musiqiçi, Yogel - ailəsi ilə rəqs müəllimi, evdə yaşayan yaşlı xanım Belova və bir çox başqaları: Petya müəllimləri, gənc xanımların keçmiş qubernatoru və sadəcə olaraq daha yaxşı və ya daha yaxşı olan insanlar idi. saymaqla yaşamaq evdə oturmaqdan daha sərfəlidir. Əvvəlki kimi böyük bir ziyarət yox idi, amma həyatın gedişatı eyni idi, onsuz qraf və qrafinya həyatı təsəvvür edə bilməzdi. Eyni ov, hətta Nikolay tərəfindən artırılmış, tövlədə eyni 50 at və 15 arabaçı, ad günlərində eyni bahalı hədiyyələr və bütün rayon üçün mərasim süfrələri var idi; o, hamıya kart ataraq, Count İlya Andreiçin oyununu ən sərfəli icarə kimi formalaşdırmaq hüququna baxan qonşuları tərəfindən hər gün yüzlərlə döyülməsinə icazə verdiyi eyni count fitləri və bostonları.
Qraf sanki böyük bir tələyə düşmüş kimi öz işləri ilə dolanır, onun qarışdığına inanmamağa çalışırdı və hər addımda getdikcə daha da qarışır və nə onu bağlayan torları qıra bilmir, nə də ehtiyatla, səbirlə hərəkətə başlayır. onları aç. Qrafinya sevgi dolu bir ürəklə hiss edirdi ki, uşaqları iflas edir, Qrafin günahı yoxdur, o, özündən fərqlənə bilməz, özü də (bunu gizlətsə də) öz şüurundan əziyyət çəkir. və uşaqlarının xarabalığı və o, işə kömək etmək üçün vasitələr axtarırdı. Onun qadın nöqteyi-nəzərindən yalnız bir çarə var idi - Nikolayın zəngin bir gəlinlə evlənməsi. Hiss etdi ki, bu, son ümiddir və Nikolay onun üçün tapdığı matçdan imtina etsə, işləri yaxşılaşdırmaq fürsəti ilə həmişəlik vidalaşmalı olacaq. Bu məclis Rostovluların uşaqlıqdan tanıdığı gözəl, fəzilətli ana və atanın qızı, indi isə sonuncu qardaşının vəfatı münasibətilə zəngin gəlin olan Julie Karagina idi.
Yer və onun atmosferi ulduzlararası kosmosdan elementar hissəciklərin axınları ilə daim radioaktiv bombardmana məruz qalır. Atmosferin yuxarı qatına nüfuz edən hissəciklər oradakı atomları parçalayaraq, proton və neytronları, eləcə də daha böyük atom strukturlarını buraxır. Havadakı azot atomları neytronları udur və protonları buraxır. Bu atomlar, əvvəlki kimi, kütləsi 14, lakin daha az müsbət yükə malikdir; indi onların ittihamı altıdır. Beləliklə, orijinal azot atomu karbonun radioaktiv izotopuna çevrilir:
burada n, N, C və p müvafiq olaraq neytron, azot, karbon və protonu ifadə edir.
Kosmik şüaların təsiri altında atmosfer azotundan radioaktiv karbon nuklidlərinin əmələ gəlməsi təqribən orta sürətlə baş verir. Yer səthinin hər kvadrat santimetri üçün 2,4 at./s. Günəş aktivliyindəki dəyişikliklər bu dəyərdə bəzi dalğalanmalara səbəb ola bilər.
Karbon-14 radioaktiv olduğu üçün qeyri-sabitdir və tədricən əmələ gəldiyi azot-14 atomlarına çevrilir; belə bir çevrilmə prosesində, bu prosesin özünü qeyd etməyə imkan verən bir elektron - mənfi hissəcik buraxır.
