Karbon 14 Metodu By: ehlidunya Date: 30 Temmuz 2010, 22:39:22
Karbon 14 Metodu
Ýkinci Dünya Savaþý’ný tâkip eden yýllarda (1949) Amerikalý kimyacý Willard Libby kendisine Nobel ödülü kazandýran bir buluþ yaptý. Bu, tarih öncesi zamanla ilgili çalýþmalarda dönüm noktasý teþkil eden, fakat esas olarak Dünya’nýn yaþý konusundaki bilgileri alt–üst eden bir geliþmeydi.
Libby’nin keþfi, bugün “Karbon 14” (veya radyokarbon) tekniði olarak ünlenmiþ olan, organik kalýntýlarýn yaþýný belirleme metoduydu. Arkeologlar 1950’lerde bu yeni metodu kullanarak ilk tarih öncesi yerleþimlere mutlak yaþlar verdiler. Rusya ve Afrika’daki Neolitik yerlerin yaþý 50 bin yýl civarýnda belirlenirken, Filistin’deki Eriha þehrinin 11 bin yýl önce kurulmuþ ilk insan yerleþimi olduðu ortaya kondu. Hâlen arkeologlar, paleontologlar ve paleoantrepologlar 50 bin yýldan daha genç olan organik malzemelerin (kemik, diþ, odun kömürü vs) yaþýný belirlemek için karbon 14 tekniðine baþvuruyorlar. Peki ama karbon 14 ile yapýlan yaþ tayinleri ne kadar güvenilirdir? Bu ve diðer yaþ tayin metodlarý bize geçmiþle ilgili ne ölçüde sýhhatli bilgi vermektedir?
Karbon 14 metodu :
Prensip basittir. Uzaydan gelen kozmik tanecikler yukarý atmosferde bulunan karbondioksit (CO2) gazý moleküllerinden bazýlarýyla karþýlaþýrlar ve bunlardaki yaygýn, olaðan ve kararlý (radyoaktif olmayan) karbon 12 atomlarýný sürekli olarak bombardýman ederler. Karbon 12 atomu yapýsýna iki nötron alarak radyoaktif özellikteki karbon 14 hâline gelir. Bu sonuncusu hemen bozulmaya (desintegration) baþlar ve belli bir süre sonra azot 14 gazýna dönüþür. Bu arada karbon 14 ve karbon 12 önce CO2 yoluyla bitkiler (fotosentez), ardýndan da hayvanlar tarafýndan asimile edilir ve beslenme zincirine girer. Herhangi bir bitki veya hayvan için, karbon 14 atomunun dünya üstünde tabiî olarak bulunan yaygýn ve olaðan karbondan (karbon 12) farký yoktur; canlý her iki atomu da sürekli olarak bünyesine alýr ve bunlarýn birbirlerine nisbeti bellidir. Bitki ve hayvan öldüðünde dýþarýdan karbon alýþý durur. O anda organizmada ölünceye kadar almýþ olduðu karbon 12 ve radyoaktif karbon 14 bulunmaktadýr. Organizmadaki karbon 12 miktarý sabit kalýrken, radyoaktif karbon 14 bozulmaya devam ettiðinden karbon 12’ye göre oraný azalýr. Yaþ tayini için alýnan örnekteki karbon 14 miktarýný belirlemek için, bir gram karbonda dakikadaki bozulma sayýsýný hesaplamak gerekir. Karbon 14’ün yarý ömrü 5.700 yýl olarak kabul edildiðinden (yani karbon 14 atomlarýnýn yarýsýnýn bozulmasý için 5.700 yýl geçmesi gerektiðinden) analiz edilen organizmanýn ölüm tarihi buradan bulunur. Radyokarbon nisbeten nâdir bulunur; bir bitki veya hayvanýn yapýsýndaki toplam karbon miktarýnýn sadece çok küçük bir kesri radyokarbondur. Yaþ tayini için kullanýþlý olan bu küçücük kesrin önemi Libby’nin iddiasýna göre þuydu: radyokarbonun olaðan karbona oraný dünyadaki bütün canlýlar için daima aynýydý ve bu kolayca ölçülebilen birþeydi.
