Apa Itu Penanggalan Karbon (Carbon Dating)?

Pemeriksaan fosil

Anda mungkin pernah melihat atau membaca berita tentang artefak kuno yang menakjubkan. Pada sebuah penggalian arkeologis, seseorang menemukan sebuah perkakas kayu dan menemukan bahwa benda itu berumur 5.000 tahun. Seorang arkeolog menemukan mumi anak-anak jauh di Andes dan mengatakan anak itu hidup lebih dari 2.000 tahun yang lalu. Salah satu metoda ilmiah untuk mengetahui berapa umur suatu benda atau fosil manusia adalah menggunakan teknik penanggalan radiokarbon (radiocarbon dating) atau disingkat penanggalan karbon (carbon dating). Apa itu penanggalan karbon dan bagaimana caranya menentukan umur artefak arkeologis dengan penanggalan karbon? Berikut pemhasannya.

 

Pengertian Penanggalan Karbon (Carbon Dating)

Penanggalan karbon atau carbon dating adalah salah satu metode utama arkeologi untuk menentukan umur objek organik hingga berusia 50.000 tahun. Metode ini didasarkan pada gagasan peluruhan radiasi isotop Karbon-14 selama ribuan tahun. Melalui ilmu fisika, para ilmuwan telah menemukan bahwa molekul radioaktif meluruh pada tingkat tertentu yang bergantung pada nomor atom dan massa atom yang meluruh. Konstanta ini dapat digunakan untuk menentukan perkiraan usia bahan yang membusuk melalui rasio isotop radioaktif dengan perkiraan konsentrasi awal isotop tersebut pada saat kematian organisme. Para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa sangat sedikit perubahan yang terjadi pada rasio isotop Karbon-12 dan Karbon-14 di atmosfer. Artinya, hubungan antara keduanya harusnya sangat mirip dengan kondisi saat ini.

 

Bagaimana Karbon-14 Terbentuk?

Sinar kosmik memasuki atmosfer bumi dalam jumlah besar setiap harinya. Misalnya, setiap orang terkena sekitar setengah juta sinar kosmik setiap jamnya. Tidak jarang sinar kosmik bertabrakan dengan atom di atmosfer bagian atas, menciptakan sinar kosmik sekunder dalam bentuk neutron energik, dan neutron energik tersebut bertabrakan dengan atom nitrogen.

Gigi hiu megalodon

Ketika neutron bertabrakan, atom nitrogen-14 (tujuh proton, tujuh neutron) berubah menjadi atom karbon-14 (enam proton, delapan neutron) dan atom hidrogen (satu proton, nol neutron). Karbon-14 bersifat radioaktif, dengan waktu paruh sekitar 5.700 tahun.

Untuk informasi lebih lanjut tentang sinar kosmik dan waktu paruh, serta proses peluruhan radioaktif, lihat cara kerja radiasi nuklir.

 

Karbon-14 pada Makhluk Hidup

Atom karbon-14 yang diciptakan oleh sinar kosmik bergabung dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida, yang diserap tanaman secara alami dan dimasukkan ke dalam serat tanaman melalui fotosintesis (pertukaran karbon). Hewan dan manusia memakan tumbuhan dan juga menyerap karbon-14.

Rasio karbon “normal” (karbon-12) terhadap karbon-14 di udara dan di semua organisme hidup pada waktu tertentu hampir konstan. Mungkin satu dari satu triliun atom karbon adalah karbon-14. Atom karbon-14 membusuk dan digantikan oleh atom karbon-14 baru dengan laju konstan. Saat ini, tubuh Anda memiliki persentase atom karbon-14 tertentu di dalamnya, dan semua tumbuhan dan hewan hidup memiliki persentase yang sama.

 

Metode Penanggalan Radiokarbon

Segera setelah organisme hidup mati, ia berhenti menyerap karbon baru. Rasio karbon-12 terhadap karbon-14 pada saat kematian adalah sama seperti makhluk hidup lainnya, namun setelah kematian, karbon-14 yang membusuk tidak tergantikan.

Karbon-14 meluruh dengan waktu paruh 5.700 tahun, sedangkan jumlah karbon-12 dalam sampel tetap konstan. Dengan melihat rasio karbon-12 terhadap karbon-14 dalam sampel dan membandingkannya dengan rasio pada organisme hidup, kita dapat menentukan umur makhluk hidup dengan cukup tepat.

Fosil daun

Rumus untuk menghitung umur radiokarbon konvensional (CRA) suatu sampel dengan penanggalan karbon-14 adalah:

t = [ ln (Nf/No) / (-0,693) ] x t1/2

Di mana:

  • ln adalah logaritma natural
  • Nf/No adalah persentase karbon-14 dalam sampel dibandingkan dengan jumlahnya di jaringan hidup
  • t1/2 adalah waktu paruh karbon-14 (5.700 tahun)

Jadi, jika Anda memiliki fosil yang mengandung 10 persen karbon-14 dibandingkan sampel hidup, maka fosil tersebut adalah:

t = [ ln (0,10) / (-0,693) ] x 5.700 tahun

t = [ (-2,303) / (-0,693) ] x 5.700 tahun

t = [3.323] x 5.700 tahun

t = 18.940 tahun

Karena waktu paruh karbon-14 adalah 5.700 tahun, maka karbon-14 hanya dapat diandalkan untuk menentukan umur bahan organik hingga berumur sekitar 60.000 tahun. Namun, prinsip penanggalan karbon-14 juga berlaku untuk isotop lain.

Kalium-40 adalah unsur radioaktif lain yang secara alami ditemukan di tubuh anda dan memiliki waktu paruh 1,3 miliar tahun. Radioisotop lain yang berguna untuk penanggalan radioaktif termasuk uranium-235 (waktu paruh = 704 juta tahun), uranium-238 (waktu paruh = 4,5 miliar tahun), thorium-232 (waktu paruh = 14 miliar tahun) dan rubidium-87 ( waktu paruh = 49 miliar tahun). Penggunaan berbagai radioisotop memungkinkan penanggalan sampel biologis dan geologis dengan tingkat akurasi yang tinggi.

Namun, penanggalan radioisotop mungkin tidak akan berfungsi dengan baik di masa depan. Apa pun yang mati setelah tahun 1940-an, ketika senjata nuklir, reaktor nuklir, pengujian atmosfer, dan pembakaran bahan bakar fosil mulai mengubah rasio karbon, akan lebih sulit untuk ditentukan penanggalannya secara tepat.

 

Kurva Kalibrasi

Penanggalan radiokarbon memberi tahu kita berapa tahun yang lalu sesuatu mati, namun tidak memberikan umur dalam tahun kalender. Untuk menentukan umur kalender bahan organik, para ilmuwan mengkalibrasi pengukuran radiokarbon mereka menggunakan objek yang umurnya diketahui, seperti cincin pertumbuhan tahunan pada pohon.

IntCal (international radiocarbon calibration) adalah organisasi ilmiah internasional yang menggunakan data dari lingkaran pohon dan sampel laut untuk membuat kurva kalibrasi yang kemudian dapat diterapkan oleh para ilmuwan pada bahan-bahan yang diberi penanggalan radiokarbon untuk memastikan keakuratan usia.

Terdapat kurva terpisah untuk laut dalam, Belahan Bumi Selatan, dan Belahan Bumi Utara untuk mencerminkan tingkat radiokarbon yang berbeda di setiap lokasi.