Apa itu Penanggalan Karbon-14?

Mungkin ini adalah salah satu teknik paling penting untuk memahami masa lalu, tapi bagaimana sebenarnya cara kerjanya?

Perkembangan penanggalan radiokarbon telah mengubah pemahaman kita tentang dunia. Ini tidak hanya merevolusi pendekatan kita terhadap arkeologi dan antropologi, memberikan wawasan baru tentang kehidupan masyarakat dan budaya kuno, tetapi juga memberikan perspektif baru tentang masa lalu geologis dan atmosfer planet ini. Namun, pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana teknik ilmiah penting ini sebenarnya bekerja dan darimana asalnya?

Karbon-14: Sinar kosmik dan benda mati

Penanggalan radiokarbon, atau yang sering disebut sebagai penanggalan karbon atau penanggalan karbon-14, merupakan metode yang digunakan untuk menentukan usia objek-objek tertentu yang bersifat biologis. Teknik inovatif ini bergantung pada peluruhan alami dari satu isotop karbon radioaktif yang penting: karbon-14.

Dengan mengukur jumlah karbon-14 dalam sampel, ilmuwan dapat menghitung usianya dengan ketepatan yang luar biasa. Namun, untuk memahami bagaimana hal tersebut dicapai, kita perlu tahu bagaimana karbon-14 masuk ke dalam “benda-benda” tersebut pada awalnya—dan jawabannya sangat terkait dengan luar angkasa.

Ketika sinar kosmik—biasanya berasal dari Matahari, tetapi terkadang juga dari benda langit lain seperti bintang yang meledak di kejauhan atau lubang hitam—memasuki atmosfer, mereka dapat bertabrakan dengan atom-atom lain dan menciptakan sinar kosmik sekunder dalam bentuk neutron energik. Neutron-neutron ini kemudian dapat bertabrakan dengan atom nitrogen-14 yang, pada gilirannya, berubah menjadi atom karbon-14 (dan atom hidrogen). Atom karbon-14 ini kemudian bergabung dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida, yang diserap oleh tanaman dan diinkorporasikan ke dalam tubuh mereka melalui pertukaran karbon (fotosintesis). Hewan (termasuk manusia) kemudian mengonsumsi tanaman dan mengambil karbon-14 ke dalam tubuh mereka.

Dengan demikian, semua hewan, termasuk kamu dan saya, memiliki persentase kecil tetapi konstan dari atom karbon-14 di dalam tubuh kita, bersama dengan atom karbon-12 yang merupakan sebagian besar kandungan karbon kita, dan karbon-13.

Karbon-14 merupakan isotop yang paling langka dari ketiga isotop karbon yang ada secara alami. Pada jaringan hidup seperti daun tanaman atau gigi manusia, hanya ada sekitar 1 dari sejuta triliun atom karbon yang akan menjadi karbon-14.

Sepanjang hidup, kita mengakumulasi sejumlah karbon di dalam tubuh kita—tetapi ketika kita mati, proses ini berhenti. Seiring berlalunya waktu, karbon-14 mulai mengalami peluruhan, sementara karbon-12 dan 13 konstan.

Karbon-14 adalah isotop karbon yang tidak stabil dan radioaktif. Seiring berlalunya waktu, isotop karbon-14 akan mengalami peluruhan menjadi nitrogen. Tingkat peluruhan ini diketahui dan konstan; umur rata-ratanya ditemukan sekitar 8.033 tahun. Ini sangat berguna karena ketika organisme masih hidup, mereka akan menyerap karbon-14 melalui metabolisme; setelah mati, mereka tidak lagi memperbarui karbon sehingga kandungan radiokarbon dalam jaringan mereka mulai mengalami peluruhan hingga setelah sekitar 50.000 tahun, tidak ada karbon-14 yang dapat diukur lagi.

Ini adalah kunci dari teknik penanggalan karbon, dan yang membuatnya sangat berguna untuk memahami masa lalu.

