التناقص الإشعاعي/التأريخ بالنشاط الإشعاعي

التأريخ بالنشاط الإشعاعي

يُمَكِّن التناقص الإشعاعي لبعض العناصر المشعة، الموجودة في الصخور أو الكائنات الميتة، من إيجاد عدة تقنيات للتأريخ. فبمقارنة قياس نشاط أو كمية مادة عينة مع قياس عينة "شاهدة" من نفس الطبيعة، يُمكن تقدير عمر العينة.

التأريخ بالكربون 14

تتبادل الكائنات الحية (الإنسان والحيوان والنبات) الكربون مع الجو (عبر التنفس والتركيب الضوئي) ومع المركبات العضوية (عبر التغذية).

يتوفر عنصر الكربون أساسا على نظيرين: الكربون 12 وهو مستقر، والكربون 14 وهو إشعاعي النشاط $\beta ^{-}$. وهذا الأخير موجود بكميات ضئيلة بسبب ضعف وفارته الطبيعية ($0.0001\%$)، حيث يوجد بهذه الوفارة في كل تركيب كيماوي يضم الكربون، مثل ثنائي أوكسيد الكربون ${\ce {CO2}}$.

ويتكون هذا النظير نتيجة تفاعل نوى الآزوت مع نوترونات الأشعة الكونية وفق المعادلة التالية: ${\ce {^14_7N + ^1_0n -> ^14_6C + ^1_1H}}$ .

نفترض أنه خلال 40000 سنة الأخيرة، بقيت نسبة الكربون 14 في الفضاء ثابتة مع مرور الزمن.

إن هذه النسبة توجد في كل الكائنات الحية، وعند موتها تتناقص هذه النسبة بسبب تفتت نوى ${\ce {^14C}}$ وفق المعادلة التالية: ${\ce {^14_6C -> ^14_7N + ^0_{-1}e}}$.

وبتطبيق قانون التناقص الإشعاعي: $a(t)=a_{0}e^{-\lambda t}$ ،

وعلما أن عمر النصف $t_{1/2}$ يساوي 5600 سنة، وأن $\lambda ={\frac {\ln 2}{t_{1/2}}}$ ، يُمكن تحدد عمر عينة بالعلاقة التالية: $t=-{\frac {1}{\lambda }}\ln \left({\frac {a(t)}{a_{0}}}\right)=-{\frac {t_{1/2}}{\ln 2}}\ln \left({\frac {a(t)}{a_{0}}}\right)$

يُقاس النشاط $a(t)$ لكتلة معروفة من عينة (1 غرام مثلا)، ويُقاس النشاط $a_{0}$ لنفس الكتلة من عينة شاهدة حالية.

وتجدر الإشارة إلى أن طريقة التأريخ بالكربون 14 تُستعمل فقط بالنسبة للعينات التي يكون عمرها أقل من 40000 سنة. وهذا راجع لكون العينات الأطول عمرا تحتوي على كمية ضئيلة جدا من ${\ce {^14C}}$، ولا يمكن قياس نشاطها.

التأريخ بطرق أخرى

توجد طرق أخرى للتأريخ تُستعمل فيها نويدات مشعة عمر نصفها كبير جدا، وتُمَكِّن من تأريخ عينات أكثر قِدَما.

لتأريخ عينات قديمة جدا كالصخور، يُستعمل الأورانيوم 238. إن استعمال هذا النظير ذي عمر النصف $t_{1/2}=4.468\times 10^{9}$ (سنة)، قد مَكَّنَ من تقدير عمر الكرة الأرضية بحوالي 4.55 مليار سنة.

عندما تتعذر معرفة التركيب البدئي لعنصر مشع موجود في عينة، يُفَضَّل استعمال طرق أخرى يُقارن فيها تطور نوعين من النويدات كالزوج روبيديوم-سترنسيوم.