14 C İLE YAŞ TAYİNİ
14 C ün meydana gelişi atmosferde azot atomlarının sürekli olarak kozmik ışınlarla etkileşime girmesi sonunda ve patlatılan nükleer bombalar ya da nükleer ve fosil yakıt kullanan enerji santralları yoluyladır. Ortama karışması ve yerkabuğunun her kompartımanında bulunuyor olması trityuma benzer. 5730 yıllık fiziksel yarı ömrü boyunca 158 kev (maksimum) enerjiye sahip -β partikülleri yayarak stabil bir element olan 14 N e bozunur.
Çoğunlukla atmosferde 14 CO 2 şeklinde oksijenle yaptığı bileşik halinde bulunur ve 12 CO 2 ile kolayca karışır. Çevrede 1 14 C atomuna karşılık 10 12 12 C atomu bulunmaktadır. Besin zincirine 14 CO 2 in fotosentetik yolla bitkilere bağlanmasıyla girer. 14 C, bitki ve hayvanlarda girdiği çeşitli metabolik işlemlerde, karmaşık dönüşümlerle pek çok şekle girer ve bu bileşiklerin oksitlenmesiyle 14 CO 2 şeklinde yine atmosfere döner. CO 2 denizlerde karbonat ve bikarbonatlara dönüşerek inorganik karbon yatakları oluşturur.
Canlılardaki 14 C/ 12 C oranı hava ve sudaki orana yakındır. Büyüme dışında, organizmalardaki karbon miktarı hemen hemen sabit kaldığından, bu canlılarda çevreden alınarak biriktirilen 14 C miktarı da sabit olacaktır. Bu durumdan ve uzun yarı ömründen yararlanarak 14 C den çeşitli organik yapıların yaşlarının belirlenmesinde yararlanılmaktadır. Bununla beraber, insan etkinlikleri sonunda 1860 yılından beri küresel olarak 14 C/ 12 C oranı değişmiştir. Fiziksel yarı ömrü nedeniyle 14 C miktarı azalmış olan fosil yakıtların hızla tüketilmesi nedeniyle 14 C/ 12 C oranı çevrede ve canlılarda azalmaktadır. Besin zincirinde kimyasal dönüşümler sırasında 14 C ve 12 C nin dağılımında küçük farklar görülmektedir. Bunun 14 C ün 12 C ye göre az da olsa daha kuvvetli kimyasal bağlar yapması ve 12 C ve 12 CO 2 in 14 C ve 14 CO 2 e göre biraz daha hızlı dağılmasının neden olduğu ileri sürülmektedir.
Willard F. Libby 2. dünya savaşından sonra Colombia Üniversitesindeki Manhattan Projesi nden (atom bombası ile ilgili proje) ayrılarak Chicago Üniversitesi nde Enrico Fermi Enstitüsü ne geldi ve kozmik ışınların atmosferdeki etkileri konusunda çalışmaya başladı. 1946 yılında belli özellikteki ve yaklaşık 50 000 yıla kadarki yaşlarda bulunan örneklerin yaşlarının bulunmasına olanak sağlayan 14 C ile yaş tayini metodunu buldu. 1960 yılında kimya dalındaki Nobel ödülünü kazandı.
Kozmik ışınların atmosferde N atomları ile çarpışmaları sonucunda 14 C radyonüklidi oluşur (Bilindiği gibi kozmik ışınların atmosferdeki stabil atomlarla interaksiyonu sonucunda oluşan radyonüklidlere kozmojenik radyonüklid denir). 14 C radyonüklidi 12 C stabil atomu gibi davrandığından oksijenle birleşerek 14 CO 2 meydana getirir. Fotosentez sırasında bitkilere bağlanan 14 C besin zinciri içerisinde yer alan diğer canlılar tarafından asimile edilir. Sanayi devrimine kadar atmosferdeki 14 C/ 12 C oranı her bir 14 C atomuna karşılık 1 trilyon 12 C atomu olacak şekildedir. Bu oran organizma yaşadığı sürece devam etmektedir. Her ne kadar vücuda alınan 14 C bozunmaya uğrasa da beslenme yoluyla 14 C alımı devam ettiği için ölüme kadar oran değişmemektedir. Canlıların ölümünden sonra karbon alımının durmasına karşın ölü dokulardaki 14 C ün 14 N e dönüşümü devam etmektedir.
Ölüm anında var olan 14 C atomlarının sayısı 5760 yıl ( 14 C yarı-ömrü) sonunda ½ ye1520 sene sonra ¼ e 17280 yıl sonunda 1/8 e inecektir.