Menghitung bukti dari masa lalu

Teknik ini pertama kali dikembangkan di University of Chicago pada akhir tahun 1940-an oleh Willard Libby, seorang profesor kimia dan mantan peneliti Proyek Manhattan. Pada awal dekade tersebut, peneliti lain telah menemukan isotop karbon-14 untuk pertama kalinya dan mengamati bahwa mereka memiliki waktu paruh sekitar 5.730 tahun. Ini berarti bahwa setelah 5.730 tahun, setengah dari jumlah awal atom karbon-14 dalam sampel akan mengalami peluruhan dan kembali menjadi nitrogen. Jika Anda dapat menghitung jumlah karbon-14 dalam sampel, maka Anda dapat mengetahui berapa usianya berdasarkan seberapa banyak yang telah mengalami peluruhan sejak saat itu.

Dalam beberapa tahun berikutnya, Libby dan rekan-rekannya mempublikasikan gagasan-gagasan tentang potensi penanggalan karbon dan terus menyempurnakan pemikiran mereka. Salah satu perkembangan kunci datang dari mahasiswa pascasarjananya, Ernest C. Anderson, yang menemukan bahwa bahan organik mengandung jumlah karbon-14 yang hampir sama di semua lintang di planet ini.

Dengan semua pekerjaan ini, Libby dan rekan-rekannya mulai mengembangkan teknik karbon-14 pertama dengan mengujinya pada artefak dari koleksi museum. Ini berarti tim dapat menetapkan akurasi teknik ini karena para arkeolog sudah mengetahui usia objek-objek ini melalui bukti-bukti lain, seperti pengukuran cincin pohon (Dendrokronologi). Tak perlu dikatakan, itu berhasil, dan pada tahun 1960-an, teknik ini digunakan di lebih dari 30 laboratorium radiokarbon di seluruh dunia. Saat ini, masih menjadi salah satu metode paling signifikan untuk menentukan usia masa lalu.

Penanggalan radiokarbon adalah alat yang paling sering digunakan untuk menentukan usia bahan kembali ke sekitar 50.000 tahun yang lalu, periode yang penuh dengan peristiwa penting di lingkungan masa lalu serta dalam perkembangan manusia.

Pada awalnya, peristiwa peluruhan radiokarbon itu sendiri diukur. Ini memerlukan jumlah material yang besar dan waktu penghitungan yang lama, berminggu-minggu hingga berbulan-bulan. Sejak tahun 1990-an, metode menghitung atom karbon-14 melalui spektrometri massa akselerator menjadi lebih populer. Saat ini, usia radiokarbon dapat diukur dalam hitungan menit, dan pada sampel yang jauh lebih kecil dibandingkan dulu.

Revolusi Radiokarbon

Penanggalan karbon memiliki dampak besar pada ilmu arkeologi dan geologi. Sebelum teknik ini dikembangkan, upaya untuk menentukan usia benda bergantung pada faktor-faktor relatif, seperti membandingkan lapisan suatu situs arkeologi di mana sesuatu ditemukan, dengan asumsi bahwa lapisan tersebut diletakkan secara kronologis. Pendekatan ini hanya menetapkan urutan peristiwa daripada memberikan pengukuran yang tepat terhadap usianya.

Kehadiran penanggalan karbon mengubah—membantu membantah berbagai keyakinan yang telah mapan namun keliru. Sebagai contoh, penanggalan karbon membantah gagasan bahwa peradaban dimulai di Eropa dan kemudian menyebar ke luar. Pemeriksaan artefak dari Asia, Afrika, Amerika, dan Oseania menunjukkan bahwa peradaban berkembang secara independen di berbagai tempat. Dengan tidak perlu menghabiskan waktu sebanyak itu untuk menentukan usia artefak, para arkeolog sekarang dapat mengajukan pertanyaan baru tentang evolusi manusia dan budaya pada zaman prasejarah.

Disiplin ilmu lain juga telah mendapatkan manfaat dari teknik ini. Khususnya geolog, sedimentolog, dan studi danau telah memanfaatkan teknik penanggalan karbon. Selain itu, palaeobotanis dan palaeoklimatolog dapat menggunakannya untuk menentukan usia benda-benda seperti serbuk sari yang ditemukan dalam urutan sedimen, bersama dengan jejak-jejak lain dari bahan tanaman atau arang. Dengan mengukur sampel-sampel ini secara akurat, mereka dapat menggunakan informasi tersebut untuk menetapkan usia strata yang berkorelasi di lokasi lain.