Kosmik şüaların təsiri altında radiokarbon atomlarının əmələ gəlməsi adətən atmosferin yuxarı təbəqələrində 8-18 km hündürlükdə baş verir. Adi karbon kimi, radiokarbon da havada oksidləşərək radioaktiv dioksid (karbon qazı) əmələ gətirir. Küləyin təsiri altında atmosfer daim qarışır və son nəticədə kosmik şüaların təsiri altında əmələ gələn radioaktiv karbon qazı atmosfer karbon qazında bərabər paylanır. Bununla belə, atmosferdəki radiokarbon 14 C-nin nisbi tərkibi son dərəcə aşağı olaraq qalır - təqribən. Adi karbonun qramı üçün 1,2ґ10-12 q 12 C.
Canlı orqanizmlərdə radiokarbon.
Bütün bitki və heyvan toxumalarında karbon var. Bitkilər onu atmosferdən alır və heyvanlar bitkiləri yediyi üçün karbon qazı da dolayı yolla onların orqanizminə daxil olur. Beləliklə, kosmik şüalar bütün canlı orqanizmlər üçün radioaktivlik mənbəyidir.
Ölüm canlı maddəni radiokarbonu udmaq qabiliyyətindən məhrum edir. Ölü üzvi toxumalarda radiokarbon atomlarının parçalanması da daxil olmaqla daxili dəyişikliklər baş verir. Bu proses zamanı 5730 il ərzində 14 C nuklidin ilkin sayının yarısı 14 N atomuna çevrilir.Bu zaman intervalı 14 C yarımparçalanma dövrü adlanır. Başqa bir yarımparçalanma müddətindən sonra 14 C nuklidin tərkibi yalnız İlkin sayının 1/4-ü, sonrakı dövrdən sonra yarımxaricolma dövrü – 1/8 və s. Nəticədə nümunədəki 14 C izotopunun məzmunu radioaktiv parçalanma əyrisi ilə müqayisə oluna bilər və bununla da orqanizmin ölümündən (karbon dövründən xaric edilməsi) keçən müddət müəyyən edilə bilər. Bununla belə, nümunənin mütləq yaşını belə müəyyən etmək üçün, son 50.000 il ərzində orqanizmlərdə 14 C-nin ilkin məzmununun (radiokarbon təyinetmə resursu) dəyişmədiyini düşünmək lazımdır. Əslində, kosmik şüaların təsiri altında 14 C-nin əmələ gəlməsi və orqanizmlər tərəfindən udulması bir qədər dəyişdi. Nəticədə, nümunənin 14 C izotop tərkibinin ölçülməsi yalnız təxmini bir tarix verir. İlkin 14 C məzmununda dəyişikliklərin təsirlərini nəzərə almaq üçün ağac halqalarında 14 C məzmunu üzrə dendroxronoloji məlumatlardan istifadə edilə bilər.
Radiokarbonla tanışlıq metodu W. Libby (1950) tərəfindən təklif edilmişdir. 1960-cı ilə qədər radiokarbonla tanışlıq geniş şəkildə qəbul edildi, bütün dünyada radiokarbon laboratoriyaları yaradıldı və Libbi kimya üzrə Nobel mükafatına layiq görüldü.
Metod.
Radiokarbon təyini üçün nəzərdə tutulan nümunə tamamilə təmiz alətlərdən istifadə edilməklə toplanmalı və steril plastik torbada qurudulmalıdır. Seçim yeri və şərtləri haqqında dəqiq məlumat lazımdır.
