دانشمندان چگونه قدمت اشياء را تعيين مي‌كنند
توانايي مشخص كردن سن دقيق يك شي مي‌تواند به ما بياموزد كه زمين چه زماني تشكيل شد، به آشكار كردن اقليم‌هاي گذشته كمك كند و به ما بگويد انسان‌هاي اوليه چگونه زندگي مي‌كردند. اما دانشمندان چگونه اين كار را انجام مي‌دهند؟
تاريخ‌گذاري راديوكربن متداول‌ترين روشي است كه در حال حاضر براي تعيين سن اشياء استفاده مي‌شود. اين روش شامل اندازه‌گيري مقدار كربن ۱۴ (يكي از ايزوتوپهاي راديواكتيو كربن - نسخه‌اي از اتم كربن با تعداد متفاوت نوترون) است. كربن ۱۴ در محيط به‌فراواني يافت مي‌شود. توماس هيگام، باستان‌شناس و متخصص تاريخ‌گذاري راديوكربن در دانشگاه آكسفورد انگليس، به لايو ساينس گفت: «وقتي اين ايزوتوپ در اتمسفر تشكيل مي‌شود، هر موجود زنده‌اي آن را جذب مي‌كند.»
درحالي‌كه رايج‌ترين فرم كربن شش نوترون دارد، كربن ۱۴ داراي دو نوترون اضافه است. اين امر موجب مي‌شود ايزوتوپ سنگين‌تر شود و از رايج‌ترين فرم كربن بسيار ناپايدارتر باشد. بنابراين پس از هزاران سال، كربن ۱۴ سرانجام تجزيه و يكي از نوترون‌هاي آن به يك پروتون و يك الكترون تجزيه مي‌شود. درحالي‌كه الكترون فرار مي‌كند، پروتون به‌عنوان بخشي از اتم باقي مي‌ماند و با يك نوترون كمتر و يك پروتون بيشتر به نيتروژن تجزيه مي‌شود.
وقتي موجودات زنده مي‌ميرند، مصرف كربن ۱۴ را متوقف مي‌كنند و مقداري كه در بدن آن‌ها وجود دارد، روند آهسته‌ي فروپاشي راديواكتيو را آغاز مي‌كند. دانشمندان مي‌دانند چقدر طول مي‌كشد تا نيمي از مقدار مشخصي از كربن ۱۴ تجزيه شود؛ اين مدت «نيمه‌عمر» ناميده مي‌شود. اين امر به دانشمندان كمك مي‌كند سن يك قطعه ماده‌ي آلي (موارد مختلفي مانند پوست يا اسكلت يك جانور، خاكستر يا حلقه‌ي درخت) را با اندازه‌گيري نسبت كربن ۱۴ به كربن ۱۲ كه در آن باقي مانده است و مقايسه‌ي آن مقدار با نيمه‌عمر كربن ۱۴ تعيين كنند.
نيمه‌عمر كربن ۱۴ برابر ۵۷۳۰ سال و براي دانشمنداني كه مي‌خواهند چند هزار سال اخير از تاريخ را مطالعه كنند، ايده‌آل است. هيگام مي‌گويد: «اين زمان اساسا بخش جالب از تاريخ بشر را در بر مي‌گيرد، منشأ كشاورزي و ايجاد تمدن‌ها: تمامي اين موارد در دوره‌ي راديوكربن اتفاق افتاده است.»
برندن كالتون، استاديار پژوهش از آزمايشگاه راديوكربن در دانشگاه ايالتي پنسيلوانيا، مي‌گويد اشيائي كه قدمت بيشتري دارند، بيش از ۹۹ درصد از كربن ۱۴ خود را از دست داده‌اند و مقدار بسيار كمي براي تشخيص باقي مي‌ماند.
دانشمندان براي اشياء قديمي‌تر، از كربن ۱۴ به‌عنوان سنجه‌اي از سن استفاده نمي‌كنند. در عوض، آن‌ها اغلب ايزوتوپهاي راديواكتيو ديگر عناصر موجود در محيط را مطالعه مي‌كنند. براي قديمي‌ترين اشياء جهان، تاريخ‌گذاري اورانيوم‌توريوم‌سرب مفيدترين روش است. هيگام مي‌گويد: «ما از آن براي تعيين سن زمين استفاده مي‌كنيم.»
