Þjóðviljinn - 22.09.1955, Page 7

Fimmtudagur 22. september 1955 — ÞJÓÐVTLJINN — <7
Venjulegt kolefni er blauda
af misþungum samsætum,
aðallega t\’elm, sem hafa
frumeindaþungann 12 og
13. Kolefnistegundin 012
er þó yfirgnæfandi, því
meðal frumeindaþunginn er
12,01. Tii er í náttúrunni
enn ein tegund kolefnis,
geislavirkt kolefni með
frumeindaþunga 14.
Á síðustu árum hefur geisla-
virkt kolefni, sem finnst í
náttúranni verið hagnýtt til
nýrrar tímamælingar í jarð-
sögu síðustu 20-30 þúsund
ára. Tekizt hefur að ákveða
aldur j'missa lífrænna fom-
leifa með allgóðri nákvæmni
með því að mæla hve mikið
þær innihalda af geislavirku
kolefni.
Þessi aðferð er fundin upp
og fullkomnuð af prófessor
Libby við kjarneðlisfræði-
stofnunina í Chicago. Síðan
hafa aldursákvarðanir með
þessari aðferð verið fram-
kvæmdar á fleiri stöðum í
Bandaríkjum N.A. og einn-
ig í Evrópu.
Kjamorku- og vetnisspreng-
ingar þær sem gerðar vom
síðastliðið ár munu þó hafa
gert aðferð þessa ónothæfa
um sinn.
Áður en sagt er nánar frá
geislavirku kolefni og hagnýt-
ingu þess til vísindalegra
rannsókna, verður að minnast
lítilsháttar á svonefnda geim-
geisla.
Eins og nafnið bendir til
eru þetta geislar sem koma
til vor utan úr geimnum.
Geimgeislar em þó annars
eðlis en sólarljósið. Þeir eru
straumur hraðfara efnisagna.
og innihalda að nokkra leyti
samskonar agnir og stafar
frá geisíavirkum efnum. Þeir
em aðeins miklu öflugri en t.
d. geislar frá geislavirku úr-
ani eða radíum. Þeir komast
alla leið í gegnum gufuhvolf-
ið að yfirborði jarðar og
þeirra verður jafnvel vart
nokkuð niður í jörðina og á
botni dýpstu vatna.
Þegar geimgeislamir
koma inn í gufuhvolf jarðar
innihalda þeir aðallega pró-
tonur og helíumkjarna, en
einnig fleiri tegundir frum-
eindakjarna. Þessar efnisagn-
ir koma inn í gufuhvolfið
með hraða sem nálgast ljós-
hraðann. Á leið sinni gegnum
gufuhvolfið rekast þær á
frumeindir loftsins og breyt-
ast mjög við það á leið sinni
til jarðar.
Eitt af því sem gerist við
þessa árekstra, er það að
frjálsar nevtrónur myndast.
Mælingar sýna að magnið af
nevtrónum í loftinu fer stöð-
ugt vaxandi frá yfirborði
jarðar upp í 15-17 þúsund
metra hæð en hverfur þá
skyndilega. Þetta sýnir að
nevtrónur eru ekki í geim-
geislunum þegar þeir koma
inn í gufuhvolfið.
Nevtrónur eru fremur ó-
stöðugar efnisagnir, helming-
ur þeirra eyðist á 13 mínútum
og myndar protónur þ.e. vetn-
iskjama. Þrátt fyrir þetta
stutta æviskeið ættu hraðfara
nevtrónur að geta náð til
jarðar frá sólu og ættu auð-
veldlega að ná til jarðar úr
15 þúsund metra hæð. Stað-
reyndin er hinsvegar sú að
aðeins örlítill liluti nevtrón-
anna nær til jarðar. Þetta
dskar B. Bjarnascit:
Qeislfl-
virkf
kolefni
7. grein Óskars B. Bjarna-
sonar um
„innri gerð efmsins“
Tæki til að mæla geislavirkt kolefni
verður skiljanlegt er haft er
í huga að köfnunareíhi er
mjög næmt fyrir áhrifum
hraðfara nevtróna, en 4/5
hlutar loftsins er köfnunar-
efni. Við árekstur nevtróna
og köfnunarefnisfrumeinda
loftsins mvndast sérstök teg-
und geislavirks kolefnis. Þessi
geislavirka kolefnis isotopa
hefur írameindaþungann 14
einsog köfnunarefni en efna-
fræðilega eiginleika kolefnis.
Helmingunartíminn er rúml.
5500 ár þ. e. helmingur þess
ummyndast sjálfkrafa á þess-
um tíma og myndar aftur
köfnunarefni og frjálsar raf-
eindir.
