Tujuh puluh tahun yang lalu, ahli kimia Amerika Willard Libby merancang metode cerdik untuk menentukan umur bahan organik. Tekniknya, yang dikenal sebagai penanggalan karbon, merevolusi bidang arkeologi.
Konten terkait
- Perubahan Iklim Mungkin Menghentikan Penanggalan Karbon
Sekarang para peneliti dapat secara akurat menghitung usia benda apa pun yang terbuat dari bahan organik dengan mengamati berapa banyak bentuk karbon tertentu yang tersisa, dan kemudian menghitung mundur untuk menentukan kapan tanaman atau hewan tempat bahan itu berasal telah mati. Teknik ini, yang memenangkan Libby the Nobel Prize pada tahun 1960, telah memungkinkan para peneliti untuk berkencan dengan tato pada mumi kuno, menetapkan bahwa perpustakaan Inggris memegang salah satu Quran tertua di dunia, dan menemukan bahwa gading yang paling diperdagangkan berasal dari gajah yang terbunuh dalam tiga terakhir tahun.
Saat ini, jumlah karbon dioksida yang dipompa manusia ke atmosfer Bumi mengancam untuk memiringkan keakuratan teknik ini bagi para arkeolog masa depan yang melihat pada zaman kita. Itu karena bahan bakar fosil dapat mengubah zaman radiokarbon bahan organik baru saat ini, membuatnya sulit untuk dibedakan dari yang kuno. Untungnya, penelitian yang diterbitkan kemarin di jurnal Environmental Research Letters menawarkan cara untuk menyelamatkan pekerjaan Libby dan merevitalisasi teknik penanggalan penting ini: cukup lihat isotop karbon lain.
Isotop adalah suatu bentuk elemen dengan jumlah neutron tertentu, yang merupakan partikel subatom yang ditemukan dalam inti atom yang tidak memiliki muatan. Sementara jumlah proton dan elektron dalam atom menentukan elemen apa itu, jumlah neutron dapat sangat bervariasi antara berbagai atom dari elemen yang sama. Hampir 99 persen dari semua karbon di Bumi adalah Karbon-12, yang berarti setiap atom memiliki 12 neutron dalam nukleusnya. Baju yang Anda kenakan, karbon dioksida yang Anda hirup dan hewan serta tanaman yang Anda makan semuanya sebagian besar terbentuk dari Karbon-12.
Karbon-12 adalah isotop stabil, yang berarti jumlahnya dalam material apa pun tetap sama tahun demi tahun, abad demi abad. Teknik penanggalan radiokarbon terobosan Libby sebagai gantinya melihat isotop karbon yang jauh lebih langka: Karbon-14. Tidak seperti Karbon-12, isotop karbon ini tidak stabil, dan atom-atomnya membusuk menjadi isotop nitrogen selama ribuan tahun. Namun, Karbon-14 baru diproduksi dengan kecepatan stabil di atmosfer bagian atas Bumi, ketika sinar matahari menyerang atom nitrogen.
Penanggalan radiokarbon mengeksploitasi perbedaan ini antara isotop karbon yang stabil dan tidak stabil. Selama masa hidupnya, tanaman secara konstan mengambil karbon dari atmosfer melalui fotosintesis. Hewan, pada gilirannya, mengkonsumsi karbon ini ketika mereka makan tanaman, dan karbon menyebar melalui siklus makanan. Karbon ini terdiri dari rasio stabil Karbon-12 dan Karbon-14.
Ketika tumbuhan dan hewan ini mati, mereka berhenti mengambil karbon. Sejak saat itu, jumlah Karbon-14 dalam bahan yang tersisa dari tanaman atau hewan akan berkurang dari waktu ke waktu, sementara jumlah Karbon-12 akan tetap tidak berubah. Untuk penanggalan radiokarbon bahan organik, seorang ilmuwan dapat mengukur rasio sisa Karbon-14 ke Karbon-12 tidak berubah untuk melihat berapa lama sejak sumber bahan mati. Teknologi canggih telah memungkinkan penanggalan radiokarbon menjadi akurat hanya dalam beberapa dekade dalam banyak kasus.
Penanggalan karbon adalah cara cemerlang bagi para arkeolog untuk mengambil keuntungan dari cara alami yang membusuk atom. Sayangnya, manusia berada di ambang kekacauan.