Radyokarbon oluþur oluþmaz bozulmaya baþlar. Atmosferde bir miktar radyokarbon oluþtuðunda, bu miktarýn yarýsý 5.700 yýl kadar sonra bozulmuþ olur (ve azot gazýna dönüþür). Geri kalan miktarýn yarýsý da daha sonraki 5.700 yýlda bozulur ve ölçülemeyecek kadar küçük bir kalýntý kalýncaya kadar bu böyle devam eder. Bir aðaç, ölümünden 5.700 yýl sonra, canlýyken bünyesinde bulunan radyokarbon / olaðan karbon oranýnýn sadece yarýsýný ihtiva eder. 11.400 yýl (veya iki yarý–ömür) sonra, tabiattaki oranýn sadece dörtte birini içerir. Yaklaþýk beþ yarý–ömür, veya kabaca 30 bin yýl sonra ise, çok zor ölçülen bir kalýntý kalýr, bu yüzden radyokarbon testi sadece 30 bin yýldan daha genç kalýntýlarýn yaþ tayininde saðlýklý þekilde kullanýlabilir.
Radyokarbon testi, bir zamanlar canlý olan varlýklarýn kalýntýlarý üstünde çalýþýr; meselâ binlerce yýl öncesine ait bir mezardaki kemikler veya aðaçtan yapýlmýþ direkler gibi. Böyle organik bir maddenin yaþýný tayin etmek için kalan radyokarbon miktarýný saymak, buradan da canlýnýn ne zaman radyokarbon almayý durdurduðu –yani ne zaman öldüðü– sonucunu çýkarmak gerekmektedir.
Testin deðeri, bir papirüs parçasýnýn veya seyrek karþýlaþýlan bir kafatasýnýn ne kadar zaman öncesine ait olduðunu öðrenmek gerektiðinde ortaya çýkmaktadýr. Netice itibariyle bu teknik yeryüzünde radyokarbonun (karbon 14) yaygýn, olaðan ve kararlý karbona (karbon 12) oranýný, ve daha da önemlisi bu oranýn zaman içinde sabit kalýp kalmadýðýný doðrulukla bilmeye dayanmaktadýr. Yani testin saðlýklý iþlemesi için yeryüzündeki radyokarbon / olaðan karbon oraný, teste konu olan varlýk hem hayatta iken, hem de öldükten sonra ayný kalmýþ olmalýdýr, ve metodun ilk geliþtirildiði günden beri de ayný kabul edilmiþtir (son geliþmeler ýþýðýnda böyle bir ön kabulün doðru olmadýðý anlaþýlmýþtýr). Arkeologlar mezarýný bulduklarý bir insanýnýn yaþýný belirlemek istediklerinde, eðer bu insan hayattayken yeryüzünde daha fazla karbon 14 mevcut idiyse, kemiklerden elde edilen yaþ hatalý olacak, o insan gerçek yaþýndan daha genç gözükecektir. Eðer yaþarken yeryüzünde daha az radyokarbon mevcut idiyse bu durumda daha yaþlý gözükecektir.
Libby ve ekibi 1940’larda bu tekniði geliþtirirken, Dünya’daki karbon 14 miktarýnýn insanýn yeryüzündeki varoluþ zamaný boyunca deðiþmediðine inanýyorlardý; çünkü bu varoluþ zamaný, Dünya’nýn 4,6 milyar yýl olarak kabul edilen yaþý yanýnda çok küçük kalýyordu. Libby de radyokarbon oranýný “denge deðeri” ifadesiyle sabit kabul ediyordu.
Dünya oluþtuktan ve bir atmosfere sahip olduktan sonra, karbon 14’ün inþa edileceði 30 bin yýllýk bir geçiþ periyodu olacaktý. Bu periyodun sonunda, kozmik radyasyon etkisiyle meydana gelen karbon 14 miktarý sýfýra doðru bozulan karbon 14 miktarýyla dengelenecekti. Libby’nin terminolojisiyle, 30 bin yýl sonunda yeryüzündeki radyokarbon rezervuarý sabit duruma ulaþmýþ olacaktý.
