Szén-14 izotópos kormeghatározás 1.

Ebben a videóban azt szeretném bemutatni, hogyan keletkezik a szén-14 izotóp, és hogyan kerül bele minden élőlénybe. Majd később, ebben a videóban, vagy egy másikban elmondom, hogyan alkalmazzák kormeghatározásra. Hogyan állapítható meg, hogy ez a csont itt 12 ezer éves, ez az ember pedig 18 ezer éve halt meg, és hasonlók. Iderajzolom a Földet, illetve a Föld felszínét, így. Ez csak egy kis része a földfelszínnek. Aztán itt a Föld légköre, amit sárgával rajzolok. Ez itt a Föld légköre. Ideírom a légkör (atmoszféra) szót. A légkör 78%-a, a leggyakoribb alkotóeleme a nitrogén. Ideírom a nitrogén nevét is. A vegyjele N, az atomja hét protont és hét neutront tartalmaz. Az atomtömege tehát nagyjából 14. Ez a nitrogén leggyakoribb izotópja. A kémia videókban szó esik az izotópokról. A protonok határozzák meg azt, hogy az izotóp mely elem atomja. Ez a felső szám viszont változhat, a neutronok számától függően. Tehát egy adott elem atomjainak különféle változatait nevezzük izotópoknak. Én egy elem különböző változatainak tekintem őket. Itt van tehát a légkör, a Napból pedig itt érkezik az úgynevezett kozmikus sugárzás. Ami valójában nem sugarakból, hanem kozmikus részecskékből áll. Egy részük egyszerű proton, ugyanaz, mint a hidrogén atommagja. Alfa-részecskék is lehetnek, ami ugyanaz, mint a hélium atommagja. Végül akadnak közöttük elektronok is. Ezek tehát ideérkeznek, és beleütköznek a Föld légkörébe, így neutronokat hoznak létre. A neutront kis n betűvel jelöljük, a tömegszámát pedig egy 1-es számmal. Ide nem írunk semmit, mivel ebben egyetlen proton sincs, ellentétben például a nitrogénnel, amelyben hét proton van. Tulajdonképpen nem is atom, hanem az atom egy alkotórésze. Itt tehát neutronok keletkeznek. És időnként előfordul, (csak hogy értsük: ez nem egy átlagos reakció), tehát időnként egy-egy neutron éppen úgy ütközik neki az egyik nitrogén-14 atomnak, hogy kiüti a nitrogénatomból az egyik protont, kilöki az egyik protonját, és így lényegében bekerül a proton helyére. Tehát tisztázzuk: kiüti az egyik protont, így 7 proton helyett csak 6 marad. De a 14 (a tömegszám) nem csökken 13-ra, hiszen a neutron beépül a proton helyére. Ez tehát továbbra is 14 marad. Mivel azonban csak 6 protonja maradt, a definíció szerint ez már nem nitrogén-, hanem szénatom. A kilökődött proton pedig távozik. Ezt más színnel jelölöm. Ez pozitív. Egy magányos protont úgy is nevezhetünk, hogy hidrogén-1. Ez valamiképpen szerezhet egy elektront. Ha nem szerez elektront, akkor ez csak egy pozitív hidrogénion vagy hidrogénatommag. De ez a folyamat – – ismétlem, ez nem egy közönséges folyamat – időnként végbemegy, és így keletkezik a szén-14 izotóp. Ez tehát a szén-14. Tekinthetjük egy olyan nitrogén-14-nek is, amelyben az egyik protont egy neutron helyettesíti. Ebben az az érdekes, hogy folyamatosan képződik a légkörben. Nem óriási, de azért észrevehető mennyiségben. Ezt ideírom: folyamatosan képződik. Hadd tisztázzam, mi történik. Tekintsünk a periódusos rendszerre! A szénatomban tehát definíció szerint 6 proton van, de a jellemző, a legközönségesebb izotópja a szén-12. A szén-12 a leggyakoribb. A testünk széntartalma jórészt szén-12. A különös az, hogy ha keletkezik egy kevés szén-14, ez a szén-14 is képes az oxigénnel szén-dioxiddá egyesülni. Ez a szén-dioxid aztán belekerül a légkörbe, az óceánokba, és megköthetik a növények. A szén-dioxid megkötésén azt