نظير الكاربون C14 المشعّ وتقدير أعمار بقايا الكائنات الحيّة المتحجّرة

نظير الكاربون C14 المشعّ وتقدير أعمار بقايا الكائنات الحيّة المتحجّرة ..

سبحان الخالق المبدع ، سبحان الصانع المتقن ، خلق فسوّى وقدّر فهدى وكلّ شيءٍ عنده بقدر ، خلق الكون من مادةٍ ، وجعل من المادة عناصر ومركبّاتٍ ، وخلق من العناصر أشكالاً عدة وصور شتّى . جسيمات صغيرة تؤلّف الذرّة ،إذا اختلف نوعها أو عددها أختلف تركيبها واختلفت تبعاً لذلك خواص المادة ووظيفتها ، إعجاز وأيّما إعجاز . كلّ له مهمّة ورسالة .
البروتونات .. تلك الجسيمات الموجبة التّي تقبع في قلب نواة الذرّة هي من تحدّد نوع العنصر وماهيته ، الإلكترونات .. تلك الجسيمات الصغيرة الضئيلة التّي لا تفتأ عن الحركة حول النواة هي من تحدّد سلوك المادة وتفاعلاتها ، أمّا النيوترون فحدّث ولاحرج ، عملاق صغير متعادل الشحنة قريب من البروتون مكاناً وكتلةً ، يفعل الأعاجيب في صمت وهدوء ، فهو يجعل_بأمر الله _ من الذرّة عنصراً هادئاً وديعاً مسالماً أو يجعل منها مارداً شيطاناً ، يبعث الموت والخراب ، والدمار والأوصاب ، نعم إنّها النيوترونات .. النيوترونات التي إذا أختلف عددها في نواة ذرة العنصرالواحد كوّنت ما يسمّى بالنظائر .

فما هي النظائر ؟ وماذا نعني بالنظائر المشعّة ؟ ومن هو نظير الكربون 14 الذي بلغت شهرته الآفاق ؟ وكيف يستخدم في تقدير عمر بقايا الكائنات الحيّة المتحجرّة ؟
كلّ هذه التساؤلات سنحاول الإجابة عنها بإذن الله في هذا الموضوع .

إخواني وأخواتي الكرام ….
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ، وأهلاً وسهلاً ومرحباً بكم في موضوع نظير الكاربون C14 المشعّ وتقدير أعمار بقايا الكائنات الحيّة المتحجّرة .

ماهي النظائر ؟
النظائر isotopes عبارة عن ذرات عنصر واحد تختلف في عدد الكتلة لاختلافها في عدد النيوترونات الموجودة في أنويتها .

هل لجميع العناصر نظائر طبيعية ؟
معظم العناصر لها نظائر في الطبيعة وقليل منها ليس له نظائر مثل الألومنيوم والفلور والفسفور ولكن في الوقت الحاضر يستطيع العلماء بما وهبهم الله من علم من إنتاج نظائر مشعّة للعناصر بوسائل إصطناعية عن طريق زيادة أو إنقاص عدد النيوترونات في أنويتها .

ماذا نقصد بالنظائر المشعّة ؟
النظائر المشعّة radioisotopes عبارة عن ذرّات غير مستقرّة ينتج عنها ويتوّلد من أنويتها جسيمات وإشعاعات معينّة radioactive decay وأهمّ هذه الإشعاعات والجسيمات :

1- جسيمات ألفا (إأشّعة ألفا)
جسيمات ألفا Alpha particles decay جسيمات مشحونة إيجابياً (أنوية ذرّات عنصر الهيليوم ++He) مكوّنة من نيوترونين وبروتونين ، وهي أقلّ الأشكال الثلاثة إختراقاً للأجسام لا تنفذ من خلال ورقة ، وهي جسيمات ليست خطرة مالم تبتلع أو تتّصل بعدسة العين.

2- جسيمات بيتا ( أشعّة بيتا)
جسيمات بيتا Beta Decay عبارة عن إلكترون من كلا النوعين الإيجابي ( + ) أو السلبي ( – )، والذي ينبعث من نواة أو نيوترون ذرّي في عملية الإشعاع ، جسيمات بيتا أكثر إختراقاً للأجسام من جسيمات ألفا لكن أقل من أشعة غاما أو الأشعة السينية .

3- أشّعة جاما
شعاع غاما Gamma rays نوع ثاقب جدا من الإشعاع النووي، مشابه لأشعّة x ، ماعدا بأنّه يصدر من نواة الذرّة ، وله طول موجة أقصر .