تاريخ‌گذاري راديوكربن فقط براي موادي مفيد است كه زماني زنده بوده‌اند؛ دانشمندان مي‌توانند از تاريخ‌گذاري اورانيوم‌توريوم‌سرب براي تعيين سن اشيائي مانند سنگ‌ها استفاده كنند. در اين روش، دانشمندان مقدار ايزوتوپهاي راديواكتيو مختلفي را اندازه‌گيري مي‌كنند كه همه‌ي آن‌ها به اشكال پايدار سرب تجزيه مي‌شوند. اين زنجيره‌هاي جداگانه از تجزيه با شكستن اورانيوم ۲۳۸، اورانيوم ۲۳۵ و توريوم ۲۳۲ آغاز مي‌شود. تامي ريتنور زمين‌شناس دانشگاه ايالتي يوتا در مورد ايزوتوپهاي مذكور مي‌گويد:
آن‌ها هميشه ناپايدار هستند. اين ايزوتوپهاي والد، قبل از اينكه به شكل سرب درآيند، طي آبشار متفاوتي از راديوايزوتوپ‌ها تجزيه مي‌شوند.
هريك از اين ايزوتوپ‌ها نيمه‌عمر متفاوتي دارند كه از چند روز تا چند ميليارد سال متغير است. دقيقا مانند تاريخ‌گذاري راديوكربن، دانشمندان نسبت‌هاي بين اين ايزوتوپ‌ها را محاسبه مي‌كنند و آن‌ها را با نيمه‌عمرهاي مربوطه مقايسه مي‌كنند. دانشمندان با استفاده از اين روش توانستند سن قديمي‌ترين سنگي كه تاكنون كشف شده است، مشخص كنند كه بلور زيركن ۴/۴ ميليارد ساله‌اي در استراليا است.
روش تاريخ‌گذاري ديگري وجود دارد كه به دانشمندان نمي‌گويد سن يك شيء چقدر است،؛ اما مشخص مي‌كند كه آخرين بار چه زماني در معرض حرارت يا نور خورشيد قرار گرفته است. اين روش كه «تاريخ‌گذاري لومينسانس» ناميده مي‌شود، به‌گفته‌ي ريتنور، مورد علاقه‌ي گروهي از دانشمندان علوم زمين است كه به مطالعه‌ي تغييرات مناظر طبيعي طي چند ميليون سال گذشته مي‌پردازند. آن‌ها مي‌توانند با استفاده از اين روش كشف كنند چه زماني يك يخچال طبيعي تشكيل شده يا عقب‌نشيني كرده است، چه زماني سنگ‌ها در يك دره ته‌نشين شده‌اند يا چه زماني سيلاب رسوبات را روي حوزه‌ي رودخانه تخليه كرده است.
وقتي مواد معدني موجود در اين سنگ‌ها و رسوبات مدفون مي‌شوند، در معرض تشعشع ساطع‌شده از رسوبات اطراف خود قرار مي‌گيرند. اين تابش الكترون‌ها را از اتم‌هايشان جدا مي‌كند. برخي از الكترون‌ها به اتم‌هاي خود برمي‌گردند؛ اما برخي ديگر در حفره‌ها يا ديگر نقايص شبكه‌ي متراكم اتم‌هاي اطراف خود گير مي‌كنند.
مواجهه‌ي دوم با گرما يا نور خوشيد موجب مي‌شود اين الكترون‌ها به موقعيت‌هاي اصلي خود برگردند. اين دقيقا چيزي است كه دانشمندان انجام مي‌دهند. آن‌ها نمونه را در معرض نور قرار مي‌دهند و وقتي الكترون‌ها دوباره به اتم‌ها برگردند، گرما و نور يا سيگنال لومينسانس ساطع مي‌كنند. ريتنور مي‌گويد: «هرچه شيء به مدت بيشتري مدفون مانده باشد، در معرض تابش بيشتري قرار مي‌گيرد.» در واقع اشيائي كه به مدت طولاني مدفون بوده‌اند و در معرض تابش‌هاي زيادي قرار گرفته‌اند، داراي تعداد زيادي الكترون غير مستقر هستند كه وقتي به اتم‌هاي خود برمي‌گردند، روشنايي ساطع مي‌كنند. بنابراين، مقدار سيگنال لومينسانس به دانشمندان مي‌گويد آن شيء چه مدت مدفون بوده است.
تاريخ‌گذاري اشياء فقط براي درك سن جهان و نحوه‌ي زندگي انسان‌هاي باستاني مهم نيست و دانشمندان پزشكي قانوني از آن براي حل جرايم، از قتل گرفته تا جعل آثار هنري استفاده مي‌كنند.
هم انديشي ها