Datarea cu carbon

Datarea cu carbon

Carbonul este un element remarcabil din mai multe motive. Printre formele sale diferite se numara una dintre cele mai moi (grafit) si una dintre cele mai dure (diamant) dintre substantele cunoscute. Mai mult, are o capacitate deosebita de a forma legaturi chimice cu alti atomi mici, incluzand atomii de carbon, iar marimea sa il face capabil de a forma legaturi multiple. Datorita acestor proprietati, carbonul poate forma aproape zece milioane de compusi chimici diferiti. Compusii de carbon reprezinta baza vietii pe Pamant si ciclul carbon-azot produce o parte din energia radiata de Soare si de alte stele. In plus, carbonul are cele mai inalte puncte de topire/sublimare dintre toate elementele. La presiunea atmosferica nu are punct de topire deoarece punctul sau triplu este la 10 MPa (100 bar), deci sublimeaza la peste 4000 K. Astfel, el ramane solid la temperaturi mai inalte decat cele mai mari puncte de topire ale metalelor, precum wolframul sau reniul, indiferent de forma sa alotropica.

Carbonul nu a fost creat in timpul Big Bang-ului, deoarece are nevoie de producerea unei coliziuni triple de particule alfa (nuclee de heliu). Universul s-a extins initial si apoi s-a racit prea repede pentru ca acest lucru sa fie posibil. Oricum, este produs in interiorul stelelor in ramura orizontala, unde un nucleu de heliu este transformat in carbon prin procesul triplu-alfa. A fost de asemenea creat in stari multi-atomice.

In 1947, echipa profesorului Willard F. Libby de la Universitatea din Chicago (Premiul Nobel pentru Chimie in 1960) realizeaza o adevarata revolutie in stiinta (in primul rand geologie si geofizica, dar si hidrologie, stiintele atmosferice, oceanografie, geologie, palaeoclimatologie, biomedicina) si istorie (in primul rand in arheologie) prin descoperirea metodei de datare cu carbon radioactive. Ca orice mare idee, si aceasta este extreme de simpla.

Metoda de datare a materiei organice (cum ar fi osul sau lemnul), utilizata in arheologie. Plantele absorb dioxidul de carbon din atmosfera si il incorporeaza in tesuturile lor; o parte a acelui dioxid de carbon contine izotopul de carbon radioactiv C14. Cum acesta se descompune intr-un ritm cunoscut (timpul sau de injumatatire fiind de 5 730 de ani - altlfel spus, in acest interval de timp se descompune jumatate din cantitatea de carbon radioactiv continuta), timpul scurs de la moartea plantei poate fi masurat in laborator. Animalele preiau si ele in organism C14 prin ingerarea tesuturilor vegetale, iar resturile lor pot fi datate in mod similar. Dupa 120 000 de ani ramane atat de putin C14, incat masurarea sa nu mai este posibila.

In Natura exist doi izotopi stabili ai carbonului, C12 si C13, si unul instabil, radioactiv: C14. C12 este cel mai prezent in natura: 98 %. C14 in schimb este mult mai putin prezent: doar un atom de C14 la un trilion (1012) atomi de C12!

Metoda de datare se bazeaza pe rata de dezintegrare a carbonului 14, care se formeaza in straturile inalte ale atmosferei in urma actiunii razelor cosmice asupra azotului 14. Reactia chimica este urmatoarea:

N14 + n => C14 + p

(unde cu n este notat neutronul si cu p, protonul).

Abia format, C14 se oxideaza rapid in dioxid de carbon si intra astfel in ciclul natural al planetelor si animalelor, prin fotosinteza si ciclul alimentar. Cat timp organismul este viu, se mentine un echilibru permanent cu atmosfera si cantitatea de carbon este tot timpul reimprospatata. Cand organismul moare, acest proces inceteaza. Din acest moment se poate urmari cu precizie dezintegrarea carbonului 14. In 1949, Libby si echipa sa calculeaza ca in 5.568 de ani jumatate din cantitatea de carbon 14 se dezintegreaza (reactia chimica fiind de fapt o dezintegrare beta:

C14 => N14 + e,

unde e este electronul emis); dupa alti 5.568 de ani inca jumatate din ceea ce a ramas.

