การวิเคราะห์อายุของฟอสซิล ทำได้อย่างไร?
ก่อนอื่นทุกคนต้องรู้จักคำว่า "ไอโซโทป" ก่อนนะครับ
ในธาตุแต่ละธาตุจะมีนิวเคลียสอยู่ตรงกลาง และมีอิเล็กตรอนอยู่รอบๆ ซึ่งมวลของธาตุนั้นจะขึ้นอยู่กับนิวเคลียสเท่านั้น เพราะอิเล็กตรอนมีมวลน้อยมาก โดยในนิวเคลียสของธาตุจะประกอบไปด้วย โปรตอน(ประจุบวก) และนิวตรอน(เป็นกลาง)
อะตอม | http://www.differencebetween.net/science/difference-between-atom-and-mole/
การที่จะระบุชนิดของธาตุนั้น ขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอน ถ้ามีจำนวนโปรตอนเท่ากันก็ถือว่าเป็นธาตุเดียวกัน สัญลักษณ์ของธาตุก็จะเหมือนกัน ซึ่งถ้าหากว่าดูในตารางธาตุ ตัวเลขที่ห้อยด้านล่างก็คือ เลขอะตอม(จำนวนโปรตอน) ส่วนตัวเลขด้านบนคือ มวลอะตอม(รวมมวลของโปรตอนและนิวตรอน) ซึ่งมวลอะตอมนี้ ในทางเคมีจะวัดว่ามีมวลเป็นกี่เท่าของอะตอมไฮโดรเจน ดังนั้น ขนาดของมวลอะตอมนี้จึงเปรียบเสมือนกับเป็นจำนวนของโปรตอนรวมกับนิวตรอน(โปรตอนกับนิวตรอนมวลใกล้เคียงกันมาก) เช่น ไฮโดรเจนมี 1 โปรตอน คาร์บอนมี 6 โปรตอน + 6 นิวตรอน ดังนั้นคาร์บอนมีมวลอะตอมเท่ากับ 12 (12เท่าของไฮโดรเจน) และตัวไฮโดรเจนเองก็จะมีมวลอะตอมเท่ากับ 1
สัญลักษณ์ธาตุ | http://www.satriwit3.ac.th/external_newsblog.php?links=1553
ตารางธาตุ | TChO-15th
แต่ถ้าสังเกตดีๆ ในตารางธาตุทำไมมวลอะตอมถึงมีจุดทศนิยม ทั้งๆที่เป็นจำนวนโปรตอนกับนิวตรอน ควรจะเป็นจำนวนเต็ม เนื่องจากว่าในธรรมชาติ ตัวอย่างเช่นอะตอมไฮโดรเจนที่มีโปรตอน 1 ตัว ก็จะมีไฮโดรเจนอีกประเภทที่มีโปรตอน 1 ตัว แต่มีนิวตรอนเพิ่มมา 1 ตัว โดยจะมีมวลอะตอมเป็น 2 จึงเรียกว่า ดิวทีเรียม สัญลักษณ์ คือ 2-H หรือ D และไฮโดรเจนที่มีนิวตรอน 2 ตัว มีมวลอะตอมเท่ากับ 3 เรียกว่า ทริเทียม สัญลักษณ์ คือ 3-H หรือ T
ซึ่งไฮโดรเจนทั้ง 3 แบบนี้มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน แต่โปรตอนเหมือนกัน เรียกว่าเป็น "ไอโซโทป" กันนั่นเอง และสามารถวิเคราะห์ได้ว่าในธรรมชาติจะมีไอโซโทปชนิดไหนกี่เปอร์เซ็นต์ โดยใช้เครื่องที่ชื่อว่า mass spectroscopy ดังนั้นในทางเคมีเพื่อเพิ่มความถูกต้องในการคำนวณต่างๆที่ใช้มวลอะตอมมาคิด จึงต้องใช้มวลอะตอมเฉลี่ย คือนำมวลอะตอมของไอโซโทปแต่ละชนิดคูณเปอร์เซ็นที่พบในธรรมชาติ รวมกันแล้วหาร 100 หรือนึกภาพง่ายๆก็คือ สมมุติว่ามีแก๊สไฮโดรเจนอยู่ในถัง มวลของแก๊สไฮโดรเจนทั้งหมดจะไม่ใช่แค่นำมวลอะตอมของ 1-H(ไฮโดรเจน) มารวมกันอย่างเดียว แต่ในนั้นจะมีทั้งดิวทีเรียม(2-H) และทริเทียม(3-H) อยู่เป็นสัดส่วนร้อยละที่พบในธรรมชาติซึ่งสามารถวิเคราะห์ได้ ดังนั้นการคำนวณจึงต้องใช้มวลอะตอมเฉลี่ยมาคิด นั่นก็เป็นเหตุผลว่าทำไมในตารางธาตุมวลอะตอมถึงเป็นเลขทศนิยม
ซึ่งจากการวิเคราะห์ไอโซโทปของไฮโดรเจน พบว่าจะมี ไฮโดรเจน 99.98% ดิวทีเรียม 0.0026-0.0184% และที่เหลือคือทริเทียม ไอโซโทปที่พบมากสุดคือไฮโดรเจน ดังนั้นไฮโดรเจนจึงเป็นธาตุที่เสถียร ส่วนดิวทีเรียม และทริเทียม จะถือว่าเป็นธาตุกัมมันตรังสี ซึ่งถ้าปล่อยไว้นานๆจะสามารถสลายตัวกลายเป็นไฮโดรเจน และปลดปล่อยรังสีออกมา
