הסרטון הקצר הזה מטרתו להסביר כיצד מתארכים הארכיאולוגים אתרים היסטוריים. השאלה הזאת היא מאוד כללית, מכיוון שאתר היסטורי יכול להיות שנהרס ונבנה שוב לאחר מאות שנים, כלומר אפשר במקרה הזה להסתכל על אתר כמכלול של מספר אתרים כל אחד מתקופה שונה. אנחנו נניח שהם יודעים להפריד בין התקופות השונות.
מכיוון שאני מנחש שאתם כולכם חובבי כימיה, אז מספר דקות על פחמן 14 והחשיבות שלו לתארוך אתרים.
פחמן 14 מאפשר לנו לתארך חומרים אורגנים כמו עצמות בעלי חיים וצמחים, כשחומר אורגני נפוץ שמשתמשים בו בארץ לתארוך הוא גרעיני זיתים.
כל היסודות בטבע בנויים מאטומים. האטום בנוי באופן כללי מגרעין המורכב מפרוטונים ונייטרונים, ומאלקטרונים הסובבים סביב הגרעין.
התכונה האטומית המבדילה בין חומר אחד למשנהו, היא מספר הפרוטונים שבגרעין. מספר זה – הקרוי מספר אטומי של היסוד, קובע את תכונותיו הכימיות של החומר, וממנו נובעים תכונותיו המכניות והאחרות.
מושג אחרון להיום – אִיזוֹטוֹפּים של יסוד כימי הם אטומים בעלי אותו מספר אטומי אך בעלי מסה שונה, כלומר מספר הנייטרונים שונה. לאיזוטופים של אותו יסוד יש את אותן התכונות הכימיות.
דוגמא שקשורה ישירות לעינינינו:
איזוטופים של פחמן הם פחמן-12 המהווה בערך כ-98.9% מהפחמן בטבע, יש לו שישה פרוטונים, כמו לכל פחמן, ו6 נייטרונים. פחמן-13המהווה בערך 1.1% מהפחמן בטבע, שיש גם לו 6 פרוטונים אבל 7 נייטרונים, ופחמן–14, המהווה טריליונית מהפחמן בטבע יש לו 6 פרוטונים ו־8 נייטרונים. כול האיזוטופים יחד מהווים 100% ולכן היחס ביניהם ידוע לנו.
פחמן 14, כמו שאר הפחמנים, מוטמע בצמחים מהאטמוספירה באמצעות פוטוסינתיזה (פוטוסינתזה זו המרה של אור לאנרגיה כימית), מהצמחים הוא עובר לבעלי חיים מכיוון שהם אוכלים צמחים, זאת אומרת שבכל חומר אורגני יש פחמן 14.
כפי שכבר ראינו, בגלל שיש לשלושתם את אותו מספר פרוטונים, המספר האטומי שלהם זהה וגם התכונות הכימיות של החומר, אבל…. שני האיזוטופים הראשונים, כרי פחמן12 ופחמן 13 הם יציבים, שומרים על המבנה והתכונות הכימיות, ואילו פחמן 14 הוא רדיואקטיבי, זה אומר שהוא דועך, מתפרק משנה את הרכבו ותכונותיו והופך ליסוד אחר עם הזמן: לחנקן 14. החשוב ביותר הוא שקצב הדעיכה של פחמן 14 קבוע, ועל סמך זה קבעו פראמטר שנקרא ״זמן מחצית החיים". אם תקחו כמות מסוימת של פחמן 14 ותמדדו כמה זמן עבר עד שחצי ממנה הפך לחנקן 14, תגלו שעברו 5,730 שנים. בגדול, זה אומר שלמשל, לפי היחס בין פחמן 14 לפחמן 12 באטמוספירה בהשוואה ליחס בין פחמן 14 לפחמן 12 בחומר אורגני אפשר להסיק את גיל הדגימה. לדוגמא, אם באטמוספירה אנחנו מצפים למצוא שמסה"כ האיזוטופים של פחמן, טריליונית הם פחמן 14 ו 98.9% הם פחמן 12, ובחומר האורגני אנו מוצאים שיש חצי טריליונית פחמן 14, כלומר שחצי דעך, אז גיל החומר הארגני הוא 5730 שנה וכך הלאה.
שתי הערות לסיום. הראשונה, הצגתי כרגע דוגמא כללית והיא מדויקת רק בהנחה שבאטמוספירה יש כמות קבועה של פחמן רגיל, שזה מה שהניחו בתחילה, אבל עם השנים גילו שזו הנחה לא כל כך מדויקת ולכן הכניסו שיטות כיול שלא ארחיב עליהן. הערה שניה – כל זמן שהיצור האורגני חי, הוא "נושם" וכך, שלושת האיזוטופים שומרים על רמה קבועה של היחסים כמו באטמוספירה. כשהוא מת, הפחמן לא חודר יותר, מתחיל תהליך הדעיכה של פחמן 14 וכל מה שהסברתי נכנס לפעולה.
בשורה התחתונה, לפי מדידת כמות הפחמן 14 אפשר להעריך בדיוק של נאמר +- 20 שנים את גיל החומר הנמדד כל עוד גילו פחות מ 60,000 שנים. רק לידיעה כללית – פחמן 14 התגלה בשנת 1950 על ידי הפיזיקאי וילארד ליבי שזיכה אותו בפרס נובל ב 1960.
ולסיום כרגיל שאלה, בהעדר חומרים אורגנים באתר: מה היא שיטה נוספת לתארוך אתרים? התשובה תופיע בסוף הוידאו.
