Radyokarbon veya karbon-14 olarak da isimlendirilen karbon tarihlemesi, arkeoloji ve paleontolojide organik tabanlı fosillerin yaşını belirlemede kullanılan en yaygın yöntemdir. Bu yöntem, 1949 yılında Amerikalı bir kimyager olan Willard Libby tarafından geliştirilmiştir. Libby geliştirdiği bu yöntem sayesinde 1960 yılında Nobel Kimya ödülüne layık görülmüştür. Zamanla bu yönteme dayanan ve organik olmayan kalıntılar için de yöntemler geliştirilmiştir.

Temel Bilgiler

İzotop bir elementin aynı proton sayısına fakat farklı nötron sayısına sahip atomlarıdır. Örneğin doğada karbonun 3 izotopu vardır: Karbon-12 (6 Proton, 6 Nötron), Karbon-13 (6 Proton, 7 Nötron) ve Karbon-14 (6 Proton, 8 Nötron). Her izotop kimyasal olarak hemen hemen aynı davranışa sahiptir. Fakat nötron sayısının artması bazı izotopların kararsız olmasına neden olur. Çekirdeğinde fazla nötron bulundurundan Karbon-14 izotopu da bu yüzden kararsızdır. Kararlı hale geçmek için ışıma yaparak zaman içinde kararlı azot atomuna dönüşür. Karbon-14 yaptığı ışımalar yüzünden radyoaktif özellikte, Karbon-12 ve karbon-13 izotopları ise kararlı yapıdadır.

Yarılanma Süresi bir radyoaktif maddenin başlangıçtaki miktarından yarısı kalıncaya kadar geçen süreye denir. Örneğin karbon-14'ün yarılanma süresi 5730 yıldır. Yani 100 gram karbon-14'den geriye 50 gram kalması için 5730 yıl geçmesi gerekir. Peki kaybolan 50 gram nereye gider? Bu süre içinde karbon-14 atomları ışımalar yaparak kararlı azot atomlarına dönüşürler. Karbon-14 ve azot atomlarının toplam miktarları 100 gram fakat karbon-14 atomlarının toplam miktarı 100 gramdan 50 grama düşmüştür. Karbon-14 izotopunun yarılanma süresi ve kütledeki değişimi aşağıdaki grafikte görebilirsiniz.

Karbon Oranları : Karbon izotoplarının doğadaki ve canlılardaki yüzdeleri bilinmektedir. Yeryüzünde Karbon-12 : Yüzde 98.9, Karbon-13 : Yüzde 1.1, Karbon-14 : Trilyonda 1.3 oranında bulunur. 5000 yıllık ağaçların halkarında ve eski çağların atmosfer koşullarını depolayan mağaralardaki sarkıt-dikitlerde yapılan araştırmalar, bu oranların eski çağlarda da aynı olduğunu göstermiştir . Yani 100 yıl önceki Karbon-12 / Karbon-14 oranı ile 5000 yıl önceki Karbon-12 / Karbon-14 oranı aynıdır diyebiliriz.

Atmosferimiz temel olarak azot, oksijen ve karbondioksit gazlarından oluşur. Bu gazlar uzaydan gelen kozmik ışınlar tarafından sürekli bombardıman altındadır. Atmosferdeki bazı azot atomları bu bombardıman sonucunda karbon-14'e dönüşür. Oluşan karbon-14 atmosferdeki oksijen ile reaksiyona girerek karbonmonoksit ve karbondioksiti oluşturur. Oluşan karbon-14'lü karbondioksit molekülleri bitkiler tarafından fotosentezde kullanılmak üzere atmosferden alınır. Bitkilerde depolanan karbon-14, diyet ile hayvanlara ve insanlara geçiş yapar. Karbon-14'ün atmosferde oluşması, bitkilerden hayvan ve insanlara taşınması sürekli bir işlemdir. Fakat ölen bir canlı için karbon döngüsü durur. Bu yüzden ölen canlıda kararlı karbon izotopları karbon-12 ve karbon-13'ün miktarları değişmezken, ışıma yaparak azot atomlarına dönüşen karbon-14'ün miktarı zamanla azalır. Karbon tarihlemesinde bu azalma miktarı ve karbon-14'ün yarılanma süresi kullanılarak, ölen canlının yaşı hesaplanır.

Örnek Hesaplama

Örneğin eski çağlardan kalma bir fosil bulduk ve bu fosilin yaşını hesaplamak istiyoruz. Bunun için fosilin hayattayken ve bulunduktan sonraki karbon-14 miktarını bilmemiz gerekiyor.

İlk olarak fosildeki karbon-12 izotopunun miktarını çeşitli bilimsel analiz cihazları ile bulabiliriz. Bulduğumuz miktarı, karbon-12 / karbon-14 sabit oranında kullanarak, fosilde olması gereken karbon-14 miktarını buluruz. Bu miktar, fosilin hayattayken sahip olduğu karbon-14 miktarıdır.

Daha sonra yine bilimsel cihazlarla fosildeki karbon-14 miktarını buluruz. Bu miktar, fosilin bulunduğu andaki sahip olduğu karbon-14 miktarıdır.

Fosilin bulunduktan sonra ve hayattayken sahip olduğu karbon-14 miktarlarını karşılaştırdığımızda, hayattayken sahip olduğu karbon-14 miktarının daha çok olduğunu görürüz. Çünkü canlı öldükten sonra karbon döngüsü durmuş, yeni karbon-14'ler vücuda alınamamış ve hayattayken vücuda diyet ile alınan karbon-14'ler de zamanla ışıma yaparak miktar olarak azalmışlardır.

Son olarak karbon-14'ün yarılanma süresini kullanarak, ilk miktardan son miktara geçen süreyi hesaplayabiliriz. Yarılanma süresi grafiğinin denklemi ile oluşturulan aşağıdaki formül kullanılarak istenen süre rahatlıkla bulunabilir.

Örneğin, bulunan bir fosildeki karbon-14 miktarı, fosilin hayattaki karbon-14 miktarının yüzde 35'i olarak bulunmuşsa :

100'den 35'e düşmüş, İlk Miktar=100, Son Miktar=35
Süre = [ ln(35/100) / -0.693 ] x 5730
Süre = (-1.05/-0.693) x 5730
Fosilin yaşı  8681 yıl olarak bulunur.

Sınırlamalar

Karbon-14 yöntemi 50000 yıllık süre için uygundur. Bu süreyi geçen fosillerdeki karbon-14 miktarı ölçülemeyecek kadar az olduğu için hata oranı artar.

Bu yöntem 1950'den önceki organik kalıntılar için uygulanır. 1950 yılından sonra gerçekleştirilen nükleer denemeler yüzünden doğadaki karbon oranları değişmiştir.

Her ne kadar tarihteki karbon-12 / karbon-14 oranı sabit olarak kabul edilse de bazı çağlarda bu oranının kayda değer biçimde değiştiği bilinmektedir. Bu nedenle bu yöntem bir kaç bin yıllık fosiller için güvenilir sonuçlar vermektedir.

Benzer Uygulamalar

50000 yıldan daha eski kalıntılar için farklı yarılanma süresine sahip radyoaktif izotoplar kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları :