Radyokarbon Yaş Tayini: Giriş

  • Willard Libby radyokarbon yaş tayinini radyoaktiviteyi ölçme tekniği olarak geliştirdi.
  • Karbon-14 Karbon’un zayıf bir radyoaktif izotopu olup, radyokarbon olarak da bilinir. Karbon-14 izotopik bir kronometredir.
  • Radyokarbon yaş tayini, organik malzemelerle, bazı inorganik malzemelere (metaller hariç) uygulanabilen bir tekniktir.
  • Gaz orantılı sayım, sıvı sintilasyon sayımı ve hızlandırılmış kütle spektroskopisi temel radyokarbon yaş tayini teknikleridir.
  • Radyokarbon yaş tayini laboratuvarları, Oksalik Asit I ve Oksalik Asit II’yi modern standart olarak kullanmaktadır.
  • Radyokarbon ölçümleri, Geleneksel Radyokarbon Yaşı olarak raporlandırılmaktadır.

İnsanlık tarihinin anlaşılması ve geliştirilmesine olan katkıları bakımından radyokarbon yaş tayini 20. yüzyılın en önemli buluşlarından kabul edilmektedir.

Arkeoloj ve diğer insani bilimler, radyokarbon yaş tayinini insanlık tarihi ve dünyamız hakkında mevcut olan teorilerin ispatında kullanmaktadır. Yıllar içinde, karbon-14 ile yaş tayini jeoloji, hidroloji, jeofizik, atmosfer bilimi, deniz bilimi, tıp bilimi ve paleoklimatoloji gibi çeşitli alanlarda kendine kullanım alanı bulmuştur.

Radyokarbon Yaş Tayini Gelişimi

ABD’li fiziksel kimyacı Willard Libby’nin önderliğinde 2. Dünya Savaşı sonrası bir grup bilim adamı radyokarbon aktivitesini ölçebilmek adına bu metodu geliştirmeye başladı. Willard, radyokarbon ya da karbon-14 olarak da bilinen canlı hücrelerde de bulunabileceği fikrini ortaya atan ilk kişidir. Willard önderliğindeki ekip, organik bir numunedeki radyokarbonun tespitiyle ilgili bir makale yayınlamıştır. Willard ayrıca radyokarbonun bozunma süresini ilk kez ölçebilen bilim insanı olup, bu süreyi 5568 yıl ± 30 yarı-ömür olarak belirtmiştir. 1960 yılında Nobel Kimya ödülüyle kendisinin bu çalışmaları ödüllendirilmiştir.

Karbon Yaş Tayinini Temelleri

Radyokarbon ya da karbon-14, karbon elementinin kararsız, radyoaktif ve zayıf bir izotopudur. Kararlı izotoplar ise, karbon-12 ve karbon-13’tür. Karbon-14 sürekli olarak atmosferin üst katmanlarında kozmik nötron ışınlarının etkisiyle Azot-14 atomlarıyla oluşur. Çok hızlı bir şekilde havada okside olarak karbondioksit’e dönüşerek atmosferdeki karbon çevrimine dahil olur. Bitkiler ve hayvanlar karbon-14’ü karbondioksit olarak yaşamları boyunca asimile ederler.

Bitkiler ve hayvanlar öldüklerinde artık biyosferle karbon değişimi yapmazlar ve daha önceden bünyelerine aldıkları karbon-14, radyoaktif bozunma süresine uygun olarak azalmaya başlar.

Radyokarbon yaş tayini temelinde kalıntı radyoaktivitenin ölçümüdür. Organizma içinde kalan karbon-14 oranı bilindiğinde, dolayısıyla canlının ölüm zamanı da bulunmuş olur.

Radyokarbon Yaş Tayinine Uygun Malzemeler

Tüm malzemeler ne yazık ki, radyokarbon tekniğiyle yaş tayinine uygun değildir. Genel olarak tüm organik bileşikler bu tekniğe uygundur. Örneğin, kabukların, aragonit bileşikleri mineral oluşum evriminde, atmosfer ile dengeli bir karbon-14 asimilasyonu geçirmişlerse, inorganik madde olmalarına rağmen bu teknik ile yaş verebilirler.

Radyokarbon yaş tayini tekniğinde çok sık kullanılan malzemelerin bazıları ise; odun kömürü, ağaç, tohum, kemik, kabuk, deri, torf, göl tabanı toprağı, toprakl, saç, çömlek, polen, organik boyalar, mercan, kan kalıntısı, kumaş, kağıt ya da parşömen, reçine, su .

Tüm bu malzemeler, radyokarbon yaş tayini öncesinde bünyelerindeki kontamine olmuş içerikten arındırılmak için fiziksel ve kimyasal ön işlemlerden geçirilirler.

Radyokarbon Ölçümünün Temelleri

Beta AMS Lab

Bir numunenin karbon-14 içeriğini ölçmenin üç temel yolu mevcuttur. Bunlar, gaz orantılı sayım, sıvı sintilasyon sayımı ve hızlandırılmış kütle spektroskopisi teknikleridir.

Gaz orantılı sayım, geleneksel teknik olup, bu işlem sırasında numunenin saçtığı beta tanecikleri sayılır. Beta tanecikleri, radyokarbonun bozunmasıyla ortaya çıkar. Bu teknik sırasında, karbon önce karbondioksit’e çevrilir ve gaz orantılı sayıma başlanır.

Sıvı sintilasyon sayımı, 1960’larda popüler olan bir radyokarbon ölçüm tekniğidir. Bu teknikte, numune sıvı formda olup sintilatör daha sonra eklenir. Sintilatör, beta taneciğiyle etkileşime girdiğinde bir ışık üretir. Bu ışık üretildiğinde sayım yapılmış olur.

Hızlandırılmış Kütle Spektroskopisi (AMS- Accelerator Mass Spectrometry) radyokarbon yaş tayini için günümüzde kabul edilen en gelişmiş tekniktir. Bu teknikte, karbon-12 ve karbon-13 mevcut durumda olmasına rağmen karbon-14 doğrudan ölçülür. Bu teknik, beta taneciklerini saymazken numune içerisindeki karbon atomlarını ve izotopların oranlarını sayar.

Radyokarbon Yaş Tayini Standartları

Yaşı belirsiz olan bir numunenin, radyokarbon yaşı numune içerisindeki karbon-14 miktarının ölçülmesi ve bunun modern karbon-14 miktarıyla karşılaştırılmasıyla belirlenir.

Radyokarbon yaş tayini laboratuvarlarında kullanılan modern karbon-14 miktarı, ABD’nin Maryland eyaletinde bulunan National Institute of Standards and Technology tarafından verilen olan Oksalik Asit I’ den elde edilir. Standart olarak kullanılan bu Oksalik Asit I, 1955 yılında bir şeker pancarından elde edilmiştir. Oksalik Asit I’ nin yaklaşık %95’ lik radyokarbon aktivitesi mutlak standart kabul edilmiş olan 1890 yılından kalmış ve fosil yakıtlardan etkilenmemiş olduğu kabul edilen bir ağaç parçasınınkine eşittir.

Mevcut Oksalik Asit I stokları tamamen tükendiği için,1977 yılında, bir pancar kökü pekmezi yeni modern ölçüt olarak kullanılmaya başlanmış. Bu yeni ölçüte, Oksalik Asit II denilmiş. Oksalik Asit II içerdiği radyokarbona göre Oksalik Asit I’den çok az bir farklılık göstermektedir. Daha sonraları ileri de kullanılmak üzere, başka radyokarbon malzemeler yeni ölçütler olarak ayrılmıştır.

Radyokarbon Yaş Tayini Hesaplamaları

Radyokarbon ölçümleri, geleneksel radyokarbon yaşı (CRA- Conventional radiocarbon Age) verirler. CRA belirlenmesi, (a) Libby yarı-ömür kullanımı, (b) Oksalik Asit I veya II veya uygun başka bir ölçünün modern radyokarbon ölçütü belirlenmesinde kullanılması (c) numune izotop oranının normal bir düzeye indirgenmesi (d) sıfır BP (Before Present) ‘ın AD 1950 olarak kabul edilmesi, ve (e) global radyokarbon oranlarının sabit olduğunun kabul edilmesi gibi farklı maddeleri içermektedir.

Standart hatalar aynı zamanda radyokarbon yaş tayini sonuçlarında verilmektedir. Bu yüzden, “±” verileri raporlarda görülmektedir. Bu veriler, istatiksel ortalamalar taban alınarak hesaplanmaktadır.