ماهو نظير الكربون C14 وماأبرز صفاته ؟
لعنصر الكربون ثلاثة نظائر طبيعية هي C14 , C13 ,C12 الكربون 12 هو الكربون الطبيعي وذرّاته مستقرّة بينما النظير 14 ذرّاته غير مستقرّة حيث يتحوّل طبيعياً إلى النيتروجين 14 حسب المعادلة التالية :

نصف عمرالكربون 14 يقدّر بـ 5730 سنة تقريباً .

ماذا نعني بفترة نصف الحياة ؟
نصف الحياة ( Half-life )
نصف العمر هو الوقت الذي تتحلّل فيه نصف ذرّات عنصر مشعّ معيّن ، وفترة نصف الحياة خاصية مميزة لكلّ النظائر المشعّة ، فلكّل نظير مشعّ نصف عمر خاص به .

كيف يتكوّن الكربون C14 في الطبيعة ؟
تدخل كمّيات كبيرة من الأشّعة الكونية ( Cosmic Rays )إلى جو الأرض على مدار الساعة ونتيجة لاصطدام هذه الأشّعة بذرّات المواد المكوّنة للغلاف الجوّي تتولّد أشّعة ثانوية على شكل نيوترونات نشطة، تصطدم هذه النيوترونات بذرّات النيتروجين الموجودة في الهواء الجوّي لتتحوّل إلى ذرّات الكربون المشعّ حسب المعادلة التالية :

كيف يصل الكربون المشعّ إلى أجسام الكائنات الحيّة ؟
يتأكسد الكربون المشعّ تماماً كالكربون الطبيعي لينتج غاز ثاني أكسيد الكربون المحتوي على الكربون المشعّ ، يمتصّ هذا الغاز في عملية التمثيل الضوئي التي يقوم بها النبات ليدخل الكربون في تركيب النبات على شكل مركبّات عضوية ، ونتيجة لغذاء الحيوان وكذلك الإنسان على هذه النباتات فإنّ الكربون المشعّ يصل إلى أجسامهما أيضاً .

——————————————————————————–

كيف يستخدم الكربون المشعّ في تقدير أعمار بقايا الكائنات الحيّة ؟
يوجد الكربون في جسم الكائن الحيّ (الحيّ) في حالة توازن طبيعية فمقابل عملية تخزين الكربون المشعّ في جسم الكائن الحيّ هناك ذرّات من الكربون المشعّ تتحلّل حسب المعادلة :

ونظراً لحالة الإتزّان هذه تظلّ نسبة الكربون المشعّ ثابته جسم الكائن الحيّ أثناء حياته ، وعند موت الكائن الحيّ تتوّقف عملية تخزين الكربون المشعّ في جسم الكائن الحيّ نظراً لعدم قدرته على تناول الغذاء بطبيعة الحال وتستمرّ عملية تحلّل الكربون المشع بنصف عمر قدره 5730 سنة تقريباً ومن ثمّ ستنقص نسبة الكربون المشعّ بالطبع بمرور الزمن .

نسبة الكربون 14 المشعّ إلى الكربون الطبيعي في جسم الكائن الحيّ .

لقد ساهمت النظائر المشعّة في تقدير الحقبة التاريخية التي عاشت فيها الديناصورات والماموث .

وبالنظر إلى نسبة الكربون المشعّ إلى الكربون الطبيعي في العينّة المتحجّرة ومقارنتها بالنسبة ذاتها للكائن الحيّ ( الحيّ ) يمكن تحديد عمر هذا الكائن الحيّ من خلال المعادلة :

t =[ lnk /(-0.693)] x t1/2 ) c
حيث t عمر العينّة ، ln اللوغاريتم الطبيعي ، k نسبة الكربون 14 إلى الكربون الطبيعي في العينّة مقارنة بالنسبة الطبيعية ، و t1/2 فترة نصف العمر للكربون 14 ( 5730 سنة ) .

مثال : في عيّنة متحجّرة كانت نسبة الكربون 14 إلى الكربون الطبيعي مقارنةً بالنسبة الطبيعية تساوي 10% كم يبلغ عمر هذه الأحفورة ؟

الحل :

t = [ln (0.10) / (-0.693)] x 5,700 سنة
t = [(-2.303) / (-0.693)] x 5,700 سنة

t = [3.323] x 5,700 سنة

t = 18,940 بعمر سنوات