كيف يكتشف العلماء كم هي الأشياء قديمة؟

بالعربي/ يمكن أن تعلمنا القدرة على تحديد تاريخ شيء ما بدقة أو تحديد عمره ، متى تشكلت الأرض ، وتساعد في الكشف عن المناخات الماضية وتخبرنا كيف عاش البشر الأوائل. فكيف يفعل العلماء ذلك؟

يعتبر التأريخ بالكربون المشع الطريقة الأكثر شيوعًا حتى الآن ، وفقًا للخبراء. تتضمن هذه الطريقة قياس كميات الكربون 14 ، وهو نظير كربون مشع – أو نسخة من ذرة بعدد مختلف من النيوترونات. الكربون 14 موجود في كل مكان في البيئة. قال توماس هيغام ، عالم الآثار والمتخصص في التأريخ بالكربون المشع بجامعة أكسفورد في إنجلترا ، إنه بعد أن يتشكل في أعالي الغلاف الجوي ، تتنفسه النباتات وتتنفسه الحيوانات. 

قال هيغام لـ Live Science: “كل شيء على قيد الحياة يأخذه”. 

في حين أن الشكل الأكثر شيوعًا للكربون يحتوي على ستة نيوترونات ، فإن الكربون 14 يحتوي على اثنين إضافيين. وهذا يجعل النظائر أثقل وأقل استقرارًا بكثير من أكثر أشكال الكربون شيوعًا. لذلك بعد آلاف السنين ، يتحلل الكربون 14 في النهاية. ينقسم أحد نيوتروناته إلى بروتون وإلكترون. أثناء هروب الإلكترون ، يظل البروتون جزءًا من الذرة. مع وجود نيوترون واحد أقل وبروتون آخر ، يتحلل النظير إلى نيتروجين .

عندما تموت الكائنات الحية ، فإنها تتوقف عن امتصاص الكربون 14 والكمية المتبقية في أجسامها تبدأ العملية البطيئة للانحلال الإشعاعي. يعرف العلماء المدة التي يستغرقها تحلل نصف كمية معينة من الكربون -14 – وهي فترة زمنية تسمى نصف العمر. يسمح لهم ذلك بقياس عمر قطعة عضوية – سواء كانت جلد حيوان أو هيكل عظمي أو رماد أو حلقة شجرة – عن طريق قياس نسبة الكربون 14 إلى الكربون 12 المتبقي فيها ومقارنة هذه الكمية بالكربون -14 نصف عمر. 

يبلغ عمر النصف للكربون 14 5730 عامًا ، مما يجعله مثاليًا للعلماء الذين يرغبون في دراسة آخر 50000 سنة من التاريخ. قال هيغام: “يغطي هذا الجزء المثير للاهتمام حقًا من تاريخ البشرية ، أصول الزراعة ، وتطور الحضارات: كل هذه الأشياء حدثت في فترة الكربون المشع.” 

ومع ذلك ، فقد فقدت الأجسام الأقدم من ذلك أكثر من 99٪ من الكربون -14 ، تاركة القليل جدًا للكشف عنها ، كما قال بريندان كوريتون ، أستاذ الأبحاث المساعد في مختبر الكربون المشع في جامعة ولاية بنسلفانيا. بالنسبة للأجسام القديمة ، لا يستخدم العلماء الكربون 14 كمقياس للعمر. بدلاً من ذلك ، غالبًا ما يبحثون عن النظائر المشعة لعناصر أخرى موجودة في البيئة.

بالنسبة لأقدم الأشياء في العالم ، يعتبر التأريخ باليورانيوم – الثوريوم – الرصاص الطريقة الأكثر فائدة. قال هيغام: “نحن نستخدمه في تحديد تاريخ الأرض”. في حين أن التأريخ بالكربون المشع مفيد فقط للمواد التي كانت على قيد الحياة ، يمكن للعلماء استخدام تأريخ اليورانيوم والثوريوم والرصاص لقياس عمر الأشياء مثل الصخور. في هذه الطريقة ، يقيس العلماء كمية مجموعة متنوعة من النظائر المشعة المختلفة ، والتي تتحلل جميعها إلى أشكال ثابتة من الرصاص. تبدأ سلاسل الانحلال المنفصلة هذه بانهيار اليورانيوم 238 واليورانيوم 235 والثوريوم 232. 

قال تامي ريتنور ، عالِم الجيولوجيا في جامعة ولاية يوتا ، إن “اليورانيوم والثوريوم من النظائر الكبيرة ، إنهما ينفجران في اللحامات. إنهما دائمًا غير مستقرين”. تتحلل كل هذه “النظائر الأم” في سلسلة مختلفة من النظائر المشعة قبل أن ينتهي بها الأمر كرصاص. لكل من هذه النظائر نصف عمر مختلف ، يتراوح من أيام إلى مليارات السنين ، وفقًا لوكالة حماية البيئة . تمامًا مثل التأريخ بالكربون المشع ، يحسب العلماء النسب بين هذه النظائر ، ويقارنونها بنصف عمر كل منها.باستخدام هذه الطريقة ، تمكن العلماء من تحديد تاريخ أقدم صخرة تم اكتشافها على الإطلاق ، وهي بلورة زركون عمرها 4.4 مليار سنة وجدت في أستراليا.

أخيرًا ، هناك طريقة أخرى للتأريخ لا تخبر العلماء عن عمر الجسم ، ولكن عندما تعرض آخر مرة للحرارة أو لأشعة الشمس. هذه الطريقة ، التي تسمى تأريخ التلألؤ ، مفضلة من قبل علماء الجيولوجيا الذين يدرسون التغيرات في المناظر الطبيعية على مدى المليون سنة الماضية – يمكنهم استخدامها لاكتشاف متى يتشكل نهر جليدي أو يتراجع ، ويترسب الصخور فوق الوادي ؛ أو عندما ألقى الفيضان الرواسب فوق حوض نهر ، كما أخبر ريتنور Live Science

عندما يتم دفن المعادن الموجودة في هذه الصخور والرواسب ، فإنها تتعرض للإشعاع المنبعث من الرواسب حولها. هذا الإشعاع يطرد الإلكترونات من ذراتها. تسقط بعض الإلكترونات عائدة إلى الذرات ، لكن البعض الآخر يعلق في ثقوب أو عيوب أخرى في شبكة كثيفة من الذرات حولها. يستغرق التعرض الثاني للحرارة أو أشعة الشمس لإعادة هذه الإلكترونات إلى مواقعها الأصلية. هذا بالضبط ما يفعله العلماء. يعرضون عينة للضوء ، وعندما تعود الإلكترونات إلى الذرات ، فإنها تنبعث منها الحرارة والضوء ، أو إشارة مضيئة. الألغاز ذات الصلة

قال ريتنور: “كلما طالت مدة دفن هذا الجسم ، زاد تعرضه للإشعاع”. في جوهرها ، فإن الأجسام المدفونة منذ فترة طويلة والمعرضة للكثير من الإشعاع ستحصل على كمية هائلة من الإلكترونات التي خرجت من مكانها ، والتي ستبعث معًا ضوءًا ساطعًا عند عودتها إلى ذراتها ، على حد قولها. لذلك ، فإن مقدار إشارة الإنارة يخبر العلماء بالوقت الذي تم فيه دفن الجسم. 

لا تعد كائنات المواعدة مهمة فقط لفهم عمر العالم وكيف عاش البشر القدامى. يستخدمه علماء الطب الشرعي لحل الجرائم ، من القتل إلى تزوير الفن. قال هيغام إن التأريخ بالكربون المشع يمكن أن يخبرنا عن المدة التي مضى عليها النبيذ الجيد أو الويسكي ، وبالتالي ما إذا كان قد تم تزويره. “هناك مجموعة كاملة من التطبيقات المختلفة.”

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com