értjük, hogy a napfény energiáját felhasználva a szén-dioxid gáz szerves anyagokba épül be. A folyamatosan keletkező szén-14 bejut... bejut az óceánokba, ott van a levegőben, teljesen elkeveredik, ezután pedig bejut a növényekbe. A növények lényegében a megkötött szénből épülnek fel, abból a gázállapotban felvett szénből, amelyből szilárd anyag keletkezik, mondhatni, élő anyag. Lényegében nagyrész ebből áll a faanyag. Bejut a növényekbe, onnan pedig azokba, akik megeszik a növényeket. így a mi testünkbe is. Mitől érdekes mindez? A most leírt folyamat alapján a testünk anyagának egy részébe, (noha a leggyakoribb szénizotóp a 12-es) egy részünkbe életünk során a szén-14 épül be. Az érdekesség az, hogy csak addig tudunk szén-14-et felvenni, amíg élünk, amíg táplálkozunk. Amint meghalunk, és eltemetnek, megszakad a szén-14 beépülése a szervezetbe, hiszen nem eszünk semmi újabb szén-14-et tartalmazót. Az tehát az érdekesség, hogy a halál után nem jut újabb szén-14 a szervezetbe. Az a szén-14, ami viszont már ekkor benne van, béta-bomlás révén lebomlik (amint azt tanultunk) és visszaalakul nitrogén-14 izotóppá. A folyamat tehát megfordítva zajlik. Tehát visszabomlik, nitrogén-14 keletkezik, a béta-sugárzás közben pedig elektron és elektron-antineutrínó szabadul fel, ennek a részleteibe nem megyek bele. De lényegében az történik, hogy az egyik neutron átalakul protonná, és kibocsájtja ezeket az anyagokat. Tehát mi az érdekes ebben? Mint mondtam, amíg élünk, addig nagyjából állandó bennünk a szén-14 aránya, amíg... miközben a szén-14 folyamatosan bomlik. De amint valaki elpusztul, nem fogyaszt többé növényt, illetve a növények esetében nem köt meg többé gázt a légkörből. Ez tehát a növényekre is igaz. Amint egy növény elpusztul, nem vesz fel többé szén-dioxidot a légkörből, amit beépítene a saját testébe. A szén-14 ott marad a testbe záródva, és egy meghatározott sebességgel bomlani kezd. E sebesség alapján meghatározható az előlény halála óta eltelt idő. Ennek a folyamatnak az üteme, az az idő, amíg a szén-14 fele eltűnik, elbomlik, körülbelül 5730 év. Ezt felezési időnek nevezzük. Erről más videókban is szó esik. Ez a felezési idő. Tisztázzunk valamit: nem tudni, hogy melyik fele bomlik el. Ez csak valószínűség. Nem úgy történik, hogy a szén-14 bal kéz felől elbomlik, jobb kéz felől pedig nem bomlik el 5730 év után. Arról van szó, hogy bármelyik szén-14 atom 50% eséllyel bomlik le nitrogén-14 izotóppá 5730 év alatt. Tehát nagyjából 5730 év leforgása alatt kb. a felük elbomlik. Miért érdekes ez? Ha tudjuk, hogy minden élőlény egy bizonyos arányú szén-14 izotópot tartalmaz a testében a felépítő anyagai közt, és találunk valamilyen csontot, mondjuk itt, kiásunk valamilyen régészeti leletet, és mondjuk, kiderül, hogy ebben a csontban feleannyi a szén-14 aránya, mint a most élő többi élőlényben, akkor logikus a feltevés, hogy ez a lelet 5730 éves. Vagy ássunk egy kicsit mélyebbre, ahonnan lehet, hogy előkerül egy másik csont. Esetleg pár lábnyival mélyebbről. És kiderül, hogy ebben a szén-14 aránya egynegyede annak, amit az élő szervezetekben várnánk. Ez tehát mennyi idős? Ha a szén-14 aránya a negyedére csökkent, akkor kétszer telt el a felezési idő. Az első felezési idő lejárta után a felére csökken az arány, az újabb felezési idő után ennek a fele is átalakul nitrogén-14 izotóppá. Ebbe tehát kétszer fér bele a felezési idő. ami kétszer 5730 év. Vagyis ez nagyjából 11460 éves.