Proses penciptaan Karbon-14 yang lambat dan mantap di atmosfer atas telah dikerdilkan dalam beberapa abad terakhir oleh manusia yang memuntahkan karbon dari bahan bakar fosil ke udara. Karena bahan bakar fosil berusia jutaan tahun, mereka tidak lagi mengandung jumlah Karbon-14 yang terukur. Dengan demikian, ketika jutaan ton Karbon-12 didorong ke atmosfer, rasio stabil dari kedua isotop ini sedang terganggu. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan tahun lalu, fisikawan Imperial College London Heather Graven menunjukkan bagaimana emisi karbon tambahan ini akan membuat penanggalan radiokarbon lebih buruk.
Pada tahun 2050, sampel baru bahan organik akan tampak memiliki tanggal radiokarbon yang sama dengan sampel dari 1.000 tahun yang lalu, kata Peter Köhler, penulis utama studi baru dan seorang ahli fisika di Institut Alfred Wegener untuk Penelitian Kutub dan Kelautan. Emisi karbondioksida yang berkelanjutan dari pembakaran bahan bakar fosil akan membuat rasio ini semakin miring. "Dalam beberapa dekade, kita tidak akan dapat membedakan apakah usia radiokarbon yang kita dapatkan atau karbon mungkin berasal dari masa lalu atau dari masa depan, " kata Köhler.
Terinspirasi oleh penelitian Graven, Köhler mengalihkan perhatiannya ke isotop karbon stabil lainnya: Carbon-13. Meskipun Karbon-13 hanya terdiri dari 1 persen atmosfer Bumi, tanaman mengambil atomnya yang lebih besar dan lebih berat pada laju yang jauh lebih rendah daripada Karbon-12 selama fotosintesis. Jadi Karbon-13 ditemukan dalam tingkat yang sangat rendah dalam bahan bakar fosil yang dihasilkan dari tanaman dan hewan yang memakannya. Dengan kata lain, membakar bahan bakar fosil ini juga membuat kerdil tingkat karbon-13 di atmosfer.
Dengan mengukur apakah kadar Karbon-13 ini miring pada suatu objek yang diberi tanggal radiokarbon, para ilmuwan di masa depan akan dapat kemudian mengetahui apakah kadar Karbon-14 obyek tersebut condong oleh emisi bahan bakar fosil. Tingkat Karbon-13 yang lebih rendah dari yang diharapkan dalam suatu objek akan berfungsi sebagai bendera merah yang tanggal radiokarbonnya tidak dapat dipercayai. Peneliti kemudian dapat mengabaikan tanggal dan mencoba metode lain untuk mengencani objek.
"Anda jelas melihat bahwa jika Anda memiliki efek pada Carbon-14 yang akan memberi Anda tanda tangan usia yang agak bermasalah, Anda juga memiliki tanda tangan ini di Carbon-13, " kata Köhler. "Karena itu, Anda dapat menggunakan Karbon-13 untuk membedakan apakah radiokarbon terpengaruh dan karenanya salah atau jika tidak."
Köhler mengakui bahwa tekniknya tidak akan bekerja untuk bahan yang diambil dari daerah laut dalam di mana karbon lambat untuk ditukar dengan sisa atmosfer, tetapi dia percaya itu akan membantu para arkeolog masa depan memilah sisa-sisa zaman kita yang tercemar.
Ahli paleoklimatologi Universitas Queen Paula Reimer menunjukkan bahwa mengukur Karbon-13 seringkali tidak diperlukan, karena para arkeolog biasanya dapat menggunakan lapisan sedimen di mana suatu benda ditemukan untuk memeriksa ulang umurnya. Tetapi untuk objek yang ditemukan di area di mana lapisan Bumi tidak jelas atau tidak bisa diberi tanggal dengan benar, teknik ini bisa berfungsi sebagai pemeriksaan tambahan. Pekerjaan Köhler "memberikan jaminan bahwa [penanggalan radiokarbon] akan tetap berguna untuk sampel tunggal di masa mendatang, " kata Reimer.
Catatan Editor: Artikel ini telah diperbarui untuk menyertakan afiliasi Peter Köhler.
