Construire l'horloge de la vie

2005/03/01 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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L'américaine Libby a participé au projet Manhattan quand une nouvelle utilisation du carbone a eu lieu. Pendant la Seconde Guerre mondiale, le projet a réuni de nombreux scientifiques dans le but de développer la bombe atomique le plus tôt possible. Libby devait trouver un moyen de séparer les isotopes de l'uranium, qui a passé les nuits et les jours. En fin de compte, ils ont appris comment le faire et ont développé la première bombe pendant 4 ans.

Cependant, Libby a pensé qu'il travaillait sur ce travail, une autre technique qui lui apportera la renommée dans le monde entier. En fait, outre l'uranium-235, il soupçonnait qu'il existait sur Terre des substances radioactives de diverses origines, c'est-à-dire qu'en plus des atomes radioactifs créés avec la planète, ils auraient pu être créés ultérieurement, en formation continue. En définitive, la Terre subit le bombardement constant des rayons cosmiques et pensait que ces radiations pouvaient produire des isotopes radioactifs.

Avant de conclure l'utilisation du 14C, Libby a travaillé sur le projet Manhattan pour développer la bombe atomique.

Libby a rapidement prouvé ce qui était prévu, découvrant le tritium, un isotope radioactif d'hydrogène. Mais ce n'était pas suffisant. On estime qu'il devait y avoir plus d'isotopes, un autre isotope produit par les rayons cosmiques gamma. Il a calculé qu'en heurtant les neutrons cosmiques avec les atomes d'azote de l'atmosphère, il allait produire le 14 carbone et a réussi à trouver ^{l'isotope 14} C faible. L'Américain a découvert qu'un petit pourcentage de CO ₂ ^{atmosphérique} était composé de 14C. On pensait alors que cet isotope pouvait avoir une utilisation archéologique très attrayante.

Êtres vivants radioactifs

Libby a commencé à étudier les êtres vivants de la région et a découvert que ^{l'isotope 14} C de l'atmosphère était posée sur les plantes. Pendant _la photosynthèse, les plantes recueillent le dioxyde de carbone (CO 2) et le libèrent dans la respiration; au cours de ce processus de respiration photosynthétique, le chimiste a découvert que les plantes recevaient et libéraient en permanence ¹⁴ C radioactif dans l'atmosphère, c'est-à-dire que dans les plantes on répétait la même proportion que l'isotope 14 C dans l'atmosphère, chez les animaux qui mangent les animaux. Dans tous les êtres vivants, donc.

En heurtant les neutrons cosmiques avec les atomes d'azote dans l'atmosphère, il a calculé qu'il allait produire le 14 carbone et a cherché une application directe.

Le plus intéressant est qu'en mourant les êtres vivants se brise leur échange de carbone avec l'atmosphère. Par conséquent, les organismes après sa mort ne renouvellent pas le carbone 14. Et c'est quand l'horloge de 14C entre ^en service ! En fait, le 14 carbone, comme le reste des isotopes radioactifs, est instable et commence à disparaître lentement de l'organisme depuis le moment même de la mort, jusqu'à disparaître pratiquement dans des fossiles très anciens.

La ^quantité de 14C des morts diminue exponentiellement, disparaissant rapidement au début et augmentant au fil des ans. Libby a estimé qu'en 5.568, tout fossile perd ^50% de son 14C et qu'après 55.680 ans, il conserve encore 0,01% de ce qu'il avait vivant.

^{14 C} commence à disparaître lentement de l'organisme depuis le moment de sa mort, jusqu'à disparaître pratiquement dans des fossiles très anciens.

Sur cette base, comparant les proportions de 14 carbone présentes dans le fossile et dans l'atmosphère, il a indiqué que l'âge de tout fossile pouvait être déterminé. C'est ce qu'il a expliqué en 1949 aux scientifiques du Metropolitan Museum of New York et de l'Université de Chicago. Il a calculé l'âge de certains os avec la nouvelle méthode et, à la vue du résultat, ils ont dû accepter la validité de la méthode.

L'utilisation de ^{14C a} été étendu année après année parmi les archéologues, jusqu'à devenir la méthode la plus utilisée. Le système de datation était alors unique et très fiable. Libby a donc gagné l'admiration des scientifiques et en 1960 il a reçu le prix Nobel de chimie. En fait, il servait à dater tout matériel provenant d'êtres vivants : bois, charbon, tissus, branches d'animaux, os, restes végétaux... C'est-à-dire que les écologistes pouvaient les utiliser pour étudier les caractéristiques des écosystèmes ou des anthropologues pour analyser les faits d'une société. Peu importe la taille de l'échantillon, ni où et comment il a été maintenu, ni les raisons de la mort. Par conséquent, il a été jugé approprié de comparer des échantillons de partout dans le monde.

Horloge partielle

La plus grande limitation a pour le moment la datation à partir de 50.000 ans, puisque dans les fossiles de l'heure il reste ¹⁴ C en dessous, ce qui faudrait des appareils de grande sensibilité pour calculer exactement combien d'isotopes il y a. Il ne sert donc pas à étudier des phénomènes comme l'évolution des espèces, la formation des continents. Le carbone 14 est comme une montre avec seulement une aiguille de seconde et les scientifiques ont souvent besoin d'heures, de jours et de mois.

L'évolution de l'être humain ne peut être suivie que partiellement avec le carbone. Dans les os néandertaliens, on trouve à peine 14 carbonos. Ainsi, d’autres méthodes sont utilisées dans la Paléontologie: d’une part, les isotopes radioactifs qui s’éteignent plus lentement, y compris l’uranium-238a, et d’autre part, les analyses chimiques des os, l’étude du pollen, la datation des sédiments autour des os, l’archéomagnetisme et la thermoluminescence. En fait, des combinaisons de toutes ces méthodes sont actuellement utilisées pour obtenir des datations fiables.

Étalonnage du carbone 14

Bien que la méthode soit très utilisée en archéologie, beaucoup croient qu'il est nécessaire de mieux le calibrer. En fait, Libby n'a pas calculé avec précision la vitesse de ^{désintégration} de 14C. Par la suite, on a calculé que la vie moyenne de l'isotope est de 5.730 ans et non de 5.568, comme le calculait Libby en 1949.

Le 14C ne sert pas non plus à enquêter sur ^{le passé} proche. Lorsque la radioactivité de 14C est mesurée sur ^des échantillons de moins de 500 ans, l'erreur de datation est souvent supérieure à la donnée.

D'autre part, en indiquant que la quantité d'isotope atmosphérique ¹⁴ C est constante, il n'a pas tenu compte que la formation de l'isotope dépend des neutrons qui arrivent dans l'atmosphère et que le rayonnement qui atteint la Terre n'est pas constant du tout. Il est à supposer que tout au long de l'histoire il y aurait des variations notables dans la proportion ^de 14C dans l'atmosphère et que les êtres vivants d'une époque et l'autre recevraient en quantité différente.

Les chimistes ont constaté que dans les régions volcaniques le taux de ^14C est en soi inférieur, puisque le carbone relâché par les volcans réduit la proportion de carbone radioactif dans l'atmosphère.

De plus, au cours de l'histoire ont été nombreux les événements qui ont ^modifié la quantité de 14C. Par exemple, l'anhydride carbonique émis dans l'atmosphère par l'industrie depuis 1900 a considérablement réduit ^{la proportion} de 14C. Et pourtant, les expériences atomiques des années 50 ont recommencé à croître. En conséquence, les scientifiques croient que dans l'année 6200 avant JC le taux de l'isotope ¹⁴ C était 8% supérieur à celui actuel, de sorte qu'un fossile qui affirme que la méthode du carbone a 7.500 ans peut atteindre en réalité 8.500.

Les scientifiques savent qu'il s'agit d'une méthode mieux calibrée, mais le débat ^continue de servir à approximer acceptablement la méthode de datation du 14C.