E-Okul Bilgi

Hep merak konusu olagelmiştir, fosil veya tarihi kalıntıların yaşları...

Peki, bunların yaşını hesaplamada, hangi yöntemler kullanılır?

radyoaktivite den fossil yaşlarının hesaplanmasında nasıl yararlanılır?

ELEKTRON SPIN REZONANS (ESR) TARİHLENDİRME YÖNTEMİ

Arkeolojide kullanılan tarihlendirme yöntemlerini radyoaktif olan ve radyoaktif olmayan diye kabaca iki bölüme ayırmak mümkündür.

Radyoaktif olan yöntemler yine kendi içinde iki ayrı bölümde incelenir. Bunlardan birincisi radyoaktif maddelerin miktarının zamanla azalmasına dayanan, Karbon-14 ve Potasyum/Argon gibi yöntemlerdir.

İkincisi ise, radyoaktiviteden dolayı çıkan enerjinin madde içinde biriktirilmesi olayına dayanır ki elektron spin rezonans bu tür tarihlendirme yöntemlerine bir örnektir.

Uzun zamandır yaş tayininde kullanılagelen bu gruptaki termolüminesans (TL) yöntemiyle aynı prensibi paylaşmasına karşın ESR yönteminin TL yöntemine göre bazı üstünlükleri vardır.

Bunlar şöyle sıralanabilir:

1. Ölçüm sırasında ESR merkezleri bozulmadığı için ölçü istenilen sayıda aynı örnekle tekrarlanabilir.

2. ESR yüzeysel olaylara karşı daha az duyarlı olduğu için kullanılan maddenin taneciklerinin belirli bir büyüklükte olma şartı yoktur.

3. Örnek hazırlama ve oda sıcaklığında ölçü alma işlemleri çok daha kolaydır.

4. Tekstil vs gibi organik maddelerin incelenmesinde de bu yöntem başarı ile kullanılmaktadır.

ESR Yöntemi :

Radyoaktif elementler kararsız olup parçalanarak kimyasal olarak farklı özellikte elementlere dönüşürler.

Bu oluşum sırasında farklı adlarda (alfa, beta, gama) enerji taşıyan parçacık veya ışınım salarlar.

Böyle radyoaktif elementler birçok kayaç ve minarellerin kristal yapısında eser miktarda bulunur ve saldıkları enerji taşıyan parçacıklar yapıdaki elektronları bağlı bulundukları yerlerden koparırlar.

Normalde elektronlar bağlı oldukları çekirdek etrafında dolanırken kendi eksenleri etrafında da dönerler (spin hareketi) ve zıt yönde spio hareketi yapan elektron çiftleri şeklinde bulunurlar.

Bunlardan birinin yerinden koparılması halinde geride tek elektron kalır.

Buna çiftleşmemiş elektron da diyebiliriz.

Böyle bir elektronun spin hareketi bu elektrona manyetik bir özellik kazandırır ve bu elektron bir mıknatıscık olarak düşünülebilir.

Bu özelliğe sahip maddelere paramanyetik maddeler denir. Bir manyetik alana konmadığı takdirde madde içindeki bu mıknatıscıklar gelişi güzel yönlerde dağılmışlardır ve hepsi aynı enerjiye sahiptirler.

Madde manyetik alana konduğunda bu mıknatıscıklar ya manyetik alan yönünde ya da buna zıt yönde yönlenirler.

Manyetik alan H ise, H nın zıt yönünde yönlenenlerin enerjileri M kadar artacak, H nın aynı yönünde yönlenenlerin enerjileri ise aynı miktar (H) azalacaktır.

Burada  elektronun manyetik momenti olup  = : spin kuvantum sayısı, : Bohr magneton ve g: elektronun çekirdek etrafında dolanmasının ve spin hareketinin mıknatıs özelliğine katkı derecesini gösteren faktör.

Böylece elektronlar manyetik alanla aynı yönde yönlenenler veya zıt yönde yönlenenler olarak iki gruba ayrılırlar. İki grubun enerjileri farklı değerdedir ve aralarında gH kadar enerji farkı vardır. Enerjisi bu enerji farkına eşit olan bir elektromanyetik dalga maddeye gönderilirse düşük enerjiye sahip olan elektronlar bu enerjiyi alıp yüksek enerjili elektron grubuna dönüşürler. Diğer bir deyişle, H manyetik alanı yönünde yönlenmiş elektron mıknatısları elektromanyetik enerjiyi alınca H manyetik alanının zıt yönünde yönlenirler.

TERMOLÜMİNESANS YÖNTEMİ İLE ARKEOLOJİK YAŞ TAYİNİ

Keramik, pişmiş tuğla, yanmış çakmaktaşı ve obsidyen, volkanik, kül, meteor, curuf, sarkıt ve dikit gibi kalsit oluşumları ve benzeri inorganik obje ve malzemelerin içerisinde şifreli saat gibi çalışan fiziksel mekanizmalar vardır. Bu şifreli saat bir arkeolojik zaman-ölçer aygıtı gibi çalışır; hem sıfırlama özelliği vardır hem de otomatiktir. Temel problem, saatin şifresini çözerek gerçek zamanı, yani arkeolojik yaşı bulmaktır.
Saati inceleyip şifresini çözen fiziksel yöntemlerden biri de termolüminesans (TL) yöntemidir. Burada amacımız TL yöntemini ve bu yöntemin arkeolojideki uygulamalarını kısaca anlatmak; bir başka deyişle saatin çalışma prensiplerini ve şifresinin çözüm tekniğini genel çizgileriyle sunmaktır. Yalnız yöntemi anlatmaya başlamadan önce TL olayının ne olduğunu, böyle bir amaç için nasıl kullanılabildiğini kısaca görelim.

Termolüminesans :

Bazı maddeler ısıtıldıkları zaman ışıma yaparlar. Bu fiziksel olaya ısıtma ile ışıma anlamına gelen termolüminesans (TL) denir. Hemen belirtelim ki, TL olayı başka bir olayın sonucunda oluşmaktadır. Maddelerin içlerinde ve çevrelerinde eser miktarda uranyum (U) toryum (Th) ve potasyum (K) gibi radyoaktif elementler vardır. Bunlardan çıkan radyasyonlar [alfa () ve beta () parçacıkları ile gama () ışınları] maddenin atomları ile etkileşerek enerjilerini yitirirler. Bu enerjinin bir kıssmı madde içinde birikir ve maddenin 300 0C – 500 0C ye kadar ısıtılma durumunda ışık olarak çıkar. Çıkan ışık miktarı maddenin biriktirdiği radyasyon enerjisi miktarına bağlıdır. Ne kadar çok enerji birikirse o kadar çok ışık çıkar. Hiç enerji birikmemiş ise, veya biriken enerji herhangi bir nedenle, örneğin ısınma ile, boşalmış ise, doğal olarak hiç ışık görünmeyecek yani hiç TL olmayacaktır. Demek oluyor ki TL, maddenin etkileştiği toplam radyasyon miktarı (dozu) sonucunda biriken enerjinin ve bu enerjinin birikmesi için geçen sürenin dolaylı bir ölçüsüdür. Yöntemin temel problemi de bu sürenin bulunmasıdır.

Maddede enerji birikimi şu şekilde olmaktadır: maddenin atomları ile etkileşen radyasyonlar atomları bağlı elektronların bazılarını koparır ve enerji kazandırırlar. Bu elektronların bir kısmı kazandığı enerjiyi anında geri vererek eski yerlerine veya benzer yerlere geri dönerler. Bir kısmı ise maddenin kristal yapısınd çeşitli nedenlerle oluşan ve tuzak denilen yerlere bağlanırlar ve böylece eski yerlerine dönen elektronların tersine radyasyondan aldıkları enerjiyi geri vermeyip bu tuzaklarda biriktirmiş olurlar.

