Metoda fizyczna umożliwiająca określanie wieku różnych obiektów, oparta na zjawiskach związanych z rozpadem jąder ciał promieniotwórczych nazywa się radiochronologią.
Spośród różnych pierwiastków na szczególną uwagę zasługuje węgiel, jako jeden z podstawowych składników wszystkich organizmów żywych. Występuje on w trzech odmianach: ¹²C (98,892%), składający się z 6 protonów i sześciu neutronów, ¹³C (1,108%) oraz ¹⁴C (zaledwie 10^-11%), składający się z sześciu protonów i ośmiu neutronów. Izotop ¹⁴C ma własności promieniotwórcze i ulega promieniowaniu beta minus rozpadając się na azot i elektron. Czas połowicznego zaniku tego węgla wynosi 5730 lat, czyli po upływie takiego czasu z każdego grama węgla ¹⁴C pozostaje połowa.
Pytanie skąd bierze się izotop ¹⁴C? Planeta nasza jest nieustannie bombardowana promieniami kosmicznymi, czyli cząstkami o ogromnych energiach. Cząstki te wywołują w powietrzu reakcje jądrowe, w wyniku których powstają neutrony (średnio powstaje 2,6 neutron na 1cm² powierzchni w ciągu 1 sekundy). Neutrony te z kolei pochłaniane są przez atomy azotu i w większości reakcji powstaje węgiel ¹⁴C (2,2 atomu na sekundę).
Węgiel jest pierwiastkiem bardzo aktywnym chemicznie. Dlatego, gdy tylko powstanie, łączy się z dwoma atomami tlenu, tworząc dwutlenek węgla. Własności chemiczne atomu zależą jedynie od liczby elektronów, a więc równie chętnie atomy tlenu łączą się z atomem węgla ¹²C jak i węgla ¹⁴C (każdy ma sześć elektronów, tworząc dwutlenek węgla. Radioaktywny węgiel nie opada więc na Ziemię w postaci deszczu lub śniegu. Wiatr i zjawisko dyfuzji w atmosferze powodują mieszanie się cząsteczek radioaktywnego węgla ze zwykłym. Założono, że stosunek ilości węgla promieniotwórczego do ogólnej ilości zawartego w powietrzu węgla jest niezmienny. Ponieważ rośliny pochłaniają dwutlenek węgla z powietrza, węgiel, który stanowi składową część każdej rośliny, zawiera w sobie taką samą procentowo ilość odmiany promieniotwórczej jak atmosfera. To samo dotyczy człowieka i zwierząt.
Z chwilą śmierci organizm przestaje pochłaniać ¹⁴C. Od tej chwili zawartość węgla promieniotwórczego zaczyna się w nim systematycznie zmniejszać. Procesu tego nie żadna siła nie jest w stanie powstrzymać, ani opóźnić, ani przyspieszyć. Po upływie 5730 lat zawartość ¹⁴C zmniejszy się do połowy, po upływie następnych 5730 lat pozostanie już tylko czwarta część początkowej ilości i tak dalej.
Określenia procentowej zawartości węgla promieniotwórczego dokonuje się skomplikowaną metodą laboratoryjną, której twórcą jest amerykański fizyk Willard Franck Libby. Pierwsze wyniki prac opublikował on w roku 1948, zaś w roku 1960 otrzymał za swe odkrycie nagrodę Nobla. Metoda wymaga otrzymania czystego węgla (do badań potrzeba 1g węgla), a następnie przeprowadza się pomiar promieniowania przy pomocy odpowiednich detektorów. Wiek próbki, czyli czas jaki upłynął od chwili śmierci, otrzymuje się na podstawie obliczeń.
Niestety skład procentowy izotopów węgla w atmosferze się zmieniał i to nie wiemy jak. Na to miały wpływ:
- zmiana natężenia promieniowania kosmicznego, przykładowo spowodowana wybuchami na Słońcu,
- emisja CO₂ ze spalania paliw kopalnych zwiększająca procentową zawartość izotopów ¹²C i ¹³C,
- próbne wybuchy nuklearne, energetyka nuklearna i reaktory badawcze produkujące izotop ¹⁴C.
Metoda ta zakłada również, że po śmierci organizmu nie wnikają do niego nowe atomy ¹⁴C. Ale istnieje wiele dróg, którymi ¹⁴C może wnikać w martwy organizm. Może być to woda podskórna mająca kontakt z organizmem lub pożar w najbliższym otoczeniu leżącego przedmiotu. Dlatego przed zastosowaniem tej metody należy sprawdzić czy rzeczywiście po śmierci organizmu ustał dopływ węgla ¹⁴C.

Kulki latające po swojej komorze miałyby nadać ruch całemu kołu.

Dla sprawdzenia wiarygodności metody dokonano pomiarów na próbkach o znanym wieku. Otrzymano zadziwiającą zgodność wyników. Obecnie metodę datowania na podstawie węgla ¹⁴C wykorzystuje się w badaniach geologicznych, geofizycznych, archeologicznych i historycznych. Daje możliwość wyjaśnienia szeregu wydarzeń z historii naszej planety i zamieszkującej ją ludności. Metoda ta ma jednak ograniczenia. Otóż po upływie mniej więcej dziesięciu okresów połowicznego rozpadu, praktycznie wszystkie jądra ulegają rozpadowi. Czyli ten sposób pomiaru czasu jest dobry, gdy wiek nie przekracza 50000 lat.
Poza metodą węgla promieniotwórczego stosowane są również metody datowania na podstawie innych pierwiastków promieniotwórczych występujących w skałach lub w wodzie morskiej. Tym sposobem za pomocą pierwiastka uranu określono wiek niektórych warstw skorupy ziemskiej na około 4 mld lat.

---

« Poprzednia