İdeal ağac, kömür və ya parça nümunəsinin çəkisi təxminən 30 q olmalıdır. Qabıqlar üçün 50 q, sümüklər üçün isə 500 q çəki arzuolunandır (ancaq ən son üsullar yaşı daha kiçik nümunələrdən müəyyən etməyə imkan verir) . Hər bir nümunə köhnə və daha gənc karbon tərkibli çirkləndiricilərdən, məsələn, sonradan böyüyən bitkilərin köklərindən və ya qədim karbonat süxurlarının parçalarından hərtərəfli təmizlənməlidir. Nümunənin əvvəlcədən təmizlənməsindən sonra laboratoriyada kimyəvi emal aparılır. Nümunəyə nüfuz edə bilən yad karbon tərkibli mineralları və həll olunan üzvi maddələri çıxarmaq üçün turşu və ya qələvi məhlul istifadə olunur. Bundan sonra üzvi nümunələr yandırılır və qabıqlar turşuda həll edilir. Bu prosedurların hər ikisi karbon qazının sərbəst buraxılması ilə nəticələnir. O, təmizlənmiş nümunədəki bütün karbonu ehtiva edir və bəzən radiokarbon təyini üçün uyğun olan başqa bir maddəyə çevrilir.
Ənənəvi üsul daha az həcmli avadanlıq tələb edir. Əvvəlcə qazın tərkibini təyin edən və prinsipcə Geiger sayğacına bənzəyən sayğacdan istifadə edildi. Sayğac nümunədən alınan karbon qazı və ya digər qazla (metan və ya asetilen) doldurulmuşdur. Cihazın daxilində baş verən hər hansı radioaktiv parçalanma zəif elektrik impulsları yaradır. Enerjisi adətən fon spektrinin aşağı həddinə yaxın olan 14 C-nin çürüməsi nəticəsində yaranan radiasiyadan fərqli olaraq ətraf mühitin fon radiasiyasının enerjisi adətən geniş şəkildə dəyişir. Fon dəyərlərinin 14 C məlumatlarına çox arzuolunmaz nisbəti sayğacın xarici radiasiyadan təcrid edilməsi ilə yaxşılaşdırıla bilər. Bu məqsədlə sayğac bir neçə santimetr qalınlığında dəmirdən və ya yüksək təmizlikli qurğuşundan hazırlanmış ekranlarla örtülür. Bundan əlavə, sayğacın divarları bir-birinə yaxın yerləşən Geiger sayğacları ilə qorunur və bu sayğaclar bütün kosmik radiasiyanı gecikdirərək nümunəni ehtiva edən sayğacın özünü təxminən 0,0001 saniyə ərzində deaktiv edir. Tarama metodu fon siqnalını dəqiqədə bir neçə çürüməyə qədər azaldır (18-ci əsrə aid 3 q ağac nümunəsi dəqiqədə 14 C ~ 40 çürümə verir), bu da kifayət qədər qədim nümunələri tarixə salmağa imkan verir.
Təxminən 1965-ci ildən bəri tanışlıqda maye parıldama üsulu geniş yayılmışdır. Nümunədən çıxarılan karbon qazını kiçik bir şüşə qabda saxlanıla və araşdırıla bilən mayeyə çevirir. Mayeyə 14 C radionuklidlərin parçalanması zamanı ayrılan elektronların enerjisi ilə yüklənən xüsusi maddə - sintillyator əlavə edilir.Ssintillyator yığılmış enerjini demək olar ki, dərhal işıq dalğalarının çaxması şəklində buraxır. İşıq bir fotoçoğaltıcı boru istifadə edərək tutula bilər. Parıldayan sayğacda iki belə boru var. Yanlış siqnal yalnız bir telefon tərəfindən göndərildiyi üçün müəyyən edilə və aradan qaldırıla bilər. Müasir parıldayan sayğaclar çox aşağı, demək olar ki, sıfır fon radiasiyasına malikdir və bu, 50.000 ilə qədər olan nümunələrin yüksək dəqiqliklə müəyyənləşdirilməsinə imkan verir.
