Εμπρός… πίσω!

Skeleton and archaeological tools.Training for dig fossil.Simulated same as real digging.

Από την πρώτη κιόλας στιγμή που ο άνθρωπος άρχισε να προβληματίζεται σχετικά με την ύπαρξη και τη δραστηριότητά του στον κόσμο, κατέστη σαφές ότι θα έβρισκε απαντήσεις μόνο αν κατευθυνόταν προς την απαρχή της εμφάνισής του.

 Φυσικά κάτι τέτοιο παρέμεινε για πολλούς αιώνες στη σφαίρα της φαντασίας του, με τη φιλοσοφία να αποτελεί τη μοναδική του οδό στη θεμελίωση απόψεων περί γένεσης, ύπαρξης και λοιπά. Με την πάροδο των χρόνων και φυσικά την ανάπτυξη και εξέλιξη της τεχνολογίας, μας δόθηκε η δυνατότητα να… «προσεγγίσουμε» το παρελθόν και κατ’ επέκταση τις απαντήσεις στα θεμελιώδη αυτά ερωτήματα.  

Ο δρόμος της κατανόησης άνοιξε με την άνθιση της ραδιοχρονολόγησης, την αξιοποίηση δηλαδή διαφόρων θεμελιωδών αρχών της χημικής συμπεριφοράς ενός οργανισμού μέσω κατάλληλων μεθόδων με σκοπό τον υπολογισμό της ηλικίας του. Η μέθοδος αυτή μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε είδος οργανικού δείγματος (ένα δείγμα δηλαδή που περιέχει άνθρακα), από αρχαιολογικά ευρήματα μέχρι οστά ζώων, ανθρώπων και κορμών δέντρων.  

Η βασική αρχή της μεθόδου αυτής είναι η εξής:  

Κάθε οργανισμός περιέχει άνθρακα, αφού ο άνθρακας είναι ο θεμελιώδης λίθος που δομεί την ύλη. Όπως τα περισσότερα από τα γνωστά μας χημικά στοιχεία, έτσι και ο άνθρακας υπάρχει σε διάφορα ισότοπα. 

Κάθε πυρήνας χημικού στοιχείου αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Ισότοπα λοιπόν ορίζουμε τους πυρήνες εκείνους που φέρουν ίδιο αριθμό πρωτονίων, αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Ο δε αριθμός πρωτονίων δίνει και την ταυτότητα του στοιχείου, έτσι λοιπόν κάθε πυρήνας που φέρει 3 πρωτόνια θα είναι πυρήνας λιθίου (Li), κάθε πυρήνας που φέρει 6 πρωτόνια θα είναι πυρήνας άνθρακα (C) και ούτω καθεξής. Από την άλλη, ο αριθμός των νετρονίων μας δίνει το διαφορετικό ισότοπο του στοιχείου. Έτσι, ένας πυρήνας που φέρει 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια θα είναι ένας πυρήνας άνθρακα (αφού φέρει το «δακτυλικό αποτύπωμα» των 6 πρωτονίων) και θα ορίζεται ως το ισότοπο C-12 του άνθρακα (ο αριθμός του ισοτόπου προκύπτει από το άθροισμα πρωτονίων και νετρονίων), ενώ ένας πυρήνας που φέρει 6 πρωτόνια και 8 νετρόνια θα είναι ένας πυρήνας άνθρακα (ομοίως λόγω 6 πρωτονίων) αλλά θα ορίζεται ως το ισότοπο C-14 του άνθρακα.  

Τόσο ο άνθρακας 12 (στο εξής C-12) όσο και ο άνθρακας 14 (στο εξής C-14) υπάρχουν στη φύση μας. Ο C-12 είναι σταθερός, ενώ ο C-14 είναι ραδιενεργός πυρήνας (πυρήνας που όπως έχει περιγραφεί και σε προηγούμενο άρθρο είναι εξαιρετικά ασταθής και διασπάται).

Ραδιενεργός διάσπαση ενός ατόμου άνθρακα-14. Το άτομο άνθρακα μετατρέπεται σε άτομο αζώτου.

 Κάθε ζωντανός οργανισμός δομείται ως επί το πλείστον από άνθρακα, άρα φέρει και τα δύο αυτά ισότοπα στη δομή του (στην πραγματικότητα είμαστε σχεδόν εξ ολοκλήρου δομημένοι από C-12 και διαθέτουμε ελάχιστη ποσότητα C-14). Ωστόσο ο C-14 είναι ραδιενεργός και διασπάται, άρα συνεχώς «χάνουμε» ποσότητα C-14. Όσο όμως ένας οργανισμός παραμένει ζωντανός, ανανεώνει την ποσότητα του άνθρακα που διαθέτει μέσω της αναπνοής, της τροφής του (για τα ζώα), της φωτοσύνθεσης (για τα φυτά) και άλλων διαδικασιών πρόσληψης άνθρακα, οπότε και η αναλογία C-14 / C-12 παραμένει πρακτικά σταθερή. Όταν ο οργανισμός πάψει να ζει, αυτομάτως σταματάνε όλες οι διαδικασίες ανακύκλωσης των στοιχείων. Ξεκινά λοιπόν μια φάση στην οποία παύει να ανανεώνει την ποσότητα άνθρακα που διαθέτει και η ποσότητα αυτή θα παραμένει σταθερή. Όπως αναφέραμε και παραπάνω, ο C-12 είναι σταθερός, άρα η ποσότητά του θα παραμένει σταθερή (όσο φυσικά δεν αποσυντίθεται), ενώ ο C-14 είναι ραδιενεργός και θα διασπάται χωρίς να ανανεώνεται, οπότε ο οργανισμός βρίσκεται σε φάση συνεχούς απώλειας C-14. Με δεδομένο ότι κάθε ζώντας οργανισμός έχει σταθερή αναλογία C-14 / C-12 (περίπου 10-12, δηλαδή για κάθε ένα τρισεκατομμύριο πυρήνες C-12 που περιέχει, περιέχει και έναν πυρήνα C-14, μάλλον τρομακτικά μικρή αναλογία!), ενώ η αναλογία αυτή συνεχώς μικραίνει κατά τη φάση θανάτου αφού υπάρχει συνεχής απώλεια C-14, μετρώντας την αναλογία που φαίνεται να εμφανίζει το δείγμα την παρούσα χρονική στιγμή μπορούμε να υπολογίσουμε με μεγάλη ακρίβεια τη στιγμή θανάτου του δείγματος, άρα και την περίοδο ζωής του!  