Problemler baþlýyor
Üniformitaryen jeolojiye (jeolojik zamanlar boyunca tabiattaki þartlarýn deðiþmediðini kabul eden görüþe) göre, Dünya, rezervuarýn dolmasý için gereken 30 bin yýldan binlerce defa daha yaþlý olduðundan, radyokarbon miktarý milyarlarca yýl önce dengeyi yakalamýþ ve insanýn yaratýldýðý günden bugüne kadar da bu sabit deðeri korumuþ olmalýdýr. Teorinin bu kýsmýný test etmek için Libby, radyokarbonun hem oluþma hem de bozulma oranlarýyla ilgili ölçümler yaptý ve önemli bir çeliþki belirledi. Buna göre, radyokarbon atmosferde bozulup ortadan kalkma hýzýna göre % 25 daha hýzlý oluþuyordu. Libby, bu sonucu deney hatasý olarak kabul etti.
Libby’nin deneyleri 1960’larda, daha geliþmiþ tekniklerle çalýþan kimyacýlar tarafýndan da tekrarlandý. Sözkonusu radyasyon miktarý çok küçük olduðundan (saniyede birkaç atomun bozulmasý) ve sonuçlarý bozabilecek diðer bütün radyasyon kaynaklarýný seçip elemek gerektiðinden, deneyler çok hassas ölçümleri gerektiriyordu. Yeni deneyler, Libby’nin tesbit ettiði çeliþkinin sadece deney hatasý olmadýðýný gösterdi; bu mevcuttu. Büyük hatalara raðmen, bugünkü tabiî oluþum oranýnýn tabiî bozulma oranýný % 25 kadar aþtýðýný gösteren güçlü belirtiler olduðu, karbon 14’ün oluþma ve bozulmasýndaki dengenin korunmadýðý belirlendi.
Bunu, Southern California Üniversitesi’nden Hans Suess; Journal of Geophysical Research’de ve V.R. Switzer Science’da yazarak diðer bazý araþtýrmacýlarla birlikte teyid ettiler. Verileri gözden geçiren Utah Üniversitesi’nden metalürji profesörü Melvin Cook, karbon 14’ün bugünkü oluþum oranýnýn bir dakikada bir gramda 18,4 atom, bozulma oranýnýn ise bir dakikada bir gramda 13,3 atom olduðu sonucuna ulaþtý; yani ayný zaman aralýðýnda oluþma oraný bozulmadan % 38 kadar fazlaydý. Bu keþif Cook tarafýndan þu þekilde izah edildi: “Bu sonucun iki anlamý olabilir: ya, karbon 14’le ilgili olarak atmosfer þu veya bu sebepten dolayý geçici bir inþa aþamasýndadýr… veya radyokarbon yaþ tayin metodunun temel kabullerinden herhangi birinde bir yanlýþlýk vardýr.”
Cook, radyokarbon oluþmasý ve bozulmasýyla ilgili eldeki en son rakamlarý aldý ve buradan sýfýr radyokarbona ulaþacak þekilde geriye doðru hesaplamalar yaptý. Aslýnda bunu yaparken, radyokarbon tekniðini kullanarak Dünya atmosferinin yaþýný hesaplamaya çalýþýyordu. Sonuçta, Dünya atmosferinin yaþý 10.000 yýl civarýnda çýktý. Üniformitaryen jeoloji ve Darwinci teori diyetiyle beslenip yetiþtirilmiþ birisi için, veya standard bir jeoloji ders kitabýný açan lise veya üniversite öðrencisi için, hayatýn Dünya üzerinde 10.000 yýl gibi kýsa bir geçmiþi olabileceði fikri, kaçýnýlmaz olarak mantýksýz gözükür. Acaba radyokarbon metodu yaþý bilinen nesneler için test edilip doðruluðu tamamen gösterildi mi? Acaba bu teknik, mükemmel sonuçlarla arkeolojide geniþ bir kabul gördü mü? Acaba kullanýlan metodda yýllar önce herhangi bir kusur bulunmuþ muydu?
Radyokarbon metodu, yaþýný baðýmsýz olarak, meselâ arkeolojik kaynaklardan bildiðimiz nesneler üzerinde denenmiþti ve etkileyici erken baþarýlar elde etmiþti. Test edilen ilk eþyalardan biri, Mýsýr’da bir firavun mezarýndan çýkarýlmýþ olan ve baðýmsýz olarak 3.750 yýl öncesine ait olduðu bilinen aðaç bir kayýktý. Radyokarbon denemesi 3.441 ile 3.801 yýl arasýnda bir tarih verdi; bu sadece 51 yýl gibi bir hata demekti. Fakat bu umut verici baþlangýçtan hemen sonra, metod için zorluklar baþladý ve sonraki denemeler anormal yaþlar verdi.
Anormal yaþlarla ilgili son örneklerden birisi þuydu: 1991’de Güney Afrika’da açýk arazide bulunan kaya resimleri Oxford Üniversitesi tarafýndan analiz edilmiþ ve yaklaþýk 1.200 yýl yaþlý olduðu hesaplanmýþtý. Bu önemliydi, çünkü bunlar bölgede bulunan ilk açýk arazi resimleriydi. Fakat, bu konuda çýkan haberler Capetown’da oturan bir bayanýn, Joan Ahrens’in dikkatini çekti. Ahrens resimleri tanýdý; bunlar kendisinin resim dersinde yaptýðý ve daha sonra bahçesinden çalýnan resimlerdi. Bu gibi olaylarýn anlamý þuydu ki, yanlýþlýklar, yaþ tayin tekniklerini bazý dýþ metodlarla kontrol etme þansýna sahip olduðumuz böyle seyrek durumlarda ortaya çýkarýlabilirdi sadece. Böyle dýþarýdan araþtýrma imkânlarý mevcut deðilse, karbon tekniðinin verdiði hükmü kabul etmek zorunda kalýyorduk.
Bu anormal keþiflerle ortaya çýkan durum Introduction to Prehistoric Archaeology adlý eserde þöyle özetleniyor: “Yýllardan beri, muhtemel hatalarýn…nisbeten küçük etkileri olabileceði düþünüldü, fakat radyokarbon yaþlarýyla ilgili yakýn zamanda yapýlan araþtýrmalar, karbon 14’ün atmosferdeki tabiî konsantrasyonunun hesaplanan yaþlarý belli dönemlerde önemli ölçüde etkileyecek kadar deðiþmiþ olduðunu gösteriyor. Deðiþim miktarý teorik olarak tahmin edilemediðinden, karbon 14 ile gerçek takvim arasýnda korelasyon yapabilecek mutlak kesinlikte paralel bir yaþ tayin metodu bulmak artýk zorunlu olmuþtur.”
Aðaçlarýn büyüme halkalarý
Radyokarbon yaþ tayinini teyid etmek için baþvurulan paralel tayin metodu, California ve Nevada daðlarýnýn yüksek kesimlerinde yetiþen ve Yeryüzü’ndeki en yaþlý canlý varlýk olan ilginç bir aðaç, bristlecone çamý üzerinde test edilmiþtir.
Bristlecone çamý, Arizona Üniversitesi’nden Charles Ferguson tarafýndan dendrokronoloji (aðaç halkalarýyla yaþ tayini) bilimini geliþtirmek için kullanýlmýþtýr. Bu yararlý bir aðaçtýr, çünkü çok uzun yaþamaktadýr ve halkalarýndaki ardýþýklýklarýn geçmiþteki belli yýllarý temsil ettiði söylenmektedir. Bu durum, genç bir aðacý daha yaþlý aðaçlarla (ölmüþ aðaçlar da dahil) mukayese etme imkâný vermekte ve sonuçta aðaç halkasý kronolojisi giderek daha geri tarihlere çekilmektedir. Alýnan aðaç örneklerindeki belli diziler incelenerek yapýlan yaþ tayinleri Ferguson’a günümüzden 8.200 yýl öncesine uzanan bir ana kronoloji inþa etme imkâný vermiþ ve bu da radyokarbon yaþlarýndaki deðiþimlerin doðruluðunu test etmekte kullanýlmýþtýr. Hans Suess, üzerine ana kronolojinin bina edildiði bristlecone çam örneklerinin yaþýný bir de radyokarbon yöntemiyle tayin ederek bir sapma cetveli hazýrlamýþtýr. Bu cetvel teoride radyokarbon metodunun yanlýþlýklarýný 10.000 yýl öncesine kadar düzeltme imkâný vermektedir. Fakat cetveller için bir kalibrasyon metodu henüz geliþtirilmiþ deðildir. Yani geçmiþten bugüne çok iyi bildiðimiz sabit bir kriter bulunmamaktadýr.
Radyokarbon tekniðinin mucidi Libby, önemli sapmalarýn olabileceðini baþlangýçta düþünmemiþti. “Bu tekniði geliþtirdiðimizde” diyordu Libby, “elimizde en küçük bir delil olmamasýna raðmen, kozmik ýþýnlarýn sabit kaldýðýný varsaydýk. Fakat þimdi deðiþim olduðunu biliyoruz.”
Yakýn zamanda tartýþmaya yeni bir zorluk daha girmiþ bulunuyor. Dendrokronolojinin dayandýðý temel prensip –her yýl bir aðaç halkasý oluþur– sorgulanýyor. Encyclopaedia Britannica’da Holosen dönemiyle ilgili olarak dendrokronoloji çalýþmalarýný yazan R. W. Fairbridge þunlarý söylüyor: “Aðaç–halkasý analizlerinde bazý tuzaklar keþfedildi. Zaman zaman, çok þiddetli geçen bir mevsimde, büyüme halkasý oluþmayabilir. Bazý enlemlerde, aðaç halkasýnýn büyümesi nem ile, bazýlarýnda sýcaklýkla doðru orantý göstermektedir. Ýklim açýsýndan bu iki faktör farklý bölgelerde genellikle ters orantýlý bir iliþki içindedir.” Ayný þekilde, eðer büyüme baharda baþlar, sonra vakitsiz soðuklardan dolayý durur ve tekrar baþlarsa, bir yýl içinde iki halka da geliþebilir ve bu yanýltýcý olur. Sonuçta, iklim deðiþiklikleri, düzeltme cetvellerinde bristlecone çam yaþlarýyla ilgili deðiþiklik yapmayý gerektirmektedir. Burada anahtar soru, karbon 14’ün oluþma ve bozulma oraný arasýndaki uyuþmazlýðýn nasýl açýklanacaðýdýr.
2001 yýlýnda Bahama adalarýndaki bir maðarada 45 bin yýl önce oluþmaya baþlamýþ bir dikit üzerinde analiz yapan Arizona Üniversitesi’nden Warren Beck ve arkadaþlarý, karbon 14’ün atmosferik konsantrasyonunda 45 bin ile 33 bin yýl öncesi arasýnda çok büyük deðiþimler belirlediler ve bunun sebebinin, yeryüzünü anormal derecede yüksek kozmik ýþýn akýlarýyla radyasyona mâruz býrakmýþ bir süpernova patlamasý olabileceðini ileri sürdüler.
Problem þuydu: eðer karbon 14 konsantrasyonu önemli ölçüde deðiþtiyse, bu dönemin fosillerinin yaþlarýný tayin etmek imkânsýz hâle gelmektedir. Lyon Radyokarbon Yaþ Tayin Merkezi müdürü Jacques Evin, “atmosferdeki karbon 14 oranýnýn zaman içinde sabit kalmadýðý uzun zamandan beri biliniyor. Dolayýsýyla ölçüm yaþlarý sýklýkla deðiþiyor” diyor. Üçbin yýl önce gözlenen en büyük karbon 14 deðiþimi bu metodun ve dolayýsýyla aðaç halkalarý, mercanlarýn büyüme çizgileri ve göl tortullarýnýn çökelme sýnýrlarý gibi kalibrasyon yöntemlerinin kullanýlmasýný imkânsýz hâle getiriyor.
radyobeyan