ÖMER FARUK ÇELİK

1. 40K/40Ar, 40Ar/39Ar, 14C, U/Th ve FİZYON İZ RADYOMETRİK TARİHLENDİRME YÖNTEMLERİ Hazırlayan ÖMER FARUK ÇELİK Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü

2. Kuzey İrlanda Başpiskopus’u James Ussher 1654 yılında Dünya’nın oluşum yaşını M.Ö. 23 Ekim Pazar 4004 olarak yayınlamıştır (Faure 1977; Walker 2005). James Ussher (1581 -1656 ) http://freepages.genealogy.rootsweb.ancestry.com/~usher/usherirl/docs/primate_james_ussher.htm İskoçyalı bilim insanı James Hutton, yeryüzünün şekillenmesinin çok yavaş ancak sürekli aktif olan süreçler içerisinde oluştuğunu 1785 yılında yayımladığı Yer’in Teorisi kitabında tartışmış ve katastrofizm fikriyle cesurca çatışmıştır. James Hutton (1726 – 1797), http://en.wikipedia.org/wiki/James_Hutton

3. William Thomson (Lord Kelvin) yaş hesaplarında güneş ışınlarını, yer’in soğuma tarihçesini ve ayın çekim gücünü hesaba katmıştır. İlk hesaplamaları dünyanın yaşının 100 milyon yıldan daha yaşlı olamayacağı şeklindedir. Daha sonra yaptığı yayınlarda Dünya’nın yaşını daha da küçülttüğü görülmektedir. 1897’de Lord Kelvin dünyanın yaşının 20 ila 40 milyon yıl aralığında olduğunu savunmuştur. William Thomson (Lord Kelvin) (1824 – 1907) http://en.wikipedia.org/wiki/William_Thomson,_1st_Baron_Kelvin#Age_of_the_Earth: 1897’de Fransız fizikçi Henri Becquerel radyoaktiviteyi keşfetmiştir. Becquerel birkaç yıl sonra radyoaktif elementlerin bozunumunun egzotermik bir süreç olduğunu fark etmiştir. Becquerel kayaçların doğal radyoaktivitesinin sıcaklık ürettiğini dolayısıyla Lord Kelvin’in hesaplarında farzettiği gibi yer’in sadece soğuyan bir kütle olmadığını belirtmiştir. Dolayısıyla Lord Kelvin’in yaş hesabının doğru olmadığını tartışmıştır. Henri Becquerel (1852- 1908) http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/becquerel.html

4. Heinrich Geissler (1814-1879) Joseph Jhon Thomson (1856-1940) Wilhelm Konrad Roentgen ( 1845 -1923) http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics Greissler’in tüpü sayesinde katod ışınları keşfedilmiştir http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/people İzotopların, elekton’un ve kütle spektrometresinin keşfedicisi. X ışınlarını keşfetmiştir Ernst Rutherford (1871-1937) Marie Sklodowska Curie (1867 -1934) Frederick Soddy (1877 -1956) http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/curie/ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/ Radyoaktif bozuşma olayının Jeolojik tarihlendirmelerde mümkünlüğü Ernst Rutherford tarafından 1904 yılında tartışılmıştır.

5. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Kütle numarası Atom numarası Atom?, İzotop? Radyoaktif bozuşmaya uğrayan bir atom (ebeveyn çekirdek; Radyoaktif izotop) Radyoaktif bozuşma ürünü bir atom (yavru çekirdek; Radyojenik izotop)

6. Radyoaktif Bozuşma Mekanizmaları Eğer bir izotopun çekirdeğinde fazla proton mevcut ise bu durum çekirdekte aşırı itiş gücü sağlayacaktır. Bu durumda He çekirdeği çekirdekten dışarı salınarak denge sağlanmaya çalışılır. Çekirdek denge durumuna ulaşırken gama ışıması yayar. α Bozuşması

7. Radyoaktif Bozuşma Mekanizmaları β- Bozuşması β- Beta bozuşması çekirdekte nötron ve proton oranı fazla olduğunda oluşur. Bu bozuşmada bir nötronun, bir proton ve bir elektrona dönüşmesi gerçekleşir. β+ Bozuşması Çekirdekteki bir proton bir nötrona dönüşür ve bir nötron ve bir nötrino parçacığı serbest kalır.

