Vous avez probablement vu ou lu des reportages sur des artefacts anciens fascinants. Lors d'une fouille archéologique, un morceau d'outil en bois est déterré et l'archéologue trouve qu'il s'agit de 5, 000 ans. Une momie enfant est trouvée haut dans les Andes et l'archéologue dit que l'enfant a vécu plus de 2 ans, il y a 000 ans. Comment les scientifiques connaissent-ils l'âge d'un objet ou d'un reste humain ? Quelles méthodes utilisent-ils et comment fonctionnent ces méthodes ? Dans cet article, nous examinerons les méthodes par lesquelles les scientifiques utilisent la radioactivité pour déterminer l'âge des objets, notamment datation au carbone 14 .
La datation au carbone 14 est un moyen de déterminer l'âge de certains artefacts archéologiques d'origine biologique jusqu'à environ 50 ans, 000 ans. Il est utilisé pour dater des choses telles que les os, chiffon, le bois et les fibres végétales qui ont été créés dans un passé relativement récent par les activités humaines.
Rayons cosmiques pénètrent chaque jour en grand nombre dans l'atmosphère terrestre. Par exemple, chaque personne est touchée par environ un demi-million de rayons cosmiques chaque heure. Il n'est pas rare qu'un rayon cosmique entre en collision avec un atome dans l'atmosphère, créer un rayon cosmique secondaire sous la forme d'un neutron énergétique, et pour que ces neutrons énergétiques entrent en collision avec des atomes d'azote. Lorsque le neutron entre en collision, un azote-14 (sept protons, sept neutrons) se transforme en un atome de carbone 14 (six protons, huit neutrons) et un atome d'hydrogène (un proton, zéro neutron). Le carbone 14 est radioactif, avec une demi-vie d'environ 5, 700 ans.
Pour plus d'informations sur les rayons cosmiques et la demi-vie, ainsi que le processus de désintégration radioactive, voir Comment fonctionne le rayonnement nucléaire.
Les atomes de carbone 14 créés par les rayons cosmiques se combinent avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone, que les plantes absorbent naturellement et incorporent dans les fibres végétales par photosynthèse. Les animaux et les humains mangent des plantes et absorbent également du carbone-14. Le rapport du carbone normal (carbone-12) au carbone-14 dans l'air et dans tous les êtres vivants à un moment donné est presque constant. Peut-être qu'un atome de carbone sur un billion est du carbone-14. Les atomes de carbone 14 sont toujours en décomposition, mais ils sont remplacés par de nouveaux atomes de carbone-14 à un rythme constant. À ce moment là, votre corps contient un certain pourcentage d'atomes de carbone-14, et toutes les plantes et animaux vivants ont le même pourcentage.
Dès qu'un organisme vivant meurt, il cesse d'absorber du nouveau carbone. Le rapport du carbone 12 au carbone 14 au moment de la mort est le même que pour tout autre être vivant, mais le carbone 14 se désintègre et n'est pas remplacé. Le carbone 14 se désintègre avec sa demi-vie de 5, 700 ans, tandis que la quantité de carbone 12 reste constante dans l'échantillon. En examinant le rapport du carbone 12 au carbone 14 dans l'échantillon et en le comparant au rapport dans un organisme vivant, il est possible de déterminer assez précisément l'âge d'un être autrefois vivant.
Une formule pour calculer l'âge d'un échantillon par datation au carbone 14 est la suivante :
t =[ ln (N
où ln est le logarithme népérien, N
Donc, si vous aviez un fossile qui avait 10 pour cent de carbone 14 par rapport à un échantillon vivant, alors ce fossile serait :
t =[ ln (0,10) / (-0,693) ] x 5, 700 ans
t =[ (-2,303) / (-0,693) ] x 5, 700 ans
t =[ 3,323 ] x 5, 700 ans
Parce que la demi-vie du carbone-14 est de 5, 700 ans, il n'est fiable que pour dater des objets jusqu'à environ 60 ans, 000 ans. Cependant, le principe de la datation au carbone 14 s'applique également à d'autres isotopes. Le potassium-40 est un autre élément radioactif naturellement présent dans votre corps et a une demi-vie de 1,3 milliard d'années. D'autres radio-isotopes utiles pour la datation radioactive incluent l'uranium -235 (demi-vie =704 millions d'années), Uranium -238 (demi-vie =4,5 milliards d'années), Thorium-232 (demi-vie =14 milliards d'années) et Rubidium-87 (demi-vie =49 milliards d'années).
L'utilisation de divers radio-isotopes permet la datation d'échantillons biologiques et géologiques avec une grande précision. Cependant, la datation par radio-isotope pourrait ne pas fonctionner aussi bien à l'avenir. Tout ce qui meurt après les années 40, quand les bombes nucléaires, les réacteurs nucléaires et les essais nucléaires à ciel ouvert ont commencé à changer les choses, sera plus difficile à dater avec précision.
Publié à l'origine :3 octobre 2000