Magn og eðli geimgeislanna
sem berast inn í gufuhvolfið
virðist vera stöðugt og óum-
breytanlegt og framleiða þeir
jafnóðum nýtt geislavirkt kol-
efni i stað þess sem eyðist
og er fyrir löngu komið jafn-
vægi á þannig að jafmnikið
eyðist og bætist við.
Mælingar sýna að myndun-
arhraði nevtróna fyrir áhrif
geimgeisla á gufuhvolfið er
sem svarar 2,4 nevtrónum á
sm: af yfirborði jarðar á sek-
úndu og jafnmörg atóm
geíslavirks kolefnis hljóta að
klofna sjálfkrafa á fersenti-
metra á sekúndu. Ot frá þessu
má reikna út, að magn geisla-
virks kolefnis á allri jörðinni
nú nemi h.u.b. 80 tonnum. En
hvar er þá þetta geislavirka
kolefni að finna? Samkvæmt
því sem áður var sagt mynd-
ast geislavirkt kolefni af
köfnunarefni loftsins í mikilli
hæð yfir jörðu. Þetta ný-
mvndaða kolefni tengist fljót-
lega súrefni loftsins og mynd-
ar koldíoxíð eða kolsýru. Hin
geislavirka kolsýra dreifist
um allar víðáttur gufuhvolfs-
ins og þar sem jurtirnar vinna
allt sitt kolefni úr kolsýru
loftsins hljóta allar tegundir
jurtagróðurs að innihalda
geislavirlct kolefni. Eins og
kunnugt er byggist dýralífið á
jurtagróðrinum. Dýrin fá að
lokum allt sitt kolefni frá
jurtunum og hljóta því einnig
að innihalda geislavirkt kol-
efni í sama mæli. Hið sama
gildir um önnur kolefnissam-
bönd sem era í efnaskipta-
jafnvægi við kolsýru loftsins
fyrst og fremst kárbonöt og
bikarbonöt og lífræn efni sem
uppleyst era í sjó og vötn-
um. En sjórinn inniheldur ein-
mitt meginhlutann af því
geislavirka kolefni sem finnst
á jörðinni.
Magn geimgeislunarinnar og
þar með myndunarhraði
geislavirks kolefnis er breyti-
legt eftir breiddarstigi jarð-
ar, er t. d. hér um bil 4 sinn-
um meiri við 50-60° norðlægr-
ast gott samræmi. Af þessu
má draga þá ályktun að magn
geimgeislunarinnar hefurver-
ið nokkurn veginn óbreytt síð-
ustu 10-20 þúsund árin að
minnsta kosti og að fyrir
tugþúsundum ára hefur geisJa-
verkun lifandi- efnis verið hin
sama og hún er nú.
Þegar lifandi líkamir, jurtir
eða dýr, deyja,, hætta efna-
skiptin við kolefni loftsins.
Geislavirkt kolefni fer smátt
ar segulbreiddar en við mið- og smátt minnkandi frá því
lífveran deyr, þannig að helm-
ingur þess eyðist á hérumbil
5500 árum. Geislaverkun ein-
hverrar lifrænnar fomleifar
sem væri þetta gömul mundi
þá vera helmingi minni en
geislaverkun lifandi efnis t. d.
trés eða dýrs. Mælingar á 5000
ára gömlum smurðlingum,
sem era elztu fornleifar sem
vitað er um aldur á með nokk-
urn veginn vissu, hafa sýnt að
þetta er rétt.
Þarna er því fengin aðferð
geislun dauðs efnis því veikari
sem það er eldra, og þó að
aldursmælingin byggist raunar
á því, þá verður geislunin að
lokuiP svo lítil að hún verður
ekki mæld með neinni ná-
kvæmni. Og verður með þess-
ari aðferð ekki mælt lengra
aftur í tímann en 20—30
þúsund ár í hæsta lagi.
Mælingin er gerð með Geig-
er-teljara, mælitæki sem hef-
ur verið lýst lítillega áður.