8. Radyoaktif Bozuşma Mekanizmaları Elektron kapma β bozuşumunun tersi olarak nitelenebilir. Elektronlar çekirdek çevresinde farklı enerji seviyelerinde yer alırlar. Bu süreç esnasında atomun en iç elektron seviyesinden bir elektron koparılır ve böylece bir proton bir nötrona dönüştürülür. Bu durumda atom numarası bir azalır ancak bir nötron kazanıldığı için atom kütlesinde bir değişim olmaz.

9. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Radyoaktif Bozuşma Radyoaktif bozuşma denklemi Ernest Rutherford ve FrederickSoddy tarafından aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir (Dickin 1995). dN/dt = -λN (1) dN/dt : radyoaktif izotopun bozuşma hızı N: radyoaktif izotopun t zamanındaki miktarı λ : radyoaktif bozuşma sabiti: Birim zamanda bir atomun bozuşma olasılığı. Bu, belirli bir kararsız atomlar grubunda bozunmamış bir atomun aynı bozunma şansına sahip olduğu anlamına gel- mektedir. Eşitliğin (1) her iki tarfının integrali alınıp denklem tekrar düzenlenirse; -ʃ dN/N = λ ʃdt → -ln N = λt +C(2) Eşitlikteki C integral sabitidir. Eğer denklik (1), t=0, N = N0 ve t = ∞, N = 0 şeklinde matematiksel olarak tekrar düzenlenirse, C = -ln N0olacağından, eşitlik (2) buna göre düzenlendiğinde

10. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 -ln N = λt - ln N0 → ln N - ln N0 = - λt → ln N/N0 = - λt → N/N0 = e-λt→ N = N0 e-λt olacaktır. (3) Bu denklikte N0, t=0 anındaki atomların sayısı iken N herhangi bir t zamandaki atomların sayısına karşılık gelir. Ebeveyn çekirdeklerin sayısında azalma yavru çekirdek (D) sayılarındaki artışa denktir. dD/dt = - dN/dt Ayrıca ‘t’ zamanında No = N + D Bu durum 3 numaralı denkleme adapte edilirse; N0 = N. e-λt olacağından; D = Neλt-N →D = N(eλt-1) olacaktır. (4) 4 numaralı denklikten yaş hesaplayabilmek için t çekilirse; genel yaş denklemi

11. Kapanma sıcaklığı ~250 -350 oC ~ 350 -400 oC ~ 450 -550 oC http://math.mercyhurst.edu/~nlang/learn/minerals.php http://www.soes.soton.ac.uk/resources/collection/minerals/minerals/pages/M31-Muscovite.htm http://www.blinn.edu/brazos/natscience/geol/Minerals_Web_Page/pages

12. K-Ar ve 40Ar-39Ar Tarihlendirmeleri Çekirdek kartının bir bölümü Potasyum yer kabuğunda en çok bulunan sekiz elementten birisidir. 40K yarılanma süresi içerisinde 40Ar’a (Aldrich ve Nier 1948) ve 40Ca’a radyoaktif olarak bozuşur. Argon asal gaz olup diğer elementlerle bağ yapmaz. Potasyum ve Argon izotoplarının bolluk oranları 39K = % 92.23 41K = % 6.73 40K = % 0.00118 40Ar = % 99.60 38Ar = % 0.063 36Ar = % 0.337

13. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 40K’un β ışımasıyla (%88.3) 40Ca’a ve elektron kapma (%11.7) yoluyla 40Ar’a bozuşması (Twyman, 2007) 40K’un % 88.3’lük kısmı 40Ca’a dönüşmesine rağmen bozuşumdan gelecek olan az miktardaki 40Ca’ın artışını belirlemeyi mümkün kılmaz. Ayrıca kalsiyumun ergimiş kayaçtan difüzyon yapamaması ve dolayısıyla tarihlendirme yapabilmek için kayaçta başlangıçta mevcut izotop miktarının bilinmesi gerekliliğidir.

14. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 • Yöntemle ilgili kabuller (Faure 1986); • 40K’dan radyoaktif olarak bozuşan 40Ar, mineralin oluşumundan analiz edilinceye kadar geçen sürede kristal kafesinde hapsolmuş sistemden dışarı çıkmamıştır. • Mineralin oluşumundan sonra sistem 40Ar’a kapalı kalmış dolayısıyla kristallenme sonrası hızlı soğuma gerçekleşmiştir. • 40Ar fazlası mineralin oluşumu esnasında ya da geç metamorfik olaylar esnasında mineralin bünyesine alınmamıştır. • Atmosferik 40Ar ile ilgili düzeltme yapılması gerekmektedir. • Mineral yaşam süresi boyunca potasyuma da kapalıdır. • Mineraldeki potasyumun izotop bileşimi, 40K hariç, herhangi bir nedenle değişmemiştir. • 40K’ın bozuşma sabitleri doğru bir şekilde bilinir ve var olduğundan bu yana ortamın fiziksel ve kimyasal koşullarından etkilenmemiştir.

15. K-Ar Tarihlendirmeleri K-Ar yönteminde numunenin potasyum içeriği atomik absorbsiyon ya da alev fotometresi yardımıyla ölçülür. Argon izotopları ise kütle spektrometresi yöntemiyle vakumlu bir sistemde ölçülür. Radyoaktif 40K ve radyojenik 40Ar arasındaki oran tespit edildiğinde kristal kafesinin kapanmasından bu yana geçen zaman tespit edilmiş olacaktır. Tarihlendirmelerde argon izotoplarının dağılımı hesaba katılmalıdır. K-Ar yönteminde numunedeki40Ar’ın miktarını tam olarak belirleyebilmek için analiz sürecinde mineralden serbest kalan izotoplar, miktarı bilinen 38Ar (spike) ile karıştırılırlar. Yöntem 100.000 yıldan daha yaşlı tarihlendirmeler için uygundur.

16. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Atmosferik Argon düzeltmesi mutlaka yapılmalıdır. Radyojenik40Ar’ı tespit edebilmek için atmosferik 40Ar’tan çıkarılmalıdır. Atmosferik 40Ar/36Ar oranı sabit olup değeri 295.5’tir (Faure 1986).

17. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 40Ar-39Ar Tarihlendirmesi Yöntem K-Ar yönteminden türetilmiştir. Merrihue ve Turner (1965) Ar-Ar tarihlendirmesinin öncüleridir. Numune, nükleer reaktörde 39K’un 39Ar’a bozuşturulması esasına dayanır. K-Ar yönteminde numunedeki K ve Ar ayrı ayrı ölçülmek zorundadır (Numunenin homejenliği ve analitik hata olma olasılığı). 40Ar/39Ar yönteminde ölçümler aynı numune üzerinden yapılabilmektedir. 40Ar/39Ar yönteminde argon gazı farklı sıcaklıklarda adım adım ölçülebilmektedir. Argon fazlası, alterasyondan kaynaklı sorunlar ve geç ısıl olayların var olup olmadığı bu yöntemle tespit edilebil- mektedir.