Parıldama üsulu nümunənin diqqətlə hazırlanmasını tələb edir, çünki karbon benzola çevrilməlidir. Proses litium karbid əmələ gətirmək üçün karbon qazı və ərimiş litium arasında reaksiya ilə başlayır. Karbidə az-az su əlavə olunur və o, asetileni buraxaraq həll olunur. Nümunədəki bütün karbonu ehtiva edən bu qaz katalizatorun təsiri altında şəffaf mayeyə - benzola çevrilir. Aşağıdakı kimyəvi düsturlar zənciri bu prosesdə karbonun bir birləşmədən digərinə necə ötürüldüyünü göstərir:
14 C laboratoriya ölçmələrindən əldə edilən bütün yaş təsbitlərinə radiokarbon tarixləri deyilir. Onlar bu günə qədər olan illərin sayı ilə verilir (BP) və başlanğıc nöqtəsi kimi dəyirmi müasir tarix (1950 və ya 2000) götürülür. Radiokarbon tarixləri həmişə mümkün statistik səhvin göstəricisi ilə verilir (məsələn, 1760 ± 40 BP).
Ərizə.
Tipik olaraq, hadisənin yaşını müəyyən etmək üçün bir neçə üsuldan istifadə olunur, xüsusən də nisbətən yaxınlarda baş vermiş hadisədir. Böyük, yaxşı qorunan nümunənin yaşı on il ərzində müəyyən edilə bilər, lakin nümunənin təkrar təhlili bir neçə gün tələb edir. Adətən nəticə müəyyən edilmiş yaşın 1% dəqiqliyi ilə alınır.
Xüsusilə heç bir tarixi məlumat olmadıqda radiokarbonla tanışlığın əhəmiyyəti artır. Avropada, Afrikada və Asiyada ibtidai insanın ən erkən izləri radiokarbonla tanışlıq müddətindən kənara çıxır, yəni. 50.000 ildən daha qədim olduğu ortaya çıxdı. Lakin cəmiyyətin təşkilinin ilkin mərhələləri və ilk daimi yaşayış məskənləri, eləcə də qədim şəhər və dövlətlərin yaranması radiokarbon tarixləndirmənin əhatə dairəsinə düşür.
Radiokarbonla tanışlıq bir çox qədim mədəniyyətlər üçün bir zaman çizelgesinin hazırlanmasında xüsusilə uğurlu olmuşdur. Bunun sayəsində indi mədəniyyətlərin və cəmiyyətlərin inkişaf gedişatını müqayisə etmək və müəyyən alətləri ilk dəfə mənimsəmiş, yeni yaşayış məntəqəsi yaratmış və ya yeni ticarət yolu açan insanların hansı qruplarının olduğunu müəyyən etmək mümkündür.
Yaşın radiokarbonla müəyyən edilməsi universal hala gəldi. Atmosferin yuxarı təbəqələrində əmələ gəldikdən sonra 14 C radionuklidləri müxtəlif mühitlərə nüfuz edir. Aşağı atmosferdə hava axınları və turbulentlik radiokarbonun qlobal yayılmasını təmin edir. Okeanın üzərindən hava axınlarında keçən 14 C əvvəlcə suyun səth qatına, sonra isə dərin qatlara nüfuz edir. Qitələrdə yağış və qar yerin səthinə 14 C gətirir, burada çaylarda və göllərdə, eləcə də buzlaqlarda tədricən toplanır və minlərlə il davam edə bilər. Bu mühitlərdə radiokarbon konsentrasiyalarının öyrənilməsi dünya okeanlarındakı su dövranı və keçmiş dövrlərin, o cümlədən son buz dövrünün iqlimi haqqında biliklərimizi artırır. İrəliləyən buzlaq tərəfindən kəsilən ağacların qalıqlarının radiokarbonla müəyyən edilməsi Yerdəki ən son soyuq dövrün təxminən 11.000 il əvvəl başa çatdığını göstərdi.
