Cara Menentukan Usia Benda Sejarah dengan Radioisotop Karbon-14 [Lengkap]

Posted on

Salah satu fungsi ilmu kimia dalam hubungannya dengan ilmu arkeologi ialah dengan penggunaan rumus waktu paruh radioisotop untuk menentukan usia spesimen. Jika sebelumnya kita telah membahas tentang pengertian unsur radioaktif serta rumus waktu paruh, maka kali ini kita akan membahas salah satu aplikasinya, yaitu: cara menentukan usia benda sejarah dengan radiokimia. Simak pembahasannya di bawah ini:

Jika kalian belum pernah membaca tentang apa itu radioisotop dan reaksi nuklir, silahkan baca terlebih dahulu tiga artikel di bawah ini:

  1. Pengertian Reaksi Inti
  2. Pengertian Unsur Radioaktif 
  3. Rumus Waktu Paruh dan Contoh Soal
Cara Menentukan Usia Benda Sejarah dengan Radioisotop Karbon-14 [Lengkap]
Cara Menentukan Usia Benda Sejarah dengan Radioisotop Karbon-14

Karbon-14

Benda-benda bersejarah dan artefak kuno sebenarnya merupakan peninggalan generasi manusia di masa lalu. Benda kuno dan artefak sejarah ini biasanya berasal dari kayu(yang mengeras), tulang hewan, kertas ataupun berasal dari senyawa organik lainnya. Karena berasal dari bahan organik, maka pasti memiliki kandungan rantai karbon di dalam struktur kimianya.

Unsur Karbon memiliki setidaknya empat isotop, yaitu: $\ce {^{11}C}$, $\ce {^{12}C}$, $\ce {^{13}C}$, $\ce {^{14}C}$. Dari keempat isotop ini, dua isotop bersifat stabil, yaitu $\ce {^{12}C}$, $\ce {^{13}C}$. Sedangkan dua isotop lainnya, yakni $\ce {^{11}C}$, $\ce {^{14}C}$ bersifat radioaktif dan tidak stabil.

Radioisotop karbon tersebut memiliki waktu paruh yang sangat jauh berbeda. $\ce {^{11}C}$ memiliki waktu paruh 20 menit sedangkan $\ce {^{14}C}$ memiliki waktu paruh 5730 tahun. Dari keduanya, maka yang memiliki waktu paruh peluruhan lebih lama akan lebih cocok untuk digunakan dalam penentuan usia benda sejarah yang kemungkinan berasal dari dari ribuan tahun silam.

Isotop $\ce {^{14}C}$ terbentuk di atmosfer akibat dari radiasi kosmik yang mengenai unsur Nitrogen yang ada di udara dengan persamaan reaksi:

$\ce{^{14}_7N + ^1_0n⟶ ^{14}_6C + ^1_1H}$

Sedangkan proses peluruhannya dijelaskan dengan persamaan reaksi:

$\ce{^{14}_6C⟶ ^{14}_7N + ^0_{-1}e}$

 

Kandungan $\ce{^{14}_6C}$  dalam Tubuh Makhluk Hidup

$\ce{^{14}_6C}$ yang terbentuk di udara, akan membentuk $\ce{CO2}$. Kemudian akan diserap oleh tanaman dan masuk ke dalam siklus karbon. Oleh karena itu makhluk hidup memiliki kadar isotop $\ce{^{14}_6C}$ di dalam tubuhnya.

Walaupun$\ce{^{14}_6C}$ dalam tubuh tanaman tersebut mengalami peluruhan, tetapi karena proses penyerapan$\ce{CO2}$ dari udara juga terus terjadi selama tanaman (pohon) masih hidup, maka perbandingan kadar $\ce{^{14}_6C} :\ce{^{12}_6C}$ akan sama terus selama masih hidup.

Pun sama hal-nya pada hewan yang memakan tanaman dan karnivora. Mereka memiliki kandungan $\ce{^{14}_6C}$ yang berasal dari makanan mereka (dalam siklus karbon) sehingga perbandingan kadar $\ce{^{14}_6C} :\ce{^{12}_6C}$ di dalam tubuh hewan akan sama terus selama masih hidup.

Karena siklus karbon berlangsung terus di semua makhluk hidup, maka perbandingan $\ce{^{14}_6C} :\ce{^{12}_6C}$ untuk tanaman, hewan dan semua makhluk hidup akan sama. Ini termasuk juga dengan dinosaurus yang pernah hidup 60juta tahun yang lalu.

Ketika makhluk tersebut mati, maka berhentilah proses penyerapan $\ce{^{14}_6C}$ sedangkan proses peluruhannya terus berjalan seiring waktu. Maka jumlah isotop $\ce{^{14}_6C}$ dalam tubuh spesimen yang mati akan terus berkurang seiring waktu. Maka dengan membandingkan kandungan$\ce{^{14}_6C}$ dalam spesimen (kuno) dengan makhluk hidup yang ada saat ini, dapat diketahui usia spesimen kuno tersebut.