ทีนี้มาที่เรื่องของการหาอายุวัตถุโบราณ ในกรณีนี้จะใช้ประโยชน์จากไอโซโทปของธาตุคาร์บอน(C) ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในสิ่งมีชีวิต โดยปกติแล้วคาร์บอนจะมีเลขอะตอมเท่ากับ 6 และมีมวลอะตอมเท่ากับ 12 (มีโปรตอน 6 + นิวตรอน 6) แต่พบว่ามีคาร์บอนชนิดหนึ่งที่เป็นไอโซโทปคือ 14-C หรือคาร์บอนที่มีมวลอะตอมเท่ากับ 14 (โปรตอน 6 + นิวตรอน 8)
โดยพบว่า 14-C นี้เกิดจากการที่ไนโตรเจนซึ่งมีปริมาณมากในบรรยากาศ ถูกรังสีคอสมิก(นิวตรอน)จากดวงอาทิตย์พุ่งชนทำให้ธาตุไนโตรเจนจากที่มีโปรตอน 7 ตัว กับนิวตรอนอีก 7 ตัว ถูกนิวตรอนพุ่งชนเข้ามาแทนที่โปรตอน 1 ตัว จนกลายเป็นธาตุคาร์บอนที่มี โปรตอน 6 ตัว กับนิวตรอน 8 ตัว (คาร์บอน-14)
ปฏิกิริยาการเกิดคาร์บอน-14 | https://www.scienceabc.com/innovation/how-does-carbon-dating-work.html
การที่คาร์บอน-14 เกิดขึ้นมาในธรรมชาติ เมื่อมันไปรวมตัวกับออกซิเจน(O2) ก็จะเกิดเป็นคาร์บอนไดออกไซด์(CO2) พืชก็จะนำคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง เกิดเป็นน้ำตาลสะสมในพืช สิ่งมีชีวิตก็ไปกินพืช แล้วก็ขับถ่ายออกมา กระบวนการต่างๆเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นวัฏจักรไปเรื่อยๆ จนทำให้ปริมาณของ C-14 ในสิ่งมีชีวิตมีค่าคงที่ตราบใดที่สิ่งมีชีวิตนั้นยังมีชีวิตอยู่
วัฏจักรของคาร์บอน-14 | https://science.howstuffworks.com/environmental/earth/geology/carbon-141.htm
ซึ่งตัวธาตุ C-14 เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิต 5,730 ปี (ครึ่งชีวิต คือ เวลาที่ใช้ในการสลายตัวให้เหลือปริมาณครึ่งหนึ่งของปริมาณเริ่มต้น) โดยค่าครึ่งชีวิตนี้สามารถหาได้จากการทดลองโดยที่ไม่ต้องรอดูจนมันสลายตัวเหลือครึ่งหนึ่ง เพราะในสมการการสลายตัวเมื่อพล็อตกราฟระหว่างค่า ln(ปริมาณธาตุนั้น) กับเวลา สามารถวิเคราะห์ค่าครึ่งชีวิตได้จากความชัน
แต่การวิเคราะห์จากปริมาณนั้นมีความยุ่งยาก จึงมีการวัดค่าที่เรียกว่า แอคทิวิตี้(activity, A) ซึ่งเป็นค่าการปลดปล่อยรังสี หรือเป็นค่าการสลายตัวของ C-14 ที่สามารถตรวจวัดได้โดยใช้เครื่องมือ โดยพบว่าในสิ่งมีชีวิตปกติจะมีค่า activity ของ C-14 อยู่ที่ 15.6 decay/min และถ้าหากสิ่งมีชีวิตที่ตายไปแล้ว ก็จะไม่มีการแลกเปลี่ยนคาร์บอน-14 กับสิ่งแวดล้อม ดังนั้นมันก็จะค่อยๆสลายไป ค่าแอคทิวิตี้ก็จะลดลงจากค่าปกติ เราก็แค่นำค่าแอคทิวิตี้ที่วัดได้ ไปคำนวณว่าค่าแอคทิวิตี้เหลือเท่านี้จากเริ่มต้น 15.6 แสดงว่ามันผ่านมาระยะเวลาเท่าไหร่แล้ว โดยใช้สมการในลักษณะเดียวกันกับการคิดจากปริมาณ
และนี่ก็เป็นกระบวนการหาอายุวัตถุโบราณ ที่หลายๆคนอาจจะเคยสงสัยว่าที่มาบอกว่าของอันนู้นอันนี้ผ่านมาเป็นล้านปีนี่เขารู้ได้อย่างไร นอกจากสิ่งมีชีวิตแล้ว ก็ยังมีการวิเคราะห์พวกหิน หรือสิ่งที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิต ซึ่งในกรณีนั้นจะใช้ธาตุยูเรเนียมสำหรับการวิเคราะห์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
