ما هو الكربون المشع؟
كيف يتكون الكربون-14 في الغلاف الجوي؟
لا يأتي الكربون المشع من باطن الأرض، بل يتكون باستمرار في أعالي الغلاف الجوي. تبدأ الرحلة عندما تصطدم الأشعة الكونية القادمة من الفضاء الخارجي بذرات الغازات في الجو، مما يؤدي إلى تحرر "نيوترونات" عالية الطاقة.
عندما يصطدم أحد هذه النيوترونات بذرة نيتروجين-14 (التي تشكل 78% من جو الأرض)، فإنه يطرد بروتوناً منها ويحل محله، فتتحول ذرة النيتروجين إلى ذرة كربون-14.
دورة الكربون المشع في الكائنات الحية:
بمجرد تكون الكربون-14، فإنه يتحد مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون ($CO_2$). يدخل هذا الكربون المشع في الدورة الحيوية كالتالي:
- النباتات: تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون (بما فيه الكربون-14) خلال عملية البناء الضوئي.
- الحيوانات والإنسان: تنتقل هذه الذرات إلى أجسام الكائنات الحية عندما تأكل النباتات أو تأكل حيوانات أخرى تغذت على النباتات.
- التوازن الحركي: طالما أن الكائن الحي على قيد الحياة، فإنه يستمر في تناول الكربون، وبالتالي تظل نسبة الكربون-14 في جسمه متوازنة مع نسبته في الغلاف الجوي.
ساعة الموت: كيف يعمل التأريخ الإشعاعي؟
تبدأ "ساعة" الكربون المشع في العمل اللحظة التي يموت فيها الكائن الحي. بمجرد توقف الكائن عن الأكل والتنفس، لا تدخل ذرات كربون-14 جديدة إلى جسمه.
بما أن الكربون-14 مشع وغير مستقر، فإن الذرات الموجودة مسبقاً في الجسم تبدأ بالتحلل والتحول مرة أخرى إلى نيتروجين بمعدل ثابت ومعروف علمياً بـ عمر النصف.
- عمر النصف للكربون-14: هو 5730 سنة تقريباً.
- هذا يعني أنه بعد مرور 5730 سنة على موت الكائن، سيبقى في جسمه نصف كمية الكربون-14 التي كانت لديه وهو حي.
- بعد مرور 11460 سنة، سيبقى ربع الكمية، وهكذا.
من خلال قياس الكمية المتبقية من الكربون-14 في عينة (مثل عظمة، قطعة خشب، أو نسيج قديم)، يستطيع العلماء حساب الزمن الذي انقضى منذ وفاة ذلك الكائن.
تطبيقات الكربون المشع:
- علم الآثار: تحديد عمر المخطوطات القديمة، المومياوات، والأدوات الخشبية التي استخدمتها الحضارات الغابرة.
- علم الجيولوجيا الحديثة: دراسة التغيرات المناخية وترسبات البحيرات في العصور المتأخرة.
- الطب والبيولوجيا: يستخدم كـ "متتبع" (Tracer) لفهم العمليات الكيميائية داخل أجسام الكائنات الحية.
- كشف التزييف: يستخدم للتأكد من أصالة اللوحات الفنية القديمة أو الخمور المعتقة، حيث أن مستويات الكربون-14 تغيرت بعد التجارب النووية في الخمسينيات.
حدود وموانع الاستخدام:
- المدى الزمني: لا يمكن استخدام الكربون-14 لتأريخ أشياء أقدم من 50,000 إلى 60,000 سنة، لأن كمية الكربون المتبقية تصبح ضئيلة جداً لدرجة لا يمكن قياسها.
- نوع العينة: يجب أن تكون العينة من أصل "عضوي" (كانت حية يوماً ما). لا يمكن استخدامه لتأريخ الحجارة أو المعادن مباشرة.
- التلوث: أي تلوث بالكربون الحديث (مثل لمس العينة باليد) قد يعطي نتائج خاطئة تماماً.