Rumus perhitungan yang kita gunakan sama persis dengan 4 rumus waktu paruh yang sudah kubahas dipostingan sebelumnya, hanya saja kali ini kita rubah sedikit untuk data jumlah isotop ($N$) diganti dengan kecepatan peluruhan C-14 ($R$) seperti di bawah ini:
$$t=−\dfrac{1}{λ}\ln\left(\dfrac{N_t}{N_0}\right)⟶t=−\dfrac{1}{λ}\ln\left(\dfrac{\ce{R}_t}{\ce{R}_0}\right)$$


Setelah itu proses perhitungan yang digunakan masih serupa.

 

Cara Menghitung Usia Benda Sejarah (Organik)

Di dalam penelitian sejarah, salah satu yang menjadi fokus penting ialah untuk mengetahui usia dari barang-barang peninggalan manusia sehingga kisah sejarahnya menjadi tepat. Barang seperti baju, peralatan masak, kertas dan berbagai peralatan yang berasal dari bahan organik (kayu) dapat diketahui usianya dengan teknik perhitungan waktu paruh radioaktif $\ce{^{14}_6C}$.

Contoh:

Manuskrip Kuno Laut Mati
Manuskrip Kuno Laut Mati

Ditemukan sebuah manuskrip kuno di laut mati. Maka ilmuwan dapat menganalisis kandungan $\ce{^{14}_6C}$ di dalam sampel manuskrip kuno tersebut untuk mendapatkan data kecepatan peluruhan isotop $\ce{^{14}_6C}$ permenit. Diperoleh data kecepatan peluruhan manuskrip ialah ${R}_t = 10,8/menit/gram \ce{C}$.

Dengan mengetahui data kecepatan peluruhan isotop $\ce{^{14}_6C}$ pada makhluk hidup, yaitu ${R}_0 = 13,6/menit/gram \ce{C}$ dan waktu paruh dari $\ce{^{14}_6C}$, yaitu 5730 tahun.

Maka usia dari manuskrip kuno tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan:

$$λ=\dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}=\mathrm{\dfrac{0.693}{5730\: y}=1.21×10^{−4}\:y^{−1}}$$

$$t=−\dfrac{1}{λ}\ln\left(\dfrac{\ce{R}_t}{\ce{R}_0}\right)=\mathrm{−\dfrac{1}{1.21×10^{−4}\:y^{−1}}\ln\left(\dfrac{10.8\:dis/min/g\: C}{13.6\:dis/min/g\: C}\right)=1910\: y}$$

Maka diperolehlah usia dari manuskrip kuno laut mati tersebut ialah 1910 tahun.

 

Keterbatasan Teknik Radioisotop Karbon-14

Teknik perhitungan usia benda sejarah dengan $\ce{^{14}_6C}$ ini bergantung pada perbandingan antara $\ce{^{14}_6C}$:$\ce{^{12}_6C}$ di dalam tubuh makhluk hidup. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, karena makhluk hidup tersebut memperoleh $\ce{^{14}_6C}$ dari udara/atmosfer, maka kandungan $\ce{^{14}_6C}$ yang konstant dibutuhkan agar perhitungan usianya bisa tepat.

Pada masa awal ditemukannya senjata nuklir, negara-negara maju melakukan uji nuklir di atmosfer, sehingga radiasi di atmosfer meningkat, dan jumlah $\ce{^{14}_6C}$ juga meningkat. Akibatnya ialah kandungan $\ce{^{14}_6C}$ di udara tidak konstan lagi seperti pada data:

Data Kadar C14 di Atmofer
Data Kadar C14 di Atmofer

Garis biru ialah ambang batas rata-rata kandungan $\ce{^{14}_6C}$ di udara. Dari grafik tersebut maka dapat kita simpulkan bahwa barang sejarah yang terbuat antara tahun 1955-2000 tidak dapat ditentukan usianya dengan metode radioisotop Karbon-14 secara tepat. Karena kandungan $\ce{^{14}_6C}$ di udara mengalami peningkatan yang sangat pesat, sehingga acuan perhitungan menjadi kurang tepat.

Karena waktu paruh dari $\ce{^{14}_6C}$ hanyalah 5370 tahun, maka metode ini hanya bisa digunakan 10 kali dari waktu paruhnya, yaitu 53.700 tahun. Jika usia dari benda sejarah atau artefaknya lebih dari 53.700 tahun, maka metode ini tidak akan bisa digunakan lagi. Itulah sebabnya metode ini tidak bisa digunakan untuk menghitung usia fosil dinosaurus yang hidup 60 juta tahun yang lalu. Oleh karena itu diperlukan teknik lain untuk menghitungnya.

Yap itulah cara menentukan umur benda bersejarah menggunakan radioisotop karbon-14. Semoga dengan penjelasan ini kalian bisa lebih paham mengenai pengaplikasian konsep waktu paruh dalam radiokimia. Berikutnya aku akan bahas tentang Cara Menentukan Usia Fossil dengan Ilmu Radiokimia.

Mengaku-ngaku sebagai penulis sejak 2013, tak satupun buku yang berhasil dituliskan. Amatir Garis Keras!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.