Meskipun memiliki kemampuan untuk mengetahui masa lalu, penanggalan karbon memiliki keterbatasan. Yang paling jelas adalah batas keras untuk mengukur benda yang lebih dari 50.000 tahun. Hal ini karena kandungan karbon-14 pada artefak semacam itu akan terlalu rendah untuk dapat digunakan.

Salah satu keterbatasan lain dari penanggalan karbon berkaitan dengan isolasi sumber karbon yang tepat untuk diukur. Seringkali, sampel akan mengandung campuran sumber karbon, misalnya, sebuah barang kayu kuno dari museum mungkin telah diolah dengan minyak untuk menjaganya, dan kemudian kita harus mencoba memisahkan kayu dari minyak agar dapat melakukan pengukuran karbon pada kayu tersebut.

Pertanyaan tentang kontaminasi ini sangat penting, terutama untuk sampel-sampel yang mencapai batas 50.000 tahun dari pengukuran radiokarbon—karena pada sampel-sampel seperti itu hanya sedikit sekali radiokarbon yang tersisa, kontaminasi bahkan dengan jumlah karbon modern yang sangat kecil bisa sangat memengaruhi tanggal. Sebagai contoh, sebuah tulang dinosaurus berumur 65 juta tahun dengan hanya 1 persen kontaminasi karbon modern akan menghasilkan usia radiokarbon sekitar 37.000 tahun karbon-14.

Untuk mengatasi hal ini, para arkeolog dan peneliti lainnya berusaha memperkirakan “efek kontaminasi latar belakang dengan tidak hanya mengukur sampel itu sendiri tetapi juga standar dan sampel latar belakang.”

Satu-satunya waktu ketika para peneliti akan mencoba mengukur sesuatu yang diketahui lebih tua dari batas tersebut adalah untuk menetapkan pengukuran latar belakang.

Masa depan untuk masa lalu

Sampai hari ini, pengukuran karbon tetap menjadi alat yang kuat dan banyak digunakan untuk menentukan usia objek atau peristiwa sejarah. Secara bertahap, para peneliti menemukan cara-cara baru untuk menyempurnakan metode mereka dan menghilangkan kontaminasi.

Laboratorium Blaauw memiliki oven yang dapat mereka atur pada berbagai suhu, sehingga tim dapat melakukan isolasi dan pengukuran karbon yang keluar pada suhu yang berbeda-beda. Ini memberikan wawasan yang lebih baik tentang berbagai sumber karbon dalam sampel yang lebih kompleks. Laboratorium Blaauw juga mencoba metode pra-pemrosesan kimia baru untuk lebih baik menghilangkan kontaminasi.

Jelas, para arkeolog dan ilmuwan lainnya menyadari keterbatasan yang menyertai pekerjaan mereka. Seperti banyak hal lainnya, buktinya ada, Anda hanya perlu tahu cara melihatnya.

Referensi :

[1] https://www.iflscience.com/what-is-carbon-14-dating-72747 diakses pada 5 Februari 2024

[2] https://www.iflscience.com/are-humans-organic-or-inorganic-71107 diakses pada 5 Februari 2024

[3] https://news.uchicago.edu/explainer/what-is-carbon-14-dating#invented diakses pada 5 Februari 2024

[4] https://www.iflscience.com/how-american-journalists-covered-first-use-atomic-bomb-29969 diakses pada 5 Februari 2024

[5] https://www.chemistryviews.org/details/ezine/7412281/75th_Anniversary_Discovery_of_Carbon_14/ diakses pada 5 Februari 2024

[6] https://www.iflscience.com/what-are-isotopes-half-lives-and-why-do-they-matter-71419 diakses pada 5 Februari 2024

[7] https://youtu.be/H0B8Docz3IY diakses pada 5 Februari 2024

[8] https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/radiocarbon-dating.html#:~:text=Libby%20cleverly%20realized%20that%20carbon,of%20decay%2C%20of%20the%20isotope. diakses pada 5 Februari 2024

[9] https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.1961.0001 diakses pada 5 Februari 2024