18. Nötron bombardımanıyla oluşturulan 39Ar sadece numunedeki 39K’un miktarına bağımlı olmayıp, aynı zamanda nötron bombardımanının akım yoğunluğuna (the neutron flux density) ve uygulanma süresine de bağımlıdır (Twyman 2007). Bu işlemlerden doğru sonuçlar almak ve sonuçları kontrol edebilmek için mutla- ka yaşı tam olarak bilinen standart bir numunenin de analiz edilecek numuneyle birlikte nükleer bombardımana maruz bırakılması gerekmektedir. Yaşı tam olarak bilinen standart numuneden argon oranları J parametresi olarak bilinen akım sabitini hesaplamak için kullanılır ve J parametresi tarihlendirmenin yapılabilmesi için denklemde yerini alır (Twyman 2007).

19. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Verilerin Yorumlanması Numune içine fazla40Ar düfizyonu yaş İdeal plato Numuneden radyo- jenik40Ar düfizyonu % 39Ar

20. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 40K/40Ar ve 40Ar-39Ar sonuçlarının karşılaştırılması KÖYCEĞİZ K/Ar dating (white-mica) YLK-255 ( 84.4 ± 2Ma) YLK-266 ( 83.9 ± 2Ma ) 40Ar/39Ar dating (white-mica) YLK-255 ( 91.7 ± 0.7Ma ) YLK-266 (93.6 ± 0.8Ma) K/Ar dating (hornblende) YLK-229 (84.6 ± 3Ma) 40Ar/39Ar dating (hornblende) YLK-229 ( 93.0 ± 0.9Ma ) YEŞİLOVA BEYŞEHİR K/Ar dating (hornblende) YL-134 ( 105.9 ± 3Ma) 40Ar/39Ar dating (hornblende) YL-134 ( 91.3± 0.9Ma) K/Ar dating (hornblende) B-192 (107.8 ± 4Ma) 40Ar/39Ar dating (hornblende) B-192 ( 90.9 ± 1.3Ma)

21. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 40Ar-39Ar yöntemi daha az numune (ör. 1mg) ile 10.000 yıldan daha genç tarihlendirmeleri hassas bir şekilde yapabilmektedir (Wintle 1996)

22. http://www.h2g2.com/approved_entry/A28303968 M.S 79’da Vezüv yanardağının patlamsı neticesinde Pompeii, Herculaneum ve çevresindeki herşey büyük bir felakete maruz kalmıştır. M.S 24 Ağustos 79 yılında faaliyete geçen Vezüv Yanardağının volkanitlerinden elde edilen 8 mm çapındaki sanidin kristalleri tarihlendirilmiş ve 1925 ± 66 yıl (2004) elde edilmiştir (Lanphere ve diğ. 2006). Bu veri 2000 yıldan daha genç tarihlendirmelerin %5 hassasiyette yapılabileceğini göstermiştir.

23. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 K-Ar ve Ar-Ar Tarihlendirme Yöntemleri Numune hazırlama Petrografik gözlem Araziden numune alma Kırma ve farklı elek boyutlarından geçirme Yıkama ve kurutma

24. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 K-Ar ve Ar-Ar Tarihlendirme Yöntemleri Numune hazırlama Ağır sıvılardan geçirme Manyetik separatörden geçirme Analize hazır Binokülerde Tek Tek ayıklama

25. Mikalar (ör. muskovit, biyotit, fengit, serisit) Feldspatlar (K-feldspat ve plajiyoklaz) Amfiboller Feldspatoitler (ör. lösit, nefelin) Kil mineralleri (ör. illit, seladonit) Sülfatlar (ör. alunit, jarosit) Evaporitler (ör. silvit, karnalit, langbeinit) Camlar (ör. obsidiyen, tektit, psödotakilit) Tüm kayalar (volkanitler, slate, fillat) muskovit amfibol langbeinit http://www.uoguelph.ca/geology/geol2250/glossary/HTML plajiyoklas K-feldspat http://webmineral.com/specimens http://www.geologyclass.org/Igneous%20Concepts.htm alunit biyotit

26. KARBON-14 KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Amerikalı fizikçiler Martin Kamen ve Sam Ruben, 1940’lı yıllarda, atmosferdeki nitrojenin bir kısmının kozmik ışınlarla etkileşime girