Cara Menentukan Usia Fosil dengan Ilmu Radiokimia

Posted on

Langsung aja, postingan kali ini melanjutkan yang sebelumnya tentang waktu paruh, radioisotop dan penggunaanya. Jika sebelumnya aku sudah bahas tentang cara menentukan usia benda sejarah dengan karbon-14, kali ini aku akan bahas cara menentukan usia fosil dengan radiokimia. Simak pembahasannya di bawah ini:

Jika kalian belum mengikuti postinganku sebelumnya, dan belum paham dasar-dasar reaksi inti, sebaiknya baca dulu 4 artikel ini:

  1. Pengertian Reaksi Inti
  2. Pengertian Unsur Radioaktif 
  3. Rumus Waktu Paruh dan Contoh Soal
  4. Cara Menentukan Usia Benda Sejarah

 

Fosil

cara menentukan usia fosil
cara menentukan usia fosil

Kalian pasti sudah tidak asing lagi dengan kata Fosil. Tapi mungkin satu hal yang perlu diluruskan, bahwa orang-orang yang mencari fossil dan mempelajari fossil bukanlah arkeolog. Orang yang mempelajari fossil ialah Paleontologis. Karena arkeolog itu adalah mereka yang mempelajari sejarah dan benda-benda sejarah. Sedangkan paleontologis itu mempelajari jejak-jejak kehidupan biologis sebelum manusia.

Fossil Dinosaurus ialah sisa tulang belulang yang membatu, terbentuk sekitar 60 juta tahun silam, sebagian besar merupakan hasil dari kepunahan besar. Karena jangka waktu yang sangat panjang tersebut, maka usia fossil tidak dapat ditentukan oleh karbon-14 yang hanya mampu mendeteksi usia sample dibawah 53.700 tahun saja.

Oleh karenanya yang akan digunakan dalam menentukan usia fosil ialah isotop radioaktif Uranium-238 yang terkandung di dalam tanah dan bebatuan. Reaksi peluruhan yang terjadi ialah perubahan isotop Uranium-238 menjadi Timbal-206 sesuai deret peluruhan uranium seperti gambar:

Deret Peluruhan Uranium-238
Deret Peluruhan Uranium-238

Cara Menentukan Usia Fosil dengan Metode Uranium-Timbal

Waktu paruh untuk peluruhan $\ce{^{238}U}$ menjadi $\ce{^{206}Pb}$ ialah $4,5\times 10^9 tahun$.

Namun teknik penggunaan data peluruhan Uranium ini sedikit berbeda dari penggunaan data isotop karbon-14. Pada peluruhan Uranium di dalam bebatuan, tidak ada acuan jumlah awal Uranium di atmosfer. Namun jumlah awal Uranium-38 tetap dapat diketahui dengan cara menganalisa jumlah $\ce{^{206}Pb}$ yang terbentuk.

Jadi jumlah Uranium-238 awal dapat ditentukan dengan persamaan:

$$\ce{^{238}U_{awal}} =\ce{^{238}U_{t}} +\ce{^{206}Pb_{t}}$$

Sedangkan hubungan antara waktu paruh dan jumlah isotop radioaktif dapat diperoleh dengan persamaan:

$$N_{(t)} = N_0e^{-\lambda t}, atau; \frac{N_{(t)}}{N_0} = e^{-\lambda t}\\$$
dengan;
$T_{1/2}=$ waktu paruh
$\lambda=$ konstanta peluruhan
$N_{(t)}=$ jumlah inti radio aktif  (pada saat $t$)
$N_0=$ jumlah inti radioaktif sebelum peluruhan

Jika $\ce{^{238}U_{awal}}$ disubstitusikan dalam persamaan kedua, maka dapat diturunkan persamaan hubungan antara waktu paruh dan jumlah Uranium-238 sebagai berikut:

$$\ce{^{238}U_{t}} = (\ce{^{238}U_{t}} +\ce{^{206}Pb_{t}})\:e^{-\lambda_U\:t} $$
$$\frac{\ce{^{238}U_{t}} +\ce{^{206}Pb_{t}}}{\ce{^{238}U_{t}}} = \frac{1}{e^{-\lambda_U\:t}}$$
$$ 1+\frac{\ce{^{206}Pb_{t}}}{\ce{^{238}U_{t}}} = e^{\lambda_U\:t}$$
$$ \ln\Bigg (  1+\frac{\ce{^{206}Pb_{t}}}{\ce{^{238}U_{t}}}\Bigg ) =\lambda_U\:t $$
$$ t = \frac{\ln \Big ( 1+\frac{\ce{^{206}Pb_{t}}}{\ce{^{238}U_{t}}}\Big )}{\lambda_U}$$

Ket: Pada persamaan baris ke-3 digunakan sifat eksponensial $\frac{1}{e^{-x}}= e^{x}$

Sehingga dengan mengetahui waktu paruh dari $\ce{^{238}U}$, kemudian menganalisa kandungan $\ce{^{238}U}$ dan$\ce{^{206}Pb}$ yang terkandung pada batuan saat ini, dapat diperoleh usia dari bebatuan tersebut.


 

Contoh Perhitungan Usia Fosil

Sebuah fosil ditemukan di dekat lapisan batuan yang mengandung $9,58 \times 10^{-5} g\: \ce{^{238}U}$ dan $2,51\times 10^{-5} g\: \ce{^{206}Pb}$. Jika ilmuwan telah mengetahui waktu paruh dari $\ce{^{238}U}$ ialah $4,5\times 10^9 tahun$, maka dapat ditentukan usia dari fosil di bebatuan tersebut:

Pertama-tama digunakan persamaan waktu paruh untuk menentukan konstanta peluruhan $\ce{^{238}U}$, yaitu;

$$\lambda=\frac{\ln(2)}{T_{1/2}}$$

$$=\mathrm{\dfrac{0,693}{4,5×10^9\:y}}$$

$$=1.54×10^{−10}\:y^{−1}$$

Karena data yang diberikan masih dalam bentuk gram, maka harus diubah ke dalam bentuk mol. Jumlah mol  $\ce{^{238}U}$ pada batuan ialah:

$$\require{cancel}\mathrm{9,58×10^{−5}\cancel{g\: U}×\left( \dfrac{1\: mol\: U}{238\cancel{g\: U}}\right )}$$

$$=4,03×10^{−7}\:mol\: U$$

Dalam reaksi peluruhan, satu mol  $\ce{^{238}U}$ akan dikonversi menjadi satu mol  $\ce{^{206}Pb}$, sehingga jumlah mol $\ce{^{206}Pb}$ pada batuan ialah setara dengan:

$$\mathrm{2,51×10^{-5} \cancel{g\: Pb}×\left( \dfrac{1 \cancel{mol\: Pb}}{206 \cancel{g\: Pb}}\right )×\left(\dfrac{1\: mol\: U}{1 \cancel{mol\: Pb}}\right)}$$
$$=1,22×10^{-7}\:mol\: U$$

Kemudian bisa ditentukan usia fossil dengan persamaan;

$$ t =\frac{\ln \Big ( 1+\frac{\ce{^{206}Pb_{t}}} {\ce{^{238}U_{t}}}\Big )}{\lambda_U}$$
$$= \frac{\ln \Big ( 1+\frac{1,22×\cancel{10^{-7}\:mol}}{4,03×\cancel{10^{−7}\:mol}} \Big )} {1,54×10^{−10}\:y^{−1}}$$
$$=1,7×10^{9}\:y^{1}$$

Jadi usia bebatuan tersebut ialah $1,7×10^{9}\:y^{1}$. Hasil ini bisa sudah sangat mewakili usia dari fosil tersebut jika jaraknya sangat dekat dengan bebatuan yang teramati. Jika jarak lapisan batuan tempat ditemukannya fosil cukup jauh dari lokasi batuan dimana isotop $\ce{^{238}U}$ ditemukan, maka diperlukan konstanta penyesuaian. Ini bisa dari jarak antara fosil dengan batuan, ataupun dengan pertimbangan dari sifat geologis lainnya.

Perkiraan menggunakan teknik Uranium-Timbal terbilang sangat akurat dalam perhitungan fosil yang puluhan tahun silam punah. Beberapa teknik lainnya yang dikenal luas ialah Teknik Kalium-Argon, Rubidium-Stronsium dan Uranium-Thorium. Namun tidak perlu aku bahas karena konsepnya serupa dengan Metode Uranium-Timbal ini.

Jadi sekarang kalian bisa menjelaskan dengan detil bagaimana cara menentukan usia fosil menggunakan ilmu radiokimia. Semoga penjelasan ini mudah dipahami, jika ingin diskusi ataupun bertanya-tanya, silahkan langsung aja di kolom komentar. 🙂

Image Source: https://www.pinterest.com/pin/20336635791371119/

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.