Određivanje starosti fosila radioaktivnim izotopima
Jedna od najvažnijih metoda određivanja starosti materijala poput fosila jest radioizotopno datiranje. To je metoda kojom se mjeri udio radioaktivnih izotopa poznatih vremena poluraspada u uzorcima fosila. Za potrebe ovih metoda mogu se koristiti radioaktivni izotopi različitih elemenata poput ugljika, kalija ili urana.
Primjerice, radioaktivni ugljik ili ugljik-14 (14C) nastaje u gornjim slojevima Zemljine atmosfere pod utjecajem snažnog Sunčeva zračenja. Dio tog ugljika-14 veže se za kisik čineći radioaktivni ugljikov(IV) oksid. Fotosintezom se dio tog ugljika ugrađuje u biološki važne molekule biljaka, a hranidbenim lanacima i u sve druge organizme.
Udio ugljika-14 u atmosferi je konstantan te je tako i konstantan omjer radioaktivnog ugljika-14 i stabilnog ugljika-12 u svim živućim organizmima. Nakon što neki organizam ugine, izmjena se tvari zaustavlja, a radioaktivni ugljik-14 raspada se i nestaje. Omjer ugljika-12 i ugljika-14 u nekom fosilu može se mjeriti naprednim kemijskim uređajima. Što je udio ugljika-14 u uzorku manji, to je fosil stariji.
Za radioaktivne izotope pojedinih elemenata određeno je njihovo vrijeme poluraspada. Za ugljik-14 ono iznosi 5730 godina, što znači da će se početna količina atoma ugljika-14 nakon 5730 godina prepoloviti, odnosno da će se polovica radioaktivnih atoma ugljika-14 raspasti unutar 5730 godina. Nemoguće je predvidjeti kada će se pojedini radioaktivni atom raspasti, bez obzira koliko je dugo postojao. Neki radioaktivni atomi raspast će se u djeliću sekunde, a neki tek nakon 50000 godina, a njihovo vrijeme raspada zapravo je nasumično.
Napravimo jedan matematički pokus kojim ćemo simulirati raspad radioaktivnog ugljika u uzorku organskoga podrijetla.
Postupak
Za pokus ćete trebati 50 kovanica bilokakvog oblika ili 50 komadića slagalice ili 50 bombona koji samo s jedne strane imaju kakvu oznaku. Naposljetku, mogu se koristiti i komadići papira koji samo s jedne strane imaju oznaku po želji. Kovanice u pokusu predstavljaju radioaktivne izotope ugljika-14 koji će se u jednom trenutku raspasti.
Svih 50 kovanica ili korištenih predmeta stavite u neku posudu, šalicu ili vrećicu. Sadržaj te posude prostresite te isipajte sve kovanice na stol. Nakon ovog aprvog kruga bacanja izbrojite sve kovanice koje su okrenute na stranu „pisma“ i zbrojite ih. Ukoliko ste koristili komadiće slagalice, onda izbrojite one komadiće kojima je vidljiva strana s dijelom slike.
One kovanice koje su se okrenule na stranu „glave“ bilježimo kao raspadnute i mičemo ih iz hrpe. Preostale kovanice koje su okrenute na strani „pisma“ nisu se raspale i one ostaju u hrpi. Zbroj preostalih kovanica ili komadića slagalice bilježimo u tablicu 1.
Hrpu s preostalim kovanicama ponovno stavimo u posudu koju zatim protresemo i opet isipamo na stol. Kovanice s prikazanom stranom „glave“ ponovno odbacujemo, a preostale kovanice bilježimo u tablicu.
Sveukupno ponovimo bacanje i zbrajanje šest puta. Svaki je put preostalih kovanica sve manje, a njihov zbroj bilježimo u tablicu 1. U tablici je već zabilježen početni broj kovanica, 50.
Svaki krug bacanja, odnosno sipanja kovanica na stol predstavlja jedno vremensko razdoblje u iznosu od vremena poluraspada. U slučaju ugljika-14, jedan krug bacanja predstavlja 5730 godina, dva kruga bacanja predstavljaju 11460 godina, tri kruga predstavljaju 17190 godina itd.
Tablica 1. Broj preostalih komadića nakon svakoga kruga bacanja
| krug bacanja | preostalih komadića | postotak |
| 0 | 50 | 100 % |
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 | ||
| 6 |
Svoje rezultate zabilježite i prikažite grafički. Na X osi označite svih šest krugova bacanja, a na osi Y označite udio preostalih komadića izraženih u postocima.
Zadatci
1. Objasnite ovisi li postupak određivanja starosti radioaktivnim izotopima o količini početnoga uzorka.
2. U nekom je fosiliziranom biološkom uzorku određeno samo 12.5 % početne količine radioaktivnog ugljika-14. Odredite približnu starost uzorkovanog fosila.
3. Za određivanje starosti uzoraka za koje smo sigurni da su stariji od 50000 godina ne preporuča se korištenje mjerenja udjela ugljika-14. Raspravite zašto je pouzdanost tih mjerenja manja s povećanom starosti uzorka.