Penanggalan radiokarbon

Dari testwiki
Loncat ke navigasi Loncat ke pencarian

Penanggalan radiokarbon (disebut pula penanggalan karbon atau penanggalan karbon-14) adalah suatu metode penentuan usia suatu objek yang mengandung materi organik dengan memanfaatkan sifat radiokarbon, suatu isotop radioaktif dari karbon.[1]

Metode ini dikembangkan pada akhir tahun 1940-an oleh Willard Libby,[2] yang menerima Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1960 berkat karyanya ini. Metode ini didasarkan pada fakta bahwa radiokarbon (Templat:Chem) dihasilkan terus-menerus di atmosfer sebagai hasil interaksi sinar kosmik dengan nitrogen di atmosfer. Templat:Chem yang dihasilkan bergabung dengan oksigen di atmosfer untuk membentuk karbon dioksida radioaktif, yang digunakan tumbuhan untuk proses fotosintesis; hewan memakan tumbuhan tersebut dan menerima Templat:Chem. Ketika hewan dan tumbuhan tersebut mati, pertukaran karbon antara mereka dengan lingkungan berakhir, dan sejak saat itu, jumlah Templat:Chem yang dikandungnya mulai berkurang sedikit demi sedikit ketika Templat:Chem mengalami peluruhan radioaktif. Pengukuran jumlah Templat:Chem dalam sampel tumbuhan atau hewan mati seperti pada suatu potongan kayu atau potongan tulang menyediakan informasi yang dapat digunakan untuk memperkirakan kapan tumbuhan atau hewan tersebut mati. Semakin tua sampel tersebut, maka semakin sedikit Templat:Chem yang dapat dideteksi dari sampel tersebut, dan karena waktu paruh Templat:Chem (masa ketika setengah dari sampel yang diberikan telah meluruh) adalah sekitar 5.730 tahun, penanggalan tertua yang dapat terukur melalui metode ini adalah sekitar 50.000 tahun lalu, meskipun metode penyiapan khusus terkadang dapat memberikan analisis akurat bagi sampel yang sudah sangat tua.

Sejumlah penelitian telah dilakukan sejak tahun 1960-an untuk menentukan proporsi Templat:Chem di atmosfer. Hasilnya, dalam bentuk kurva kalibrasi, saat ini digunakan untuk mengkonversi pengukuran radiokarbon dalam suatu sampel ke dalam perkiraan usia sampel tersebut. Koreksi lainnya harus dibuat dengan mempertimbangkan proporsi Templat:Chem dalam jenis organisme yang berbeda (fraksionasi), serta kadar Templat:Chem yang bervariasi di biosfer (efek reservoir). Pembakaran bahan bakar fosil seperti arang dan minyak, serta uji nuklir yang dilakukan pada 1950-an dan 1960-an mempersulit perhitungan penanggalan karbon. Karena waktu yang diperlukan untuk mengubah materi biologis menjadi bahan bakar fosil lebih lama dibanding waktu yang diperlukan bagi Templat:Chem untuk meluruh pada batas deteksi, bahan bakar fosil hampir sama sekali tidak mengandung Templat:Chem, dan karenanya sempat terjadi penurunan proporsi Templat:Chem di atmosfer yang berawal pada akhir abad ke-19. Kebalikannya, uji nuklir meningkatkan jumlah Templat:Chem di atmosfer, yang mencapai maksimumnya pada sekitar tahun 1965 dengan hampir dua kali dari jumlah Templat:Chem yang ada sebelum uji tersebut dimulai.

Pengukuran radiokarbon pada mulanya dilakukan dengan alat pencacah-beta, yang menghitung jumlah radiasi beta yang dipancarkan melalui peluruhan atom Templat:Chem dalam sampel. Baru-baru ini, spektrometri massa pemercepat menjadi metode pilihan dalam pengukuran radiokarbon; metode ini menghitung seluruh atom Templat:Chem dalam sampel dan tidak hanya karbon yang akan meluruh selama pengukuran; karenanya metode ini dapat digunakan dengan sampel yang lebih sedikit (seperti biji tumbuhan), dan lebih cepat memberikan hasil. Pengembangan penanggalan radiokarbon berdampak besar pada bidang arkeologi. Selain memberi penanggalan yang lebih akurat dibandingkan metode sebelumnya, metode ini mampu membandingkan penanggalan dengan jarak yang amat besar. Sejarah arkeologi terkadang merujuk pengaruh ini sebagai "revolusi radiokarbon". Penanggalan radiokarbon memberikan penanggalan bagi sejumlah masa transisi prasejarah penting, seperti akhir zaman es terakhir, dan awal Neolitikum dan Zaman Perunggu di wilayah yang berbeda.