Slíkur teljari gefur venjulega
5—600 högg á mínútu þegar
ekki er verið að mæla neitt
sérstakt, og nefnist það bak-
svið hans. Baksviðið stafar frá
geimgeislum og frá geisla-
virkum efnum í umhverfinu,
og þar sem kolefnisgeislunin
er mjög veik verður að gera.
sérstakar ráðstafanir til að
útiloka þessar truflanir. Þetta,
er gert með því að hafa þykka
vegghlíf æf járni allt í kring
um tækið og ennfrémur með
þvi að koma fyrir kerfi af
teljurum í kring um miðtelj-
ai'a sem inniheldur kolefnis-
sýnishornið sem mæla á. Ef
truflanir era sérstakl. miklar,
t. d. frá kjarnorkusprengingu
sem gerð hefur verið einhvera-
staðar á jörðinni, nægja þess-
ar varúðarráðstafanir ekki óg
er þá ekki hægt að nota tæk-
ið í nokkurn tíma á eftir. Því
verður nú ekki lýst nánuF
hvernig mælingar þessar eru
framkvæmdar, en rétt er þó að
taka fram að áður en mæling
getur farið fram er nauðsyn-
legt að skilja kolefnið úr sam-
böndum sínum og frá öllum
öðrum efnum ,ekki sízt þes.>
konar óhreinindum sem sjáif
gætu verið geislavirk og trufi-
að mælinguna.
Nú verður skýrt frá niður-
stöðum nokkurra mælinga á'
ýmsum sýnishornum sem vit-
að er um aldur á eftir öðram
heimildum, þó með misgóðu
öryggi.
Fyrst má nefna sýnishorn
af líni frá umbúðum af biblíu-
handriti sem fundið var á helli
nálægt Dauðahafinu og talið
vera frá 1. eða 2. öld fyr'r
Krist. Mæling á geislavirku
baug og maetti því ef til vill
búast við að minna væri um
geíslavirkt kolefni í lífrænu
efni við miðbaug heldur en
sunnar eða norðar. Þetta er
þó ekki svo og er raunar aug-
Ijóst að það getur ekki ver-
ið, af eftirtöldum ástæðum:
Meðalævi hinna geislavirku
kolefnisfrumeinda er tiltölu-
lega löng eða um 8000 ár,
en það þýðir að það geisla-
virka kolefni sem nú er í lif-
andi efni og í uppleystum
samböndum í sjónum hefur
verið á jörðinni um 8000 ár
til jafnaðar, og hefur því haft
þann tíma til að blandast
jafnt um allt lifandi efni með
hringrás efnaskiptanna
flytjast til með straumum
hafs og lofts. Mælingar sýna
einpig að geislun kolefnissam-
banda er hin sama hvar sem
er á jörðinni. Af því virðist
hinsvegar mega draga þá á-
lyktun m.a. að á þessum
tíma hafi átt sér stað full-
komin blöndun vatns í sjón-
um allt til mesta dýpis.
Áætlað er að heildarmagn
þess kolefnis sem er í efna-
skiptajafnvægi við geislavirkt Sýnishorn af hlutum, sem mældir hafa verið. Neðri myndin tH
kolefni nemi 8,3 grömmum á vinstri: 9000 ára gamall ilskór frá Fort Rock-helli, Oregon. —
hvern fersentimetra af yfir- Efri tál vinstri: 2000 ára gamalt snæri frá Perú. — Efri til
borði jarðar til jafnaðar. Af hægri: 2000 ára gamall baðmullardúkur frá Perú — Neðri tii
því tilheyra 7,25 grömm upp- hægri: 10.000 ára gamall saur hins útdauða risaletídýrs (frú
og
leystu kolefni í sjónum, 0,9
grömm stafa frá lifandi efni
en 0,12 grömm frá kolsýru
loftsins.
Nú er myndunarhraði geisla-
virks kolefnis sem svarar 2,4
frumeindum á sm' jarðaryfir-
borðs á sek. Geislaverkun hins
lífræna efnis ætti því að nema
2,4 deilt með 8,3 á gramm
kolefnis á sek. eða 16 (16,1)
frumeindaklofningum á mín-
útu. Mælingar hafa. sýnt út-
komuna 15,3 og má það kall-
Gypsum-helli, Nevada).
til að mæla aldur lífrænna
fornleifa sem ekki hafa eyðst
við rotnun. Slík mæling er þó
miklum erfiðleikum bundin,
einkum vegna þess hve kolefn-
isgeislun hins lífræna efnis er
veik — hún stöðvast t. d. af
venjulegum pergamentspappír
— og einnig verður að útiloka
geislun af öðrum orsökum við
mælingamar svo sem geim-
geisla o. fl. Auk þess .verður,
kolefni sýndi að handrit þetta
væri því sem næst 2000 ái.i.
gamalt. 1 öðra lagi sýn'- ' t
af mó frá Islandi. Sýnishorn-
ið er tekið úr Elliðaárvogi. xv.
þessum stað hefur hra.un
rannið eftir ísöld og er mólag-
ið næst undir hruninu. Hraun-
ið hefur þá rannið yfir mýri
þá sem mórinn er myndaður
í og aldur mólagsins þannig
Framhald á 10. síðu.