Numbers ID | Penanggalan Radiometrik

Penanggalan Radiometrik

Ditulis oleh : Kevin Liyanto, Mahasiswa Ilmu Kimia University of North South Wales, Science Contributor Numbers ID

Radiometric Dating, atau yang juga disebut penanggalan radioaktif, merupakan teknik yang digunakan untuk menentukan umur dari suatu materi seperti batuan atau bahan yang terbuat dari materi organik menggunakan laju peluruhan dari inti radioaktif sebagai “jam”.

Sebelum memasuki bagaimana cara penanggalan radioaktif tersebut, saya akan membahas teori atom dasar. Seperti yang kita tahu, ada sekitar 90 unsur yang ada di alam, dan masing-masing unsur jelasnya memiliki proton, neutron, dan elektron (kecuali hidrogen-1, yang hanya memiliki satu proton dan elektron). Proton dan neutron berada sebagai penyusun inti atom.

Nuklida atau isotop dari suatu elemen adalah atom dari suatu elemen yang memiliki jumlah proton dan neutron yang tertentu. Nuklida yang berbeda dari suatu unsur hanya berbeda di jumlah neutron yang berada di inti atomnya (karena jumlah proton tersebut adalah penentu suatu unsur dan pastinya tidak ada unsur yang sama dengan jumlah proton berbeda). Salah satu contohnya adalah hidrogen-1 dan hidrogen-2 (deuterium) yang merupakan isotop unsur hidrogen, dimana hidrogen-1 mengandung satu proton dan deuterium mengandung satu proton dan neutron. Contoh lainnya adalah neptunium-236 dan neptunium-239, yang berbeda 3 neutron.

Kebanyakan nuklida yang berada di alam tergolong stabil. Arti dari stabil ini adalah tidak mengalami peluruhan radioaktif kecuali ada gaya eksternal yang mengubah. Akan tetapi, beberapa nuklida tidaklah stabil, sehingga nuklida ini pasti akan mengalami peluruhan untuk menjadi isotop atau unsur yang lain, meskipun peluruhan ini dapat berjalan dalam waktu yang cukup lama.

Ada dua macam peluruhan radioaktif yang umum, yaitu peluruhan alfa dan beta. Dalam peluruhan alfa, atom radioaktif akan melepaskan partikel alfa (yang mengandung 2 proton dan 2 neutron, atau bisa disebut inti helium). Setelah emisi partikel tersebut, nomor atomik akan turun sebanyak 2 dan nomor massa turun sebanyak 4. Sehingga, 226Ra (radium-226, dengan nomor atom 88) akan menjadi 222Rn (radon-222, nomor atom 86) setelah pelepasan partikel alfa. Selain itu, juga ada peluruhan beta, dimana ketika atom melepaskan partikel beta, neutron di dalam inti berubah menjadi proton. Sehingga, nomor massa tidak akan berubah dan jumlah proton naik sebanyak 1. Salah satu contoh peluruhan beta adalah peluruhan karbon-14 yang membentuk nitrogen-14.

Dalam penanggalan radioaktif, ilmuwan menentukan umur materi radioaktif dengan menentukan rasio jumlah atau radioaktivitas dari partikel radioaktif. Dengan menggunakan prinsip kinetika radioaktif bahwa suatu materi radioaktif akan berkurang jumlahnya menjadi setengah pada waktu paruh, perhitungan matematis dapat digunakan untuk menentukan waktu paruh dari jumlah peluruhan per detik dari suatu isotop. Beberapa isotop memiliki waktu paruh yang sangat lama, sekitar jutaan atau triliunan tahun. Beberapa memiliki waktu paruh yang sangat cepat, terukur sekitar milisekon. Laju peluruhan dan waktu paruh dari masing-masing isotop ini hampir tidak dipengaruhi faktor eksternal, sehingga waktu paruh ini konstan. Sampel uranium dengan umur ribuan tahun akan memiliki waktu paruh yang sama dengan sampel isotop uranium dengan umur jutaan tahun.

Kembali ke penanggalan radioaktif. Ada beberapa metode dalam penanggalan materi, dan saya akan membahas dua metode yang sangat terkenal. Pertama adalah penanggalan radiokarbon. Dasar dari penanggalan radiokarbon adalah karbon-14 yang bersifat radioaktif. Karbon memiliki 3 isotop yang berada di alam, 12C, 13C, dan 14C. Sekitar 98.9% dari atom karbon adalah 12C dan 1.1% adalah 13C. Sekitar 1 dari 800 juta atom karbon adalah karbon-14. 14C memiliki waktu paruh 5730 tahun. Karbon-14 sendiri dibentuk terus menerus dari nitrogen-14 dan neutron di lapisan atmosfer. Teknik ini pertama kali dibuat oleh Willard F. Libby di tahun 1949 dan ia mendapat hadiah Nobel di tahun 1960 karena pekerjaannya ini.

Willard F. Libby, peraih hadiah Nobel bidang Kimia di tahun 1960 atas penelitiannya di penanggalan radiometrik

Seperti yang kita tahu, karbon merupakan unsur penyusun kehidupan, sehingga karbon muncul hampir di semua organisme hidup. Tumbuhan mendapatkan 14C dari lingkungan dan binatang mendapatkan 14C setelah mengalami rantai konsumsi dari tumbuhan. Ketika organisme mati, organisme tersebut akan berhenti mendapatkan 14C. 14C dalam organisme tersebut tidak akan berhenti meluruh, sehingga jumlah 14C dalam organisme tersebut semakin lama akan berkurang. Pengukuran 14C pada materi organik tersebut dan materi organik yang hidup akan menghasilkan rasio radioaktivitas dari kedua materi, sehingga kita dapat mengetahui berapa lama umur materi tersebut. Situs arkeologi dianalisa dengan penanggalan radiokarbon untuk materi organik seperti pakaian, kayu, dan tulang.

Penanggalan radiokarbon ini menggunakan asumsi dimana karbon dikonsumsi oleh materi dari atmosfir yang memiliki jumlah 14C yang relatif konstan setiap waktu, sehingga materi anorganik tidak akan bisa dianalisa. Selain itu, materi tersebut tidak mengalami pertukaran materi yang mengandung 14C sejak organisme yang materinya diambil untuk dianalisa mati.

Ketika organisme masih hidup, organisme dapat menukarkan 14C yang berada di tubuhnya dari dan ke alam. Organisme yang telah mati tidak bisa melakukan hal ini.

Metode kedua adalah penanggalan timbal-timbal yang digunakan untuk menentukan umur geologis dari objek astronomis, seperti bumi. Teknik ini ditemukan di tahun 1950 an oleh ilmuwan bernama Clair Cameron Patterson. Ia menggunakan spektrometer massa untuk menentukan kadar masing-masing isotop dari timbal (207Pb, 206Pb, dan 204Pb) dari meteorit yang berada di Arizona, Amerika Serikat. Setelah menentukan rasio dari jumlah isotop tersebut, ia membentuk suatu grafik yang disebut isokron dimana gradien garis tersebut menunjukkan umur dari menentukan perkiraan umur dari bumi, yaitu sekitar 4.55 miliar tahun.

Alasan dari penggunaan meteorit adalah karena sampel batuan dari bumi kebanyakan sudah mengalami banyak pencampuran alami. Dari beberapa penelitian setelah penemuan oleh Patterson menggunakan rasio isotop unsur berbeda-beda, menggunakan meteorit berbeda, umur dari bumi dapat diperkirakan sekitar 4.52 hingga 4.58 miliar tahun yang lalu.

Salah satu masalah dari penanggalan radiometrik ini adalah teknik ini dibuat dengan basis teoretis, dimana semua sampel yang dikoleksi diasumsikan tidak memiliki error sama sekali. Error yang terjadi diasumsikan karena prosedur penelitian saja. Batuan yang telah terkontaminasi tidak dapat digunakan untuk penanggalan. Error jelas tidak mungkin tidak terjadi, karena kontaminasi sampel mudah sekali terjadi. Akan tetapi, error dapat diminimalisir dengan mengulang teknik ini terus menerus. Sampel yang diambil dari beberapa tempat geografis di bumi, lalu penelitian di laboratorium yang berbeda oleh ilmuwan-ilmuwan yang berbeda akan mengurangi kemungkinan kesalahan pengukuran.

References :

Manhesa, G.; Allègre, C. J.; Dupré, B., Bruno, H. (1980). Lead isotope study of basic-ultrabasic layered complexes: Speculations about the age of the earth and primitive mantle characteristics. Earth and Planetary Science Letters. 47 (3): 370–382. doi:10.1016/0012-821X(80)90024-2
American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. Discovery of Radiocarbon Dating. Adapted from ACS (accessed February 11, 2017).

Educating for Diversity | Follow our social media @numbersacademy

(202)

Comments

comments