Sejak diperkenalkan metode ini telah banyak digunakan sampai saat ini untuk menganalisis banyak objek terkenal, antara lain sampel dari Gulungan Laut Mati, Kain Kafan dari Torino, sejumlah besar artefak dari zaman Mesir kuno untuk memasok informasi bagi kronologi Dinasti Mesir,[3] dan Ötzi, manusia purba yang jasadnya ditemukan terawetkan dalam es.[4]

Latar belakang

Sejarah

Pada tahun 1939, Martin Kamen dan Samuel Ruben dari Laboratorium Radiasi di Berkeley memulai percobaan untuk menentukan apakah unsur-unsur yang umum dalam materi organik memiliki isotop dengan waktu paruh yang cukup lama untuk digunakan dalam penelitian biomedis. Mereka mensintesis Templat:Chem menggunakan pemercepat siklotron laboratorium tersebut dan kemudian mereka menemukan bahwa atom-atom tersebut memiliki waktu paruh yang jauh lebih lama dari yang mereka anggap sebelumnya.[5] Penemuan ini kemudian diikuti oleh prediksi oleh Serge A. Korff, yang saat itu bekerja di Franklin Institute di Philadelphia, bahwa interaksi neutron termal dengan Templat:Chem di atmosfer atas dapat menghasilkan Templat:Chem.[note 1][7][8] Templat:Chem sebelumnya telah terpikir untuk dibuat dari interaksi deuteron dengan Templat:Chem.[5] Pada saat di masa Perang Dunia II, Willard Libby, yang saat itu menjalani studi di Berkeley, mempelajari penelitian Korff dan terpikir akan kemungkinan penggunaan radiokarbon untuk penanggalan.[7][8]

Pada tahun 1945, Libby memulai penelitiannya mengenai penanggalan radiokarbon di Universitas Chicago. Ia menerbitkan sebuah makalah pada tahun 1946 yang berisi usulan mengenai kemungkinan adanya Templat:Chem serta karbon non-radioaktif dalam materi hayati.[9][10] Libby dan beberapa kolaborator melakukan percobaan dengan metana yang ia kumpulkan dari selokan di Baltimore, dan setelah memperkaya sampel mereka secara isotopik mereka mampu menunjukkan bahwa sampel tersebut mengandung Templat:Chem. Di sisi lain, metana yang dihasilkan dari minyak bumi tidak menujukkan aktivitas radiokarbon karena usia sampel tersebut. Hasil tersebut dirangkum dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam Science pada tahun 1947, yang dalam komentarnya para penulis menyatakan bahwa hasil tersebut memperlihatkan adanya kemungkinan untuk melakukan penanggalan pada materi yang mengandung karbon organik.[9][11]

Libby dan James Arnold melanjutkan penelitiannya untuk menguji teori penanggalan radiokarbon dengan menganalisis sampel yang telah diketahui usianya. Sebagai contoh, dua sampel yang diambil dari makam dua raja Mesir, Djoser dan Sneferu, masing-masing tertanggal 2625 SM lebih kurang 75 tahun, diukur dengan metode penanggalan radiokarbon dan menghasilkan usia kira-kira 2800 SM lebih kurang 250 tahun. Hasil ini diterbitkan dalam Science pada tahun 1949.[12][13][note 2] Dalam kurun waktu 11 tahun setelah pengumuman tersebut, lebih dari 20 laboratorium penanggalan radiokarbon telah dibangun di seluruh dunia.[15] Pada tahun 1960, Libby dianugerahi Hadiah Nobel dalam Kimia berkat karyanya tersebut.[9]

Detail kimia dan fisika

Templat:Utama Di alam, karbon hadir sebagai dua isotop stabil, nonradioaktif: karbon-12 (Templat:Chem), dan karbon-13 (Templat:Chem), serta sebuah isotop radioaktif, karbon-14 (Templat:Chem), yang dikenal pula sebagai "radiokarbon". Waktu paruh bagi Templat:Chem (masa yang diperlukan untuk meluruhnya setengah jumlah Templat:Chem) adalah sekitar 5.730 tahun, sehingga konsentrasinya di atmosfer mungkin diperkirakan berkurang selama ribuan tahun, namun Templat:Chem diproduksi secara terus-menerus di stratosfer bawah dan troposfer atas, terutama oleh sinar kosmik galaktik, dan pada tingkatan yang lebih rendah oleh sinar kosmik matahari.[9][16] Sinar ini menghasilkan neutron yang kemudian menghantam atom nitrogen-14 (Templat:Chem) dan membentuk Templat:Chem.[9] Reaksi nuklir tersebut merupakan jalur reaksi utama dalam pembentukan Templat:Chem:

n + Templat:Nuclide → Templat:Nuclide + p

Dalam persamaan di atas, n mewakili neutron dan p mewakili proton.[17][18][note 3]

Setelah diproduksi, Templat:Chem bergabung secara cepat dengan oksigen di atmosfer untuk membentuk karbon monoksida (Templat:Chem) pertama,[18] dan kemudian menjadi karbon dioksida (Templat:Chem).[19]

Templat:Chem + Templat:Chem → Templat:Chem + O
Templat:Chem + OH → Templat:Chem + H

