Koolstof 14 Dating Ronde Sticker

Koolstof-14, 14C, of radiocarbon, is een isotoop van koolstof met een kern die 6 protonen en 8 neutronen bevat. De aanwezigheid ervan in organische materialen is de basis van de dateringsmethode voor radioactieve koolstof tot op heden archeologische, geologische en hydrogeologische monsters. Koolstof-14 werd op 27 februari 1940 ontdekt door Martin Kamen en Sam Ruben aan het Radiation Laboratory van de Universiteit van Californië in Berkeley, hoewel het bestaan ervan door Franz Kurie in 1934 was gesuggereerd[2]. Er zijn drie van nature voorkomende isotopen van koolstof op aarde: 99% van de koolstof is koolstof-12, 1% is koolstof-13 en koolstof-14 komt in sporenhoeveelheden voor, bijvoorbeeld tot 1 deel per triljoen (0,0000000001%) van de koolstof in de atmosfeer. De halfwaardetijd van koolstof-14 is 5,730±40 jaar. Het vervalt tot stikstof-14 door bètaverval.[3] De activiteit van de moderne koolstofstandaard[4] is ongeveer 14 desintegraties per minuut (dpm) per gram koolstof[5]. De atoommassa van koolstof-14 is ongeveer 14.003241 amu. De verschillende isotopen van koolstof verschillen niet merkbaar in chemische eigenschappen. Dit wordt gebruikt in chemisch onderzoek in een techniek genaamd carbon labeling: sommige koolstof-12 atomen van een bepaalde verbinding worden vervangen door koolstof-14 atomen (of sommige koolstof-13 atomen) om ze te traceren langs chemische reacties waarbij de gegeven verbinding betrokken is. Inhoud [verbergen] 1 Herkomst en radioactief verval 2 Radiocarbon dating 3 Vorming tijdens kernproeven 4 Voorkomen 4.1 In fossiele brandstoffen 4.2 In het menselijk lichaam 5 Zie ook 6 Referenties 7 Verder lezen 8 Externe links [bewerken] Herkomst en radioactief verval Koolstof-14 wordt geproduceerd in de bovenste lagen van de troposfeer en de stratosfeer door thermische neutronen geabsorbeerd door stikstofatomen. Wanneer kosmische straling in de atmosfeer terechtkomt, ondergaat deze diverse transformaties, waaronder de productie van neutronen. De resulterende neutronen (1n) nemen deel aan de volgende reactie: 1n + 14N → 14C + 1H De hoogste productie van koolstof-14 vindt plaats op een hoogte van 9 tot 15 km (30.000 tot 50.000 ft) en op hoge geomagnetische breedtegraden, maar de koolstof-14 mengt zich gemakkelijk en wordt gelijkmatig verdeeld over de atmosfeer en reageert met zuurstof om radioactief koolstofdioxide te vormen. Koolstofdioxide lost ook op in water en dringt zo door tot in de oceanen. Koolstof-14 kan ook in ijs worden geproduceerd door snelle neutronen die spallatiereacties in zuurstof veroorzaken. Koolstof-14 gaat dan door radioactief bètaverval. Door een elektron en een elektron antineutrino uit te zenden vervalt koolstof-14 (halveringstijd van 5730 jaar) in de stabiele (niet-radioactieve) isotoop stikstof-14. De inventaris van koolstof-14 in de biosfeer van de aarde is ongeveer 300 miljoen Curies, waarvan de meeste zich in de oceanen bevindt.[6] [bewerken] Radiocarbon dating Hoofdartikel: Radiocarbon dating Radiocarbon dating is een radiometrische dateringsmethode die gebruik maakt (14C) om de leeftijd van koolstofhoudende materialen tot ongeveer 60.000 jaar oud te bepalen. De techniek werd in 1949[7] ontwikkeld door Willard Libby en zijn collega's tijdens zijn periode als hoogleraar aan de Universiteit van Chicago. Libby schatte dat de radioactiviteit van uitwisselbare koolstof-14 ongeveer 14 desintegraties per minuut (dpm) per gram zou zijn. In 1960 kreeg hij de Nobelprijs voor de Scheikunde voor dit werk. Tot op heden wordt de techniek vaak gebruikt voor organische resten van archeologische vindplaatsen. Planten fixeren koolstof in de atmosfeer tijdens de fotosynthese, dus het niveau van 14C in planten en dieren als ze sterven is ongeveer gelijk aan het niveau van 14C in de atmosfeer op dat moment. Daarna neemt de radioactiviteit echter af, zodat een schatting kan worden gemaakt van de datum van overlijden of fixatie. Het initiaal 14C-niveau kan ofwel geschat worden, of anders direct vergeleken met bekende jaargewijze gegevens van boomringgegevens (dendrochronologie) tot 10.000 jaar geleden, of van grottenafzettingen (speleothems) tot ongeveer 45.000 jaar oud. Een berekening of (nauwkeuriger) een directe vergelijking met het koolstofgehalte van de boomring of grottenafzetting (carbon-14) geeft het hout of diermonster leeftijd vanaf de vorming. De techniek heeft beperkingen binnen het moderne industriële tijdperk, doordat fossiele brandstof koolstof (die weinig koolstof-14 bevat) in grote hoeveelheden in de atmosfeer wordt uitgestoten, in de afgelopen paar eeuwen. [bewerken] Vorming tijdens kernproeven