Bitkilər hər il vegetasiya dövründə atmosferdən karbon qazını udur və 12 C, 13 C və 14 C izotopları atmosferdə mövcud olduqları nisbətdə bitki hüceyrələrində mövcuddur. 12 C və 13 C atomları atmosferdə demək olar ki, sabit nisbətdə olur, lakin 14 C izotopunun miqdarı onun əmələ gəlməsinin intensivliyindən asılı olaraq dəyişir. Ağac halqaları adlanan illik böyümə təbəqələri bu fərqləri əks etdirir. Tək ağacın illik halqalarının davamlı ardıcıllığı palıd ağacında 500 il, qırmızı ağac və tüklü şamda 2000 ildən çox davam edə bilər. ABŞ-ın şimal-qərbindəki quraq dağlıq bölgələrdə və İrlandiya və Almaniyanın torf bataqlıqlarında müxtəlif yaşlı ölü ağacların gövdələri olan üfüqlər aşkar edilmişdir. Bu tapıntılar bizə təxminən 10.000 il ərzində atmosferdə 14 C konsentrasiyasının dəyişməsi haqqında məlumatları birləşdirməyə imkan verir. Laborator tədqiqatlar zamanı nümunələrin yaşının düzgün müəyyən edilməsi orqanizmin həyatı boyu 14 C konsentrasiyası haqqında biliklərdən asılıdır. Son 10.000 il ərzində bu cür məlumatlar toplanır və adətən 1950-ci ildə və keçmişdə atmosfer 14 C səviyyəsi arasındakı fərqi göstərən kalibrləmə əyrisi şəklində təqdim olunur. Radiokarbon və kalibrlənmiş tarixlər arasındakı uyğunsuzluq eramızın 1950-ci ili arasındakı interval üçün ±150 ildən çox deyil. və eramızdan əvvəl 500 Daha qədim dövrlərdə bu uyğunsuzluq artır və 6000 illik radiokarbon yaşı ilə 800 ilə çatır. həmçinin bax ARXEOLOGİYA
Bir çox insanlar bəzi süxurların karbon-14 ilə müəyyən edildiyi kimi "milyonlarla illik" olduğunu güman edirlər. Lakin reallıqda bu belə deyil. Səbəbi sadədir. Karbon-14 istifadə edərək, yaş yalnız çürümədən əvvəl "min illərlə" ölçülə bilər.
Bütün mövcud radiometrik tanışlıq üsullarından ən məşhuru radiokarbonla tanışlıqdır. Bir çox insanlar radiokarbonla tanışlığın süxurların yaşını təyin edə biləcəyinə inansa da, bu, yalnız karbon materialı olan və bir zamanlar canlı olan obyektlərə (məsələn, daşlaşmış qalıqlar) aiddir.
Karbon-14 ilə tanışlıq
Hissə 1: Əsasları Anlamaq
3-cü hissə. Yaradılışçılar üçün sirr: 50.000 illik fosillər?
Radiokarbondan (14 C) fərqli olaraq, uran (238 U), kalium (40 K) və rubidium (87 Rb) kimi süxurların tarixini təyin etmək üçün istifadə olunan digər radioaktiv elementlər, bildiyimizə görə, yer cisimlərində əmələ gəlmir. şərtlər. Güman etmək olar ki, Allah bu elementləri yaradıb, Yer kürəsini ilkin formada yaradıb.
Radiokarbon isə bu gün atmosferin yuxarı qatında formalaşmağa davam edir. Bildiyimiz kimi, o, yaradılış həftəsinin ikinci günündə (Yaradılış 1:6-8-də təsvir olunan kosmosun və ya qübbənin bir hissəsi kimi) yarandığı gündən bəri yer atmosferinin yuxarı təbəqələrində formalaşmağa davam etmişdir.
Bəs radiokarbon necə əmələ gəlir? Kosmik şüalar daim Yer atmosferinin yuxarı təbəqələrini bombalayaraq sürətlə hərəkət edən neytronlar (elektrik yükü olmayan atomaltı hissəciklər) yaradır ( Şəkil 1a). Sürətlə hərəkət edən bu neytronlar atmosferin yuxarı qatında ən çox yayılmış element olan azot-14 atomlarına zərbə vurur və onları radiokarbon atomlarına (karbon-14) çevirir.