Karbon dioksida yang dihasilkan dari reaksi ini berdifusi di atmosfer, terlarut di lautan, serta dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk fotosintesis. Hewan memakan tumbuhan ini, dan karenanya radiokarbon terdistribusi ke seluruh biosfer. Perbandingan Templat:Chem dan Templat:Chem kira-kira 1,25 bagian Templat:Chem terhadap 1012 bagian Templat:Chem.[20] Selain itu, sekitar 1% atom karbon merupakan isotop Templat:Chem yang stabil.[9]

Persamaan reaksi peluruhan radioaktif Templat:Chem adalah:[21]

Templat:Nuclide → Templat:Nuclide + Templat:Subatomic particle + Templat:Subatomic particle

Dengan memancarkan partikel beta (suatu elektron, e−) dan suatu antineutrino elektron (Templat:Subatomic particle), neutron dalam inti Templat:Chem berubah menjadi proton dan inti Templat:Chem kembali ke bentuk isotop stabil (non-radioaktif) Templat:Chem.[22]

Prinsip

Selama masa hidupnya, tumbuhan atau hewan berada dalam kesetimbangan dengan lingkungannya melalui pertukaran karbon baik dengan atmosfer, atau melalui makanan yang dikonsumsinya. Mereka karenanya memiliki proporsi Templat:Chem yang sama dengan atmosfer, atau dalam kasus hewan atau tumbuhan laut, sama dengan laut. Ketika mereka mati, mereka berhenti menerima Templat:Chem, namun Templat:Chem dalam materi biologisnya saat itu akan terus meluruh, dan karenanya perbandingan Templat:Chem terhadap Templat:Chem dalam sisa-sisa mereka akan berkurang secara bertahap. Karena Templat:Chem meluruh pada laju yang diketahui, proporsi radiokarbon dapat digunakan untuk menentukan seberapa lama sejak sampel yang diberikan berhenti mengalami pertukaran karbon – semakin tua sampel tersebut, semakin sedikit Templat:Chem yang tersisa.[20]

Peluruhan isotop radioaktif dinyatakan melalui persamaan:[9]

N=N0e−λt

yang dalam rumus di atas, N0 merupakan jumlah atom isotop dalam sampel awal (pada saat t = 0, saat ketika sampel organisme tersebut mati), dan N adalah jumlah atom yang tersisa pada saat t.[9] λ adalah suatu konstanta yang bergantung pada isotop tertentu; untuk isotop yang diberikan akan berbanding terbalik dengan waktu purata – yaitu waktu rerata atau yang diperkirakan dari atom yang diberikan untuk dapat bertahan sebelum mengalami peluruhan radioaktif.[9] Waktu purata, dinyatakan dengan τ, dari Templat:Chem adalah 8.267 tahun,[note 4] sehingga persamaan di atas dapat ditulis kembali sehingga:[24]

t=8267⋅ln⁡(N0/N) tahun

Lihat pula

Catatan

Templat:Reflist

Referensi

Templat:Reflist

Sumber

Pranala luar

Templat:Wikibooks

  1. ↑ Plastino, W., Kaihola, L., Bartolomei, P., Bella, F. (2001) Cosmic background reduction in the radiocarbon measurement by scintillation spectrometry at the underground laboratory of Gran Sasso Templat:Webarchive, Radiocarbon, 43, 157–161.
  2. ↑ Arnold, J. R. and Libby, W. F. (1949) Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age, Science 110, 678–680.
  3. ↑ Templat:Cite web
  4. ↑ Templat:Cite web
  5. ↑ 5,0 5,1 Taylor & Bar-Yosef (2014), hlm. 268.
  6. ↑ Templat:Cite journal
  7. ↑ 7,0 7,1 Taylor & Bar-Yosef (2014), hlm. 269.
  8. ↑ 8,0 8,1 Templat:Cite web
  9. ↑ 9,00 9,01 9,02 9,03 9,04 9,05 9,06 9,07 9,08 9,09 Bowman (1995), hlm. 9–15.
  10. ↑ Templat:Cite journal
  11. ↑ Templat:Cite journal
  12. ↑ Templat:Cite journal
  13. ↑ Aitken (1990), hlm. 60–61.
  14. ↑ Templat:Cite journal
  15. ↑ Templat:Cite web
  16. ↑ Templat:Cite book
  17. ↑ Bianchi & Canuel (2011), hlm. 35.
  18. ↑ 18,0 18,1 18,2 Templat:Cite journal
  19. ↑ Templat:Cite journal
  20. ↑ 20,0 20,1 Tsipenyuk (1997), hlm. 343.
  21. ↑ Templat:Cite journal
  22. ↑ Taylor & Bar-Yosef (2014), hlm. 33.
  23. ↑ Libby (1965), hlm. 42.
  24. ↑ Aitken (1990), hlm. 59.


Kesalahan pengutipan: Ditemukan tag <ref> untuk kelompok bernama "note", tapi tidak ditemukan tag <references group="note"/> yang berkaitan

Diperoleh dari "https://id.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Penanggalan_radiokarbon&oldid=515"