Metodun doğru sonuç vermesi için, yaşı tayin edilecek örneğin çürümemiş veya kimyasal değişikliğe uğramamış olması gerekmektedir. Buna göre 14 C yöntemiyle yaş tayininde en uygun örnekler sırasıyla; Odun kömürü veya kömürleşmiş organik yapılar İyi korunmuş odunsu yapılar İyi korunmuş boynuz ve benzeri yapılar İyi korunmuş hayvan kabukları
Örneğin sahip olduğu 14 C aktivitesinin bulunması için aktivitesi bilinen bir standart 14 C kaynağından alınan sayım ve bilinen aktivitesi ile örneğin sayım değeri ve bulunacak aktivitesi arasında aşağıdaki eşitlik vardır. Örneğin aktivitesi A (Bq kg 1 ) Örneğin sayım değeri N (Bq kg 1 ) = Standardın aktivitesi A S (Bq kg 1 ) Standardın sayım değeri N S (Bq kg 1 ) A = N A S N S
Canlı örneklerde 14 C miktarının tahmini: Atomik absorpsiyon spektrofotometresi, ICP-MS, nötron aktivasyon analizi gibi bir tayin yöntemiyle örnekteki toplam karbon miktarı ölçülür. Bu toplam miktarın trilyonda biri 14 C miktarını verir.
Örneğin, volkanik patlamalar sonucu yanmış bir ağaç fosilinin yaşını tespit edelim. Bu fosilde 1 gramında 1 dakikada 7 C-14 bozunması olduğu bilinsin. Günümüzde yaşayan bir organizmanın 1 gramında 1 dakikadaki C-14 bozunması 15,3 tür. C-14 ün yarı ömrünün (t 1/2 ) 5730 yıl olduğunu biliyoruz. A = A 0 x e λt λ = 0.693 T f 7 = 15.3 e 0.693 t/5730 0.458 = e 1.2 10 4 t A = A 0 x e 0.693 t/ T f ln 0.458 = lne 1.2 10 4 t -0.781 = 1.2 10 4 t t = 6500 yıl
Bir geyik boynuzu örneğinde 14 C aktivitesi sıvı sintilasyon cihazı ile ölçülmüş ve 100 Bq/kg olarak bulunmuştur. Geyik boynuzu fosilinin yaşını bulunuz (Günümüzde yaşayan organizmalarda 14 C aktivitesinin 0.255 Bq/gr olduğu bilinmektedir). A = A 0 x e 0.693 t/ T f 0.693 t/5730 0.1 = 0.255 e 0.1 = e 1.2 10 4 t ln 0.1 = lne 1.2 10 4 t -2.302 = 1.2 10 4 t t = 19188 yıl
14 C tekniğinin zayıf yanları 14 C tekniğinin sağlıklı işlemesi için yeryüzündeki ve dolayısıyla da organizma kalıntılarındaki 14 C/ 12 C oranının canlı yaşadığı zamandan günümüze kadar geçen sürede değişmemiş olması gerekmektedir. Metodun ilk bulunduğu 1940 lı yıllardan beri bu oran 1/1 trilyon olarak kabul edilmektedir. Fakat son gelişmeler böyle bir kabulün artık bütünüyle doğru olmadığını göstermektedir.
1. Yeryüzündeki jeomanyetik akıda meydana gelen dalgalanmalar (Jeomanyetik alan atmosferde 14 C oluşum veriminde etkilidir) 2. Güneş patlamaları gibi güneş ışınlarının ve kozmik ışınlardaki dalgalanmalar 3. Okyanus dibindeki hareketlenmeler 4. Endüstri devrimi 14 C/ 12 C oranını azaltmıştır. Nükleer bomba denemeleri ise 14 C/ 12 C oranını artırmaktadır ki yakın geçmişte oranda meydana gelen bu dalgalanmalar modern örneklerin yaş tayininin uygun olmadığını gösterir.
Arkeologlar mezarını buldukları bir insanın ne zaman yaşadığını belirlemek istediklerinde, eğer bu insan hayattayken yeryüzünde daha fazla 14 C mevcut idiyse kemiklerden yapılan geçen zaman hesabı hatalı (gerçek değerinden fazla) olacaktır. Tam tersi eğer bu canlı yaşadığı dönemde yeryüzünde daha az 14 C mevcut idiyse geçen zaman daha fazla bulunacaktır.
C-14 sonuçlarının kalibre edilmesi gerekir. Hessel de Vries
OSL- Optical Stimulated Luminesans (Işık uyarlamalı lüminesans yöntemi TLD Termo lüminesans yöntemi