Biriken enerjinin saklanabilme süresi, yani elektronların tuzaklarda kalma süreleri çevre şartlarına ve tuzak özelliklerine bağlıdır. Birkaç dakikadan bir milyon yıla kadar elektronları tutabilen tuzaklar vardır. Doğal olarak bizi ilgilendiren uzun ömürlü tuzaklardır. Çünkü, ancak bu tuzaklar baştan itibaren yakaladıkları tüm elektronları korurlar ve böylece radyasyonla sağlanan enerji tam olarak birikmiş olur. İleriki satırlarda da belirttiğimiz gibi, bu tarihleme için sağlanması gereken koşullardan biridir

Radyoaktiviteden Fosil Yaşlarının Hesaplanmasında Nasıl Yararlanılır?

Karbon 14 metodu denilen metod ile fosil yaşları hesaplanır Bu yöntemde radyoaktif maddelerin bozunma hızının sabit olmasından faydanalnılır
-------------------------------------------
Onbinlerce yıl önce yaşamış olan canlıların kalıntıları bulunduğunda, hangi yıllarda yaşamış olduğu karbon-14 yöntemi ile saptanır Bütün yaşayan organizmaların yapılarında karbon bulunmasından dolayı böyle bir yöntem geliştirilmiştir Çekirdekte meydana gelen radyoaktif bozunma oranı sabittir Onbinlerce yıl öncesine ait karbon içeren maddeler de C-14 ün yarılanma süresinden hareket edilerek bulunur C-14 ün yarı ömrü 5730 yıldır C-14 kozmik ışımalar bombardımanı sonucunda oluşur Kozmik ışınlar uzaydan gelen radyasyonlardır ve alfa parçacıkları, protonlar ve daha ağır iyonlar içerir Bu radyasyonlar atmosferin üst tabakasında çarpışarak nötronlar gibi değişik parçacıklar oluşturur Nötron ile nitrojen-14 çekirdeğinin çarpışması ile karbon-14 çekirdeği meydana gelir

Karbon dioksit ve karbon-14 alt atmosferde karışır Canlı organizmalarda atmosferdeki O2 yi kullandıkları için yapılarında C-12’nin yanı sıra belirli oranlarda C-14 ihtiva ederler Ancak bu canlı organizmalar öldükleri andan itibaren yapılarındaki C-14 ile atmosferdeki C-12 arasında var olan denge bozulur C-14 radyoaktif bozunmaya uğrar ve C-14 ün C-12 ye olan oranı giderek düşmeye başlar Bu yol ile karbon izotopları arasındaki bu oransal değişim, bir çeşit saat görevi görür Buradan hareketle canlıların ne zaman öldükleri bilgisini elde edebiliriz Bugün yaşayan bir organizmadaki C-14'ün C-12'ye oranı 1/1012 dir Eğer son 50000 yıl içerisinde karbon izotoplarının oranının değişmediğini varsayarsak, herhangi bir ölü organizmanın, fosillerin vb yaş tayinini yapmak mümkün Bunun için C-14'ün radyoaktif bozunması sonucu oluşan beta ışımalarını ölçmek yeterli

TÜBİTAK'IN KONU HAKKINDA VERDİĞİ BİLGİLER

Karbon 14 izotopu ile nasıl yaş tayini yapılır? (Tolga Bükrübaş)

Onbinlerce yıl önce yaşamış olan canlıların kalıntıları bulunduğunda, hangi yıllarda yaşamış olduğu karbon-14 yöntemi ile saptanır. Bütün yaşayan organizmaların yapılarında karbon bulunmasından dolayı böyle bir yöntem geliştirilmiştir. Çekirdekte meydana gelen radyoaktif bozunma oranı sabittir. Onbinlerce yıl öncesine ait karbon içeren maddeler de C-14 ün yarılanma süresinden hareket edilerek bulunur. C-14 ün yarı ömrü 5730 yıldır. C-14 kozmik ışımalar bombardımanı sonucunda oluşur. Kozmik ışınlar uzaydan gelen radyasyonlardır ve alfa parçacıkları, protonlar ve daha ağır iyonlar içerir. Bu radyasyonlar atmosferin üst tabakasında çarpışarak nötronlar gibi değişik parçacıklar oluşturur. Nötron ile nitrojen-14 çekirdeğinin çarpışması ile karbon-14 çekirdeği meydana gelir.

Karbon dioksit ve karbon-14 alt atmosferde karışır. Canlı organizmalarda atmosferdeki O2 yi kullandıkları için yapılarında C-12’nin yanı sıra belirli oranlarda C-14 ihtiva ederler. Ancak bu canlı organizmalar öldükleri andan itibaren yapılarındaki C-14 ile atmosferdeki C-12 arasında var olan denge bozulur. C-14 radyoaktif bozunmaya uğrar ve C-14 ün C-12 ye olan oranı giderek düşmeye başlar. Bu yol ile karbon izotopları arasındaki bu oransal değişim, bir çeşit saat görevi görür. Buradan hareketle canlıların ne zaman öldükleri bilgisini elde edebiliriz. Bugün yaşayan bir organizmadaki C-14'ün C-12'ye oranı 1/1012 dir. Eğer son 50.000 yıl içerisinde karbon izotoplarının oranının değişmediğini varsayarsak, herhangi bir ölü organizmanın, fosillerin vb. yaş tayinini yapmak mümkün. Bunun için C-14'ün radyoaktif bozunması sonucu oluşan beta ışımalarını ölçmek yeterli.

C-14 → N-14 + eֿ

Örneğin, volkanik patlamalar sonucu yanmış bir ağaç fosilinin yaşını tespit edelim. Bu fosilde 1 gram karbonda 1 dakikada 7,0 C-14 bozunması olduğu bilinsin. Günümüzde yaşayan bir organizmanda 1 gram karbonda 1 dakikadaki C-14 bozunması 15,3 tür. C-14 ün yarı ömrünün (t1/2) 5730 yıl olduğunu biliyoruz. t zaman sonra bir örnekteki çekirdek miktarını k = 0,693 / t1/2 olarak düşüneceğiz.

Log Nt/N0=-kt/2,303=-0,693t/2.303 t1/2 <=> t=(2,303 t1/2 /0,693)xlog N0/Nt

N0/Nt oranını bulmak için atmosferdeki C-14 ve C-12 oranının sabit kaldığını varsaymak gerekir. Aslında bu varsayım tam olarak doğru değildir. Bilim adamları, binlerce yıl önce doğada (atmosferdeki CO2 nin içerisinde) bulunan C-14 miktarının şimdikinden daha fazla olduğunu düşünüyor. Son yüzyılda yapılan atmosferik nükleer testler ve fosillerin yakıt olarak kullanılması da bu görüşü kuvvetlendiriyor.

N0/Nt = 15,3 / 7,0 = 2,2 ve t1/2 = 5730 yıl olduğuna göre, fosilin yaşı yaklaşık olarak:

t = (2,303 t1/2 / 0,693) x log N0/Nt = (2,303 x 5730 / 0,693) x log2,2 = 6500 yıl olarak

Yukarıda;

"10 Sınıf Kimya Proje Ödevi, Karbon 14 izotopu ile nasıl yaş tayini yapılır?, karbon 14 yöntemi ile tarihi kalıntıları incelemek, kimya ödevi:radyoaktivite ile fosil yaşının hesaplanması, lise-2 kimya ödevi:fosil yaşının hesaplanması, radyoaktivite den fosil yaşlarının hesaplanmasında nasıl yararlanılır?"

soruları cavaplandırıldı.