FOSİLLERE YAŞI SORULMAZMIŞ: RADYOKARBON TEKNİĞİ – Açık Bilim
07 Ocak 2013 Murat Pınar	MAKALE	0 Comments
Öncelikle biraz altyapı oluşturmak adına en basit haliyle terminolojiler üzerinden gidelim:
Radyasyon kelimesine hepimiz aşinayız.
Ancak “radyasyon nedir?” diye bir soru sorarsak kendimize, biraz duraksayabiliriz. Aslında cevap basit: radyasyon, radyoaktif ışımalara verilen addır. Radyoaktivite(radyoaktiflik) de bu ışıma türünün adıdır. Temelde proton(p), nötron(n) ve elektron(e) taneciklerinden oluşan atomlardaki 1 ve 1’e yakın n/p oranı, onlara kararlılık kazandırır; yani çekirdekleri parçalanmaya veya nükleer bozunmaya karşı daha dayanıklı hale gelir.
Şekil 1: Bizmut, periyodik tablonun 5-A grubunda yeralan atom numarası 83 olan elementtir(Kaynak: Vikipedi)
En büyük atom numarasına sahip kararlı çekirdek Bizmut çekirdeğidir; bu elementten büyük atom numarasına sahip tüm elementler radyoaktif özelliktedirler, yani radyasyon yayarlar. Radyasyon yaymasından kasıt, atomun yapısından bazı taneciklerin ayrılması yani birtakım bozunmalar ve ışımalardır; bunlar β(beta) bozunması, α(alfa) bozunması ve γ(gama) ışıması şeklinde sıralanabilir. Ayrıntılı bilgi için vikipediyi okuyabilirsiniz.
Radyoaktif bir elementin bütün atom çekirdeklerinin zamanla tükeneceğini söyleyebiliriz. Her bir element kendine özgü bir bozunma hızına sahiptir. Bu bozunma hızları da yarılanma süresi(t1/2) adı verilen bir ifadeyle belirtilir, diğer bir deyişle yarılanma süresi(yarı ömür) maddenin yarısının bozunması için geçen süredir.
Bir radyoaktif parçalanma için eşitlik şu şekildedir:
N0: Radyoaktif çekirdeğin başlangıçtaki sayısı
N: Herhangi bir t anındaki çekirdek sayısı veya miktarı
k: Parçalanma hız sabiti
Yarılanma süresince (t1/2) zaman ile parçalanma hız sabitinin eşitliğine ulaşmak için N yerine N0/2 yazmamız yeterlidir, sonuç olarak
Bu tür bozunmalar kendiliğinden olduğu gibi dış etkenlerce de yapılabilir, yani birtakım ışınlara maruz kalan çekirdek de değişime uğrayabilir.
Şekil 2: Atmosferimizdeki karbon döngüsünün temsili(Kaynak: anonim)
Atmosferimizden karbon testine uzanan hikayemize gelecek olursak…
Atmosferin üst katmanlarında bulunan CO2 gazı uzaydan gelen kozmik ışınlarca bombardımana tutulur. Bu esnada doğada Karbon 12 olarak bilinen atomu içeren karbondioksit gazı içindeki karbon yapısına iki nötron daha katarak Karbon 14 izotopuna dönüşür. Karbon 14 yapısıyla karbondioksitin yapısına giren karbon, fotosentez amacıyla bitkiler tarafından kullanılarak karbondioksit döngüsüne katılmış olur. Sonrasında bu bitkileri yiyen hayvanlar, insanlar ve diğer canlıların yapısına da Karbon 14 ulaşmış olacaktır. Geçmiş zamanda yaşayan canlıların yapısında bulunan Karbon 14 miktarı da böylece günümüze dek sıkça kullanılan bir yönteme ön ayak olmuştur:
Karbon 14 atomunun özelliği radyoaktif olmasıdır ve günümüzde pek geçerliliği olmasa da radyoaktif özelliğinden faydalanılarak fosillerin, arkeolojik kalıntıların yaşlarını hesaplamada kullanılır. Karbon 14 (C 14) miktarı kullanılarak yaş tayin etme tekniğine ise Radyokarbon tekniği adı verilmiştir. Yöntem genel olarak canlının ölümünden günümüze dek vücudunda kalan Karbon 14 radyoaktif atomlarının bozunmaları sonrasındaki miktar ile atmosferde, dolayısıyla canlı vücudunda, sabit olduğu varsayılan* Karbon 14 miktarı arasında ilişki kurarak günümüze kadar geçen süreyi hesaplamayı hedefler.
