Hodinky s věčnou baterkou

V následujících odstavcích se dozvíš, odkud se na Zemi vzal izotop uhlíku ¹⁴C. Začneme zeširoka tím, že naše Země je vystavena kosmickému dešti, který mimo jiné tvoří protony a částice alfa, kterých je méně. Jejich kinetická energie je značná, pohybuje se mezi 10⁹ až 10¹⁷ eV. Ve vrchních částech atmosféry se tyto částice sráží s atomy kyslíku a dusíku. Po srážce se do okolí rozlétnou sekundární částice alfa zvané mezony, protony a neutrony.

Jedním čtverečním centimetrem uvažované vrstvy proletí za sekundu dva až tři neutrony, které se dále srážejí s molekulami ze vzduchu, čímž jejich energie klesá. V případě, že neutron narazí na izotop dusíku ¹⁴N, vnikne do jádra a vyrazí proton. Dusík se tak přemění na radioaktivní izotop uhlíku ¹⁴C s poločasem rozpadu 5 730 let. Kdyby kosmické záření tímto způsobem neobnovovalo zásoby uhlíku ¹⁴C na Zemi, dávno by se veškerý rozpadl.

Podle teoretických výpočtů by mělo být v atmosféře přítomno 80 tun tohoto radioaktivního izotopu. Naměřená hodnota je ale mnohem menší, což se vysvětluje jeho rychlým pronikáním do hydrosféry a litosféry. Atom ¹⁴C reaguje se vzdušeným kyslíkem na oxid uhličitý, který je fotosyntézou zabudováván do těl rostlin. Ty jsou spásány býložravci, které nakonec zkonzumují masožravci a všežravci. Jestliže uhlík z přírodního koloběhu vypadne, rovnováha se poruší. K takovému případu dochází, když živý organizmus zemře a přeruší se jeho výměna s okolním prostředím. Nové atomy radioaktivního izotopu tak nepřibývají, ale rozpad pokračuje. V tomto okamžiku začínají bít pomyslné uhlíkové hodiny.

Pokud jsi článek přečetl pozorně, dokážeš určitě spočítat, jak starý byl kosterní nález, ve kterém obsah izotopu ¹⁴C poklesl z běžné hodnoty 1,07.10^-10 % na hodnotu 1,00.10^-10 %. Pokud budeš počítat správně, vyjde ti hodnota zhruba dvojnásobná, než je délka života některých dlouhověkých želv.

Zdroje:

1. MALIJEVSKÁ, Ivona. Záhady, klíče, zajímavosti očima fyzikální chemie. 2., rozš. vyd. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2013, 297 s. ISBN 978-80-7080-824-5.
2. Envato elements. Archaeological excavations ancient human skeleton. Dostupné z: https://elements.envato.com/archaeological-excavations-ancient-human-skeleton-4GMQTK3
3. Didier Descouens. Australopithecus africanus - Cast of taung child.jpg. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Australopithecus_africanus_-_Cast_of_taung_child.jpg. Tento obrázek podléhá licenci Creative Commons.

Obr. 1: Australopithecus africanus