KARBON-14 əmələ gəlməsi (Şəkil 1a): Kosmik şüalar Yer atmosferini bombaladıqda nəticə neytronlardır. Bu sərbəst buraxılan neytronlar atmosferdəki azot atomları ilə toqquşduqda, bu atomlar radioaktiv karbon-14 atomlarına çevrilir.
Karbon-14 qəbulu (Şəkil 1b): Bitkilər fotosintez zamanı karbon -14 udur. Heyvanlar bitkiləri yedikdə, karbon-14 onların sümüklərinə daxil olur və yeni karbon-14 əmələ gəlməsi ilə eyni sürətlə azot-14-ə parçalanır. Beləliklə, karbon-14 səviyyələri sabit qalır.
KARBON-14 Məhv (Şəkil 1c): Heyvan öləndə karbon-14 azot-14-ə parçalanmağa və buxarlanmağa davam edir, ölmüş orqanizmə daha çox karbon-14 verilmir. Qalan karbon-14 miqdarını onun orijinal tərkibi ilə müqayisə edərək, alimlər heyvanın nə qədər əvvəl öldüyünü hesablaya bilərlər.
Açılış
Karbon-14 təbii radioaktiv izotoplardan biridir. Onun mövcudluğunun ilk əlamətləri 1936-cı ildə ingilis fizikləri U. Birç və M. Qoldhaber yavaş neytronlarla foto emulsiyada azot-14 nüvələrini şüalandırdıqda və 14 N( reaksiyasını kəşf etdikdə alındı. n , səh) 14 C. 1940-cı ildə karbon-14 siklotronda deytronlarla qrafit hədəfi şüalandıran Amerika fizikləri Martin David Kamen və Samuel Ruben tərəfindən təcrid olundu; 14 C reaksiyada 13 C( d , səh) 14 C. Yarımparçalanma müddəti daha sonra müəyyən edilmişdir (Martin Kamen ilk təcrübələrində 2700 və 4000 il, Willard Libby 1951-ci ildə 5568 ± 30 il yarımparçalanma müddətini qəbul etmişdir). Cari tövsiyə olunan 5700 ± 30 il yarımxaricolma dövrü Nubase-2016 verilənlər bazasında verilmişdir və 1960-cı illərdə aparılan xüsusi fəaliyyəti ölçən beş təcrübəyə əsaslanır.
Təhsil
Karbon-14 troposferin və stratosferin yuxarı təbəqələrində istilik neytronlarının azot-14 atomları tərəfindən udulması nəticəsində əmələ gəlir ki, bu da öz növbəsində kosmik şüaların və atmosfer maddəsinin qarşılıqlı təsirinin nəticəsidir:
0 1 n + 7 14 N → 6 14 C + 1 1 H. (\displaystyle \mathrm (~_(0)^(1)n) +\mathrm (~_(7)^(14)N) \rightarrow \mathrm (~_(6)^(14)C) +\ riyaziyyat (~_(1)^(1)H) .)Karbon-14-ün əmələ gəlməsi üçün başqa bir təbii kanal radioaktiv sıraya daxil olan bəzi ağır nüvələrin çox aşağı ehtimalla baş verən çoxluq parçalanmasıdır. Hazırda karbon-14 nüvələrinin 224 Ra (torium seriyası), 223 Ra (uran-aktinium seriyası), 226 Ra (uran-radium seriyası) emissiyası ilə parçalanma aşkar edilmişdir; oxşar proses proqnozlaşdırıldı, lakin digər təbii ağır nüvələr üçün eksperimental olaraq kəşf edilmədi (karbon-14-ün çoxluq emissiyası təbiətdə tapılmayan 221 Fr, 221 Ra, 222 Ra və 225 Ac nuklidləri üçün də aşkar edilmişdir). Bu kanal vasitəsilə radiogen karbon-14-ün əmələ gəlmə sürəti kosmogen karbon-14-ün əmələ gəlmə sürəti ilə müqayisədə cüzidir.
