Vì sao "đồng hồ cacbon" lại có thể đo được tuổi của các đồ vật cổ?

Nếu có ai hỏi bạn bao nhiêu tuổi, chắc bạn có thể trả lời chính xác ngay. Nhưng nếu đứng trước một mảnh gỗ lấy từ di chỉ cổ xưa nào đó, bạn sẽ khó đưa ra câu trả lời.

May mắn là các nhà hóa học đã phát hiện một loại “đồng hồ lịch sử” giúp con người gỡ rối. Loại “đồng hồ lịch sử” này đã được khởi động từ rất sớm và chạy liên tục không ngừng cho đến ngày nay. Chiếc đồng hồ kỳ diệu ấy chính là “đồng hồ cacbon”. Nhờ nó, người ta có thể xác định niên đại của nhiều di chỉ văn hóa và đồ vật cổ còn lưu lại.

Nguyên nhân là trong không gian vũ trụ có nhiều tia bức xạ mà mắt thường không nhìn thấy. Những tia bức xạ này xuyên qua tầng khí quyển Trái Đất, va chạm với các phân tử trong không khí và sinh ra nơtron, proton, điện tử. Khi nơtron va chạm với nguyên tử nitơ trong phân tử nitơ, nguyên tử nitơ sẽ “bắt lấy” nơtron và giải phóng proton, rồi biến thành nguyên tử C - 14, tức cacbon -14.

Nguyên tử cacbon C - 14 có tính phóng xạ, có thể giải phóng điện tử và biến thành nitơ. Như vậy, dưới tác dụng của tia vũ trụ, C - 14 không ngừng sinh ra; đồng thời do có tính phóng xạ, C - 14 cũng không ngừng giảm đi. Kết quả là C - 14 giữ được trạng thái cân bằng, nên hàm lượng C - 14 về cơ bản không thay đổi.

Trong khí quyển, nguyên tử C - 14 cũng giống như nguyên tử cacbon thường, có thể kết hợp với oxy thành phân tử cacbon đioxit. Khi thực vật quang hợp, chúng hấp thụ nước và cacbon đioxit để tạo thành tinh bột, sợi… Cacbon C - 14 cũng theo đó đi vào thực vật, thâm nhập vào thân cây cỏ. Khi thực vật chết, quá trình hấp thụ C - 14 ngừng lại. Từ đó về sau, không còn C - 14 từ bên ngoài đi vào thân cây, cỏ nữa. Do hiện tượng phóng xạ, hàm lượng C - 14 trong xác thực vật giảm dần. Các nhà khoa học phát hiện cứ sau 5730 năm, hàm lượng C - 14 giảm còn một nửa; sau 5730 năm tiếp theo lại giảm tiếp còn một nửa. Người ta gọi C - 14 có chu kỳ bán rã là 5730 năm. Đây chính là cơ sở để các nhà khảo cổ dùng nó làm “đồng hồ” định tuổi cổ vật. Các nhà khảo cổ đã dùng đồng hồ cacbon để xác định niên đại một di chỉ khảo cổ ở Tây An gần 6000 năm tuổi. Các nhà khảo cổ Ai Cập cũng dùng cacbon C - 14 để định niên đại một ngôi mộ cổ 3620 năm tuổi. Nội dung của phương pháp xác định niên đại bằng C - 14 là lấy một mảnh gỗ trong di chỉ, đo hàm lượng C - 14, sau đó tính toán để xác định tuổi của mảnh gỗ và của di chỉ.