 Όπως γίνεται άμεσα αντιληπτό, για να μπορέσει να αξιοποιηθεί η ραδιοχρονολόγηση είναι απαραίτητη η ύπαρξη του οργανικού δείγματος, που αποτελεί και το μεγαλύτερο εμπόδιο. Κατά τη φάση θανάτου ενός οργανισμού αποσυντίθενται εύκολα και γρήγορα οι μαλακοί ιστοί, ενώ σκληρότεροι όπως τα οστά έχουν μεγαλύτερη αντοχή στην αποσύνθεση, όχι όμως και πλήρη αντίσταση. Για να «επιβιώσει» λοιπόν ένα δείγμα μέχρι σήμερα και να μπορέσουμε να προσδιορίσουμε την ηλικία του θα πρέπει να έχει διατηρηθεί μέσω μεθόδων όπως είναι η απολίθωση, κατά την οποία μπορούν να διατηρηθούν τα οστά εντός κοιλοτήτων λίθων, πετρωμάτων, ακόμα και λάβας! Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η επιβίωση ανθρώπινων οστών που καλύφθηκαν από λάβα του ηφαιστείου της Πομπηίας!  

Έτσι λοιπόν η χημεία μέσω της ραδιοχρονολόγησης βοήθησε της θεωρητικές επιστήμες στο δρόμο προς την κατανόηση του παρελθόντος μας. Μέσω της πολυσήμαντης αυτής μεθόδου καταφέραμε να τοποθετήσουμε στο «χρονικό» χάρτη μας την περίοδο ευδοκίμησης των δεινοσαύρων, των ανθρώπων, τις περιόδους του λίθου, του χαλκού και άλλων, τη χαρτογράφηση γενικότερα της ζωής και της εξέλιξής της πάνω στη γη.  

Διευρύνοντας αυτό το μοντέλο στον κόσμο μας, καταφέραμε μέσω άλλων στοιχείων πέραν του άνθρακα να προσδιορίσουμε ηλικίες στο σύμπαν. Κάνουμε πλέον λόγω για την κοσμική ραδιοχρονολόγηση, μέσω της οποίας καταφέραμε να προσδιορίσουμε τις ηλικίες διάφορων σωμάτων του σύμπαντος. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η ηλικία της γης ανέρχεται περίπου στα 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, η ηλικία του ήλιου μας είναι περίπου 5,3 δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ η ηλικία του σύμπαντος φτάνει τα περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια! Φυσικά η μέθοδος υπολογισμού ηλικιών στο σύμπαν απαιτεί μακράν συνθετότερους υπολογισμούς και ξεφεύγει από τα πλαίσια του παρόντος άρθρου.  

Η ραδιοχρονολόγηση έχει καταφέρει λοιπόν να μας δώσει απαντήσεις σχετικά τόσο με την εξέλιξη της ζωής στον πλανήτη μας, όσο και της γενικότερης πορείας του σύμπαντος.

 Το αμείωτο ενδιαφέρον μας για να βρούμε απαντήσεις ως προς τη δημιουργία τόσο του κόσμου μας όσο και της δικής μας μας έχει ωθήσει να ερευνήσουμε μια πορεία δισεκατομμυρίων ετών, από την απαρχή του σύμπαντός μας και τη «Μεγάλη Έκρηξη» (Big Bang) μέχρι και σήμερα. Η ραδιοχρονολόγηση φάνηκε εξ αρχής ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο που, μεταξύ άλλων, έκανε δυνατή τη χρονική χαρτογράφηση της εξέλιξης στο παρελθόν. Τι γίνεται άραγε με το μέλλον; 

   Πηγές: 

  1. Δημοτάκης, Π., & Μισαηλίδης, Π., & Παπαευθυμίου, Ε. (1998). Ραδιοχημεία και πυρηνικές μέθοδοι αναλύσεως. Αθήνα, Μακεδονικές Εκδόσεις 
  2. Σ. Κουλούρης, Α. Κωνσταντάρα, «Ανασκόπηση Ραδιοχρονολόγησης με Εφαρμογή στην Αρχαιομετρία και Κοσμολογία», υπεύθυνος καθηγητής Γ. Α. Σουλιώτης (2018)  
  3.  https://www.sciencelearn.org.nz/image_maps/37-c-14-carbon-dating-process

Εικόνες:

  1. https://www.quora.com/A-normal-carbon-atom-has-6-neutrons-and-carbon-12-has-6-neutrons-so-how-is-carbon-12-an-isotope
  2. https://www.windows2universe.org/physical_science/physics/atom_particle/radioactive_decay.html
Ακολουθείστε μας και χαρίστε μας ένα like:
Close Menu