1940-1960-cı illərdə nüvə və xüsusilə termonüvə silahlarının atmosferdə sınaqları zamanı nüvə və termonüvə partlayışlarından atmosfer azotunun termal neytronlarla şüalanması nəticəsində karbon-14 intensiv şəkildə əmələ gəlmişdir. Nəticədə, atmosferdə karbon-14-ün tərkibi xeyli artdı ("bomba zirvəsi" adlandırılan, şəklə baxın), lakin sonradan okeana və s. su anbarları. Atmosferdə orta [14 C]/[ 12 C] nisbətinə təsir edən başqa bir texnogen proses bu dəyərin azalması istiqamətində hərəkət edir: sənayeləşmənin başlanğıcı ilə (XVIII əsr) kömür, neft və təbii qazın yanması əhəmiyyətli dərəcədə artdı. , yəni 14 C (sözdə Suess effekti) olmayan qədim fosil karbonun atmosferə buraxılması.
Nüvədəki sudan istifadə edən nüvə reaktorları da texnogen karbon-14 çirklənməsi mənbəyidir.
Yerdəki karbon-14-ün ümumi miqdarı atmosferdə 140 PBq (840 kq) daxil olmaqla, 8500 petabecquerel (təxminən 50 ton) olaraq qiymətləndirilir. Nüvə sınaqları nəticəsində atmosferə və digər mühitlərə atılan karbon-14-ün miqdarı 220 PBq (1,3 ton) olaraq qiymətləndirilir.
Çürümə
6 14 C → 7 14 N + e − + ν ¯ e . (\displaystyle \mathrm (~_(6)^(14)C) \rightarrow \mathrm (~_(7)^(14)N) +e^(-)+(\bar (\nu ))_( e).)Çürümə sürəti ətraf mühitin kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlərindən asılı deyil. Atmosfer karbonunun bir qramı təxminən 1,5 × 10 -12 q karbon-14 ehtiva edir və bu izotopun parçalanması səbəbindən saniyədə təxminən 0,6 beta hissəcikləri buraxır. Qeyd edək ki, karbon-14 insan orqanizmində eyni sürətlə parçalanır; Hər saniyədə insan orqanizmində bir neçə min çürümə baş verir. İstehsal olunan beta hissəciklərinin aşağı enerjisi səbəbindən bu kanal vasitəsilə qəbul edilən daxili şüalanmanın ekvivalent doza sürəti (0,01 mSv/il və ya 0,001 rem/il) daxili kalium-40-dan (0,39 mSv/il) alınan doza nisbəti ilə müqayisədə kiçikdir. il). 2009-cu ildə qurudakı canlı biokütlənin orta karbon-14 idi 238 Bq 1 kq karbon üçün, bombadan əvvəlki pik dəyərlərinə yaxındır (226 Bq/kq C; 1950).
İstifadəsi
Radioizotopla tanışlıq
Kosmik şüaların təsiri altında azot-14-dən atmosferdə daim karbon-14 əmələ gəlir. Kosmik fəaliyyətin hazırkı səviyyəsi üçün atmosferdəki “normal” (karbon-12) ilə müqayisədə karbon-14-ün nisbi tərkibini təxminən 1:10 12 kimi qiymətləndirmək olar. Adi karbon kimi, 14 C də oksigenlə reaksiyaya girərək fotosintez zamanı bitkilərin ehtiyac duyduğu karbon dioksidi əmələ gətirir. İnsanlar və müxtəlif heyvanlar daha sonra bitkiləri və onların məhsullarını qida kimi qəbul edir və bununla da karbon-14-ü udurlar. Eyni zamanda, karbon izotoplarının konsentrasiyalarının nisbətləri [ 14 C]: [ 13 C]: [ 12 C] atmosferdə olduğu kimi demək olar ki, eyni qalır; biokimyəvi reaksiyalarda izotopların fraksiyalaşdırılması bu nisbətləri yalnız bir neçə ppm dəyişir ki, bu da nəzərə alına bilər.
Ölü canlı orqanizmdə karbon-14 tədricən parçalanır, lakin karbonun sabit izotopları dəyişməz qalır. Yəni izotop nisbəti zamanla dəyişir. Bu, bu izotopdan radioizotopla tanışlıq, tanışlıq biomaterialları və yaşı 60.000 ilə qədər olan bəzi qeyri-üzvi nümunələrdən istifadə edərək yaş təyini üçün istifadə etməyə imkan verdi. Ən çox arxeologiyada, buzlaq və buzlaqdan sonrakı geologiyada, eləcə də atmosfer fizikasında, geomorfologiyada, qlasiologiyada, hidrologiyada və torpaqşünaslıqda, kosmik şüalar fizikasında, günəş fizikasında və biologiyada təkcə tanışlıq üçün deyil, həm də izləyici kimi istifadə olunur. müxtəlif təbii proseslər.
Tibbdə
Helicobacter pylori tərəfindən mədə-bağırsaq traktının infeksiyasını aşkar etmək üçün istifadə olunur. Xəstəyə tərkibində 14 C olan sidik cövhəri preparatı verilir. H. pylori infeksiyası zamanı bakterial ureaza fermenti sidik cövhərini ammonyak və radioaktiv işarəli karbon qazına parçalayır və bu, xəstənin nəfəsində aşkar edilə bilər. Bu gün etiketli 14 C atomuna əsaslanan testi radiasiya riskləri ilə əlaqəli olmayan stabil 13 C olan testlə əvəz etməyə çalışırlar.
Rusiyada 14 C-yə əsaslanan dərmanlar istehsal olunur.
həmçinin bax
Qeydlər
- Audi G., Wapstra A.H., Thibault C. AME2003 atom kütləsinin qiymətləndirilməsi (II). Cədvəllər, qrafiklər və istinadlar (İngilis dili) // Nüvə Fizikası A. - 2003. - Cild. 729. - S. 337-676. - DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. - Kitab kodu: 2003NuPhA.729..337A.
- Audi G., Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S. Nüvə xassələrinin Nubase2016 qiymətləndirilməsi (İngilis dili) // Çin Fizikası C. - 2017. - Cild. 41, iss. 3. - S. 030001-1-030001-138. - DOI: 10.1088/1674-1137/41/3/030001. - Kitab kodu: 2017ChPhC..41c0001A.
- Burcham W. E., Goldhaber M. Azotun yavaş neytronlar tərəfindən parçalanması // Kembric Fəlsəfə Cəmiyyətinin Riyazi Prosedurları. - 1936. - dekabr (cild 32, № 04). - S. 632-636. - DOI: 10.1017/S0305004100019356.
- Kamen, Martin D. (1963). "Karbon-14-ün erkən tarixi: Bu son dərəcə əhəmiyyətli izləyicinin kəşfi fiziki mənada gözlənilən idi, lakin kimyəvi mənada deyil." Elm. 140 (3567): 584-590. Kitab kodu:1963Sci...140..584K . DOI:10.1126/science.140.3567.584. PMID.
- Martin David Kamen. "Parlaq elm, qaranlıq siyasət: nüvə əsrinin xatirəsi."
- Bé M.M., Çeçev V.P. 14 C - Çürümə məlumatlarının qiymətləndirilməsinə dair şərhlər (müəyyən edilməmiş) . www.nucleide.org. LNHB. Alındı 8 iyun 2018. Arxivləşdirildi 22 noyabr 2016.
- Kovaltsov G. A., Mişev A., Usoskin I. G. (2012). "Atmosferdə radiokarbon 14 C-nin kosmogen istehsalının yeni modeli." Yer və Planet Elm Məktubları. 337-338: 114-120. arXiv: 1206.6974 .