Atmospheric 14C, Nieuw-Zeeland[8] en Oostenrijk[9]. De Nieuw-Zeelandse kromme is representatief voor het zuidelijk halfrond, de Oostenrijkse kromme is representatief voor het noordelijk halfrond. Atmosferische kernwapenproeven hebben de concentratie van 14C op het noordelijk halfrond bijna verdubbeld [10].De bovengrondse kernproeven die tussen 1955 en 1980 in verschillende landen plaatsvonden (zie de lijst van kernproeven) hebben de hoeveelheid koolstof-14 in de atmosfeer en vervolgens in de biosfeer drastisch doen toenemen; na afloop van de proeven begon de concentratie van de isotoop in de atmosfeer af te nemen. Een neveneffect van de verandering in de atmosferische koolstof-14 is dat dit de bepaling van het geboortejaar van een individu mogelijk maakt: de hoeveelheid koolstof-14 in tandglazuur wordt gemeten met versnellermassaspectrometrie en vergeleken met records van eerdere atmosferische koolstof-14-concentraties. Aangezien de tanden op een bepaalde leeftijd worden gevormd en daarna geen koolstof uitwisselen, kan met deze methode de leeftijd binnen 1,6 jaar worden bepaald. Deze methode werkt alleen voor personen die na 1943 zijn geboren,[11][12] en het moet bekend zijn of de persoon op het noordelijk of zuidelijk halfrond leefde op de leeftijd waarop de tand zou zijn gevormd. Een alternatieve dateringsmethode is gebaseerd op de lens van het oog; transparante eiwitten, "lenskristallen" genoemd, die tijdens het eerste levensjaar worden geproduceerd, zijn nadien onveranderd, zodat het meten van koolstof-14-concentraties daar een record van het tijdstip van geboorte kan opleveren. De belangrijkste restricties op de technologie zijn dat de persoon geboren moet zijn na 1950, de lens moet worden verwijderd terwijl het onderwerp in leven is of binnen drie dagen na de dood voordat het te veel vergaat, en het individu kan niet voornamelijk op zeevruchten hebben overleefd.[13] [bewerken] Opkomst [bewerken] In fossiele brandstoffen De meeste in man gemaakte chemicaliën zijn gemaakt van fossiele brandstoffen, zoals aardolie of steenkool, waarin de koolstof-14 al lang geleden vergaan zou moeten zijn. Dergelijke afzettingen bevatten echter vaak sporen van koolstof-14 (die aanzienlijk variëren, maar variëren van 1 % van de verhouding die in levende organismen wordt gevonden tot hoeveelheden die vergelijkbaar zijn met een schijnbare leeftijd van 40.000 jaar voor oliën met de hoogste niveaus van koolstof-14)[14]. Dit kan wijzen op mogelijke besmetting met kleine hoeveelheden bacteriën, ondergrondse stralingsbronnen die de 14N(n,p)-14C-reactie veroorzaken, direct uraniumverval (hoewel de gerapporteerde gemeten verhoudingen van 14C/U in uraniumhoudende ertsen[15] ruwweg 1 uraniumatoom voor elke twee koolstofatomen zouden impliceren om de 14C/12C-verhouding te veroorzaken, gemeten in de orde van grootte van 10-15), of andere onbekende secundaire bronnen van koolstof-14-productie. De aanwezigheid van koolstof-14 in de isotopensignatuur van een monster van koolstofhoudend materiaal wijst mogelijk op verontreiniging door biogene bronnen of het verval van radioactief materiaal in omliggende geologische lagen. In verband met de bouw van het Borexino zonne-neutrino observatorium, werd aardolie grondstof (voor het synthetiseren van de primaire scintillant) verkregen met een laag 14C-gehalte. In de Borexino Counting Test Facility werd een 14C/12C-verhouding van 1,94x10-18 bepaald;[16] reacties die verantwoordelijk zijn voor verschillende niveaus van 14C in verschillende aardoliereservoirs, en de lagere 14C-niveaus in methaan, zijn besproken door Bonvicini et al.[17] [bewerken] In het menselijk lichaam Omdat in wezen alle bronnen van menselijk voedsel afkomstig zijn van planten, bevat de koolstof die ons lichaam bevat koolstof-14 in dezelfde concentratie als de atmosfeer. De bètaverval van deze interne koolstof draagt ongeveer 0,01 mSv/jaar (1 mrem/jaar) bij aan de dosis ioniserende straling van elke persoon[18]. Dit is klein in vergelijking met de doses van kalium-40 (0,39 mSv/jaar) en radon (variabel). Carbon-14 kan als radioactieve tracer in geneesmiddelen worden gebruikt. In de initiaal variant van de ureum ademtest, wordt een diagnostische test voor Helicobacter pylori, ureum gelabeld met ongeveer 37 kBq (1.0 µCi) carbon-14, aan een patiënt gevoerd. In geval van een H. pylori-infectie breekt het bacteriële urease-enzym het ureum af in ammoniak en radioactief gelabeld koolstofdioxide, wat kan worden gedetecteerd door lage tellingen van de ademhaling van de patiënt[19]. De 14-C ureum ademtest is grotendeels vervangen door de 13-C ureum ademtest die geen stralingsproblemen heeft.