Geçerliliği konusunda şüpheler, günümüzde hatalı olduğu düşünülen bir varsayımdan kaynaklanmaktadır. Eski zamanlardan günümüze kadar geçen zamanda atmosferde kozmik ışınlara maruz kalan CO2, dolayısıyla Karbon 14 miktarı sabit kabul edilmiştir. Ancak bugüne kadar yapılan pek çok araştırma atmosferdeki Karbon 14 miktarının belirli yıllarda sıçrama yaptığını, yani sabit kalmadığını, göstermiştir*. Dergimiz yazarlarından Çağrı Yalgın’ın bu konu hakkında yapılan bir araştırmayı içeren yazısını inceleyebilirsiniz. Ağustos ’12 sayımızda yayınlanan bu yazımızda süpernova patlamalarının atmosferdeki Karbon 14 miktarında bir sıçrayışa sebep olduğu anlatılmıştı.
Sonuç olarak, Karbon 14 miktarının sabit olmadığını düşündüğümüzde açığa çıkabilecek sapmalar da yöntemin güvenilirliğini zedelemektedir.
Herşeye rağmen basit sayılabilecek bir matematik hesabı ve birkaç bilgiyle fosillerin yaşını hesaplayabilmek heyecan verici!
Gelin şimdi gerçek bir fosilin yaşını hepberaber hesaplayalım. Fosilimiz ise çok uzaklardan değil, Yenikapı çalışmalarından olacak. Bildiğiniz üzere, Marmaray projesi kapsamında İstanbul-Yenikapı çevresinde yapılan kazılarda Bizans dönemine ait pek çok kalıntı bulunmuştu. (Bu proje detayları için dergimiz yazarlarından Sinem Doğan’ın Marmaray Projesi İstanbul’un Saklı Tarihini Aydınlatıyor isimli yazısını okuyabilirsiniz) İşte fosil örneğimiz o kazılar esnasında açığa çıkarılan bir ata ait, yani yapacağımız işlemler sonunda Bizans atı olduğunu anlayacağımız ata. Bu fosilde 1 gram karbonda 1 dakikada 12,75 Karbon 14 bozunması olduğu biliniyor. Günümüzde yaşayan bir organizmada 1 gram karbonda 1 dakikadaki Karbon 14 bozunması 15,30’dur. Bu bilgiler ışığında fosilimizin yaşını hesaplayalım**:
C 14’ün yarı ömrünün (t1/2) 5730 yıl olduğunu biliyoruz. t zaman sonra bir örnekteki çekirdek miktarını k = 0,693 / t1/2 eşitliği şeklinde yukarıda görmüştük.
N0/N oranını bulmak için atmosferdeki C 14 ve C 12 oranının sabit kaldığını varsaymak gerekir*.
N0/N = 15,30 / 12,75 = 1,2 ve t1/2 = 5730 yıl olduğuna göre, fosilin yaşı yaklaşık olarak:
Bu yaş bize kalıntının 2011-1508=503 yılına ait olduğunu gösterir ve bizleri 6.yy dolaylarına götürür ki bu dönemler de Erken Bizans dönemi olarak bilinir.
Gördüğünüz üzere artık hesap makinesini kullanarak bir fosilin yaşını hesaplayacak durumdayız. Her ne kadar sapması konusunda tartışmalar sürse de Radyokarbon tekniğinin 1960 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandıracak kadar ses getiren bir yöntem olduğunu hatırlatmakta yarar var.
**Söz konusu problem Tübitak sitesinden alınmış olup sadece farklılaştırmak amacıyla Yenikapı kazılarıyla ilişkilendirilmiştir, bunun ötesinde bilimsel bir gerçekliği bulunmamaktadır.
Radyoaktivite ders notları, AÖF; http://www.anadolu.edu.tr/aos/kitap/IOLTP/2280/unite19.pdf
Yenikapı’nın Bizans Atları; ONAR Vedat, PAZVANT Gülsün, ARMUTAK Altan, T.C. Kültür ve Turizm Bakanlığı Yayın No: 3268; Kültür Varlıkları ve Müzeler Genel Müdürlüğü Yayın No: 149
ALFA BETA BİZMUT GAMA IŞIMA KARBON 14 KARBON DÖNGÜSÜ KARBON TESTİ RADYASYON RADYOAKTİVİTE RADYOKARBON RADYOKARBON TEKNİĞİ YARI ÖMÜR YARILANMA SÜRESİ