كربون-14

الكربون-14( ¹⁴C ) هونظير مشع للكربون تحتوي نواته علىستة بروتونات وثمانية نيوترونات . وهويوجد طبيعيا في المواد العضوية ويستخدم في تعيين عمر العينات القديمة والآثار التي قد يبلغ عمرها 10.000 عام أوأكثر . وقد استخدمه العالم الفيزيائي ويلارد ليبي وزملاؤه عام 1949 لتعيين عمر أثار قديمة وعينات جيولوجية. اكتشف الكربون-14 عام 1940

توجد من الكربون ثلاثة نظائر طبيعيا علي الأرض : 99 % منها كربون-12 و1 % كربون-13 وآثار من الكربون-14 ، أي نحو1 /ترليون (0.0000000001%) . في الهواء . ويبلغ عمر النصف للكربون-14 5,730±40 سنة، حيث يتحلل إلى النيتروجين-14 عن طريق تحلل بيتا.

ومصدر وجود الكربون-14 في جوالأرض هوالأشعة الكونية التي تتفاعل مع النيتروجين في الجووتنتجه . ولكن تداخل في نسبة الكربون-14 في الجوخلال التجارب النووية بين 1955 - 1980 كربون-14 ناتج من تلك التجارب ولا بد من أخذها في الحسبان عند تعيين عمر العينات .

ولا تختلف الخواص الكيميائية للنظائر المشعة المتنوعة للكربون. ولذلك نستعين بها في دراسة التفاعلات الكيميائية العضوية حيث نستبدل بعض ذرات الكربون الطبيعي فيه بذرات الكربون-14 المشع، وبذلك تستطيع تتبع انتنطق الكربون في بنية المركبات العضوية.

المصدر والتحلل

1: تكون الكربون-14
2: تحلل الكربون-14
3: علامة "يساوي" تنطبق على الأحياء الحالية , وعلامة "أقل من " تنطبق على ما توفي من الأحياء ، والتي يمكن تقدير عمرها من محتواها من الكربون-14.

ينتج الكربون-14 في الطبقات الجوية العليا في تروبوسفير وستراتوسفير بتفاعل النيوترونات البطيئة القادمة من الأشعة الكونية مع ذرات النيتروجين . عندما تدخل الأشعة الكونية الغلاف الجوي تتحول إلى بعض الجسيمات الأخرى ومن ضمنها النيوترونات . وتدخل النيوترونات (¹n) الناتجة في التفاعل الآتي:

¹n + ¹⁴N → ¹⁴C + ¹p

أعلى معدل تكوين الكربون-14 يحدث على ارتفاعتسعة إلى 15 كيلومتر ، ثم ينتشر في جميع أنحاء الأرض ويتفاعل مع الأكسجين مكونا ثاني أكسيد الكربون مشع. ويذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء وينتشر في المحيطات .

يتحلل الكربون-14 عن طريق تحلل بيتا .

{\displaystyle \mathrm {~_{6 ^{14 C \rightarrow \mathrm {~_{7 ^{14 N +e^{- +{\bar {\nu _{e

في تحلل بيتا يصدر الكربون-14 1 إلكترون من النواة ومضاد نيوترينوالإلكترون، ويبلع عمر النصف للكربون-14 5730 سنة حيث يتحلل إلى النيتروجين-14 المستقر (غير مشع).

هجريز الكربون-14 في جوالأرض يبلغ نحو300 مليون كوري (11 إكسا (سابقة)بيكريل), يوجد معظمها في المحيطات .

ولم يكن معدل تكوّن الكربون-14 معروفا بالضبط قبل عام 2008 . وتختلف تكونه بحسب تغيرات تحدث في شدة الأشعة الكونية عند انفجار مستعرات عظمى في أعماق الكون، ولاختلاف المجال المغناطيسي للأرض من منطقة إلى منطقة.

تقدير عمر الأحفورات بواسطة الكربون-14

يستخدم الكربون-14 في تقدير عمر الصخور والطبقات الأرضية والأحفورات وبالتالي هي طريقة لتقدير عمر نباتات أوأحياء عاشت في الماضي واختزنت في الطبقات الأرضية المعنية . يتميز الكربون-14 بعمر نصف مقداره 5730 سنة، ويتحلل بمعدل 14 تحللا في الدقيقة الواحدة ولكل جرام من الكربون الطبيعي (الكربون الطبيعي يحتوي على أغلبية من الكربون-12 ونسبة معينة من الكربون-14).

فإذا عثرنا على عينة (أحفورة) ووجدناها تصدر أربعة تحللات /دقيقة/جرام من الكربون فيها، فما هوعمرها ؟

لحساب العمر نستخدم المعادلة المذكورة أعلاه : U

{\displaystyle N=N_{0 \,e^{-t/\tau ,

حيث:

{\displaystyle {\frac {N {N_{0 =4/14\approx 0.286,

{\displaystyle \tau ={\frac {T_{1/2 {\ln 2 \approx 8267

years,

{\displaystyle t=-\tau \,\ln {\frac {N {N_{0 \approx 10360

years.

المراجع

^ Kamen, Martin D. (1963). "Early History of Carbon-14: Discovery of this supremely important tracer was expected in the physical sense but not in the chemical sense". Science. 140 (3567): 584–590. Bibcode:1963Sci...140..584K. doi:10.1126/science.140.3567.584. PMID 17737092.
^ {{cite web|url=http://www.nosams.whoi.edu/about/carbon_dating.html%7Ctitle=What is carbon dating?|publisher=National Ocean Sciences Accelerator Mass Spectrometry Facility|accessdate=2007-06-11
^ "Human Health Fact Sheet - Carbon 14" (PDF). Argonne National Laboratory, EVS. 2005. مؤرشف من الأصل (PDF) في 23 يوليو2013.
^ Ramsey, C. Bronk (2008). "Radiocarbon Dating: Revolutions in Understanding". Archaeometry. 50 (2): 249–275. doi:10.1111/j.1475-4754.2008.00394.x.