Astfel, dupa aproximativ 10 "vieti" (10 perioade de injumatatire), cantitatea de carbon radioactiv din problema analizata este redusa la cantitati nesemnificative. Cu alte cuvinte, intr-o perioada de 50-60.000 de ani se ating limitele metodei (Fizica oferind in schimb, in aceasta zona de timp, tehnicile radiometrice). Ceea ce ramane de facut este acum evident: se masoara cantitatea de carbon 14 (radioactivitatea reziduala) intr-o proba de varsta necunoscuta, se compara cu nivelele actuale de radioactivitate si se folosesc timpii de injumatatire masurati, putandu-se astfel estima varsta probei.

La inceput, Libby si echipa sa au testat metoda pe probe de varsta cunoscuta din alte surse, cum ar fi lemnul de salcam din mormantul faraonului Zoser, din a treia dinastie egipteana (aproximativ 2.700-2.600 i.Chr.). Rezultatul testului cu carbon radioactiv a inregistrat o eroare de numai 10% fata de varsta reala.

Metoda datarii cu carbon radioactiv da rezultate foarte bune in cazul probelor datand din epocile geologice cuprinse intre neocen (acum aproximativ 21 milioane de ani) si pliocen (acum 65 milioane de ani). Probele din timpuri mult mai indepartate sau foarte apropiate trebuie tratate cu foarte mare grija, erorile putand fi substantiale (cum s-a intamplat de exemplu in cazul mult discutat al Giulgiului din Torino). Sigur ca erorile de datare sunt neplacute, dar "impactul" lor nu poate fi unul atat de dramatic cum se intampla - cum s-a intamplat - in cazul unei alte aplicatii extraordinare a radioactivitatii.

Aceasta metoda se bazeaza pe fenomenul dezintegrarii in timp a unor elemente radioactive in alte elemente: Uraniu se dezintegreaza in Toriu si Toriu in Plumb. Deci pentru o roca se stabileste cat Plumb contine si cunoscand rata de dezintegrare a Uraniului se calculeaza varsta rocii.

In acest proces sunt insa implicate cateva presupuneri cum ar fi o rata de dezintegrare constanta dar cercetarile moderne arata ca nu este asa. O alta presupunere este cantitatea initiala din elementul-parinte si aceasta este in principal aproximarea cercetatorului. A treia presupunere este ca Plumbul provine numai din dezintegrarea Uraniului si aceasta da varste foarte mari. Dr. Melvin Cook, un detinator al premiului Nobel pentru cercetarile sale in acest domeniu, a descoperit ca Plumbul nu provine din Uraniu asa cum s-a presupus. El a aplicat o reactie de corectie cu neutroni acestei metode de datare; aplicand aceasta corectie, rocile din Cambrian datate la 600 de milioane de ani, sunt acum de cateva mii de ani.

Faimoasa metoda de datare cu Carbon 14 este bazata pe o alta presupunere: Carbonul 14 a atins starea de echilibru; aceasta presupune ca rata de producere a Carbonului 14 este egala cu rata de dezintegrare. Aceasta stare se poate realiza dupa 30.000 de ani de la formarea atmosferei si cum evolutionistii vorbesc despre miliarde de ani, se presupune ca aceasta stare de echilibru ar fi fost atinsa. Studiile moderne, facute chiar de cei care au descoperit aceasta metoda, arata ca starea de echilibru nu a fost atinsa si procesul de formare este cu cel putin 24% mai mare decat rata de dezintegrare. De aceea toate datele determinate cu aceasta metoda trebuie sa fie ajustate. In acelasi timp, folosind aceasta informatie, oamenii de stiinta au putut calcula varsta atmosferei si s-a gasit a fi de maximum 10.000 de ani; cum nu ne putem imagina un Pamant fara atmosfera, varsta Pamantului nu poate fi mai mare de 10.000 de ani, in conformitate cu modelul Creationist.

Datarea cu carbon se foloseste doar pentru substante organice. Perioada de injumateatire al Carbonului 14 este de 5700 de ani, deci e limpede ca aceasta metoda nu poate merge prea departe in urma. Unii cred ca se poate ajunge cu ea peana la 20 000 de ani sau mai mult, dar aceasta ar implica atate de multe presupuneri, incate nu poate fi precisa. Chiar aparatorii ei spun ca te poti increde in ea cam peana la 3000 de ani in urma, dar, daca se merge mai departe, devine din ce in ce mai putin demna de incredere. Sistemul se bazeaza pe un intreg set de presupozitii.

In principiu exista doua tipuri de metode de datare radioactiva. Un tip este sistemul Carbon 14, folosit la datarea fragmentelor de organisme care au trait. Nu a fost folosit niciodata pe esantioane neorganice, si aproape ca nici nu intra in discutie daca se considera ca esantionul ar putea fi mult mai vechi de 50000 de ani. Ea furnizeaza unele dovezi foarte bune, folosite adesea de creationisti.

A doua mare categorie se mai numeste 'datarea cu metale grele' si include sistemele uraniu-toriu-plumb, rubidiu-strontiu si potasiu-argon. Aceste metode se folosesc in mod obisnuit pentru esantioane anorganice, cum sunt rocile, dind adeseori virste extrem de mari - milioane sau miliarde de ani. Evolutionistii descriu adesea aceste metode ca dovedind marea vechime a pamintului si a straturilor sale. Creationistii le critica adesea, fiindca dau rezultate cu totul false.

Toate metodele de datare mentionate pornesc de la un anume izotop radioactiv precum U-238, U-235, Tor-232, K-40 sau Rb-87. Ei se numesc izotopi 'mama'. Sunt elemente radioactive in mod natural, adica emit spontan particule alfa sau beta si, ca urmare, se transforma in alte elemente, numite izotopi 'fiice'.

Dar problemele metodei de datare cu radiocarbon sunt incontestabil adanci si serioase. in ciuda celor 35 de ani de perfectionare tehnologica si unei mai bune intelegeri, principiile ce stau la baza metodei au fost putemic puse la indoiala.Continuarea folosirii metodei depinde de un demers de tipul indreptarii pe parcurs, permitand aici o contaminare, dincolo o fractionare si ajustare ori de cate ori este posibil. Astfel ca nu e de mirare ca cel putin jumatate din datari sunt respinse. E de mirare faptul ca cealalta jumatate ajunge saa fie acceptata. Indiferent cate de utila este, totusi metoda radiocarbonului nu este capabila sa ofere rezultate precise si demne de incredere. Exista mari discrepante, cronologia e neuniforma si relativa, iar datele acceptate sunt de obicei datele selectate.

Conform specialistilor, cel mai de incredere sistem de datare nu este radiocarbonul, ci datarea dupa inelele de crestere a copacilor [dendrocronologie]. Recent s-au putut testa o intreaga serie de lucruri, comparandu-se datele sistemului radiocarbon cu datele oferite de cercurile copacilor, si sa-a descoperit ca metoda datarii cu radiocarbon se abatea mult mai mult decate se credea. Calculele dupa inelele copacilor aveau tendinta saa dea varste mai mari cu cateva secole decate cele cu radiocarbon. Alte metode radiometrice se folosesc pentru a obtine varste de milioane si miliarde de ani: metoda potasiu-argon etc. Si aceste metode se bazeaza pe tot felul de idei preconcepute; trebuie saa accepti acele idei preconcepute inainte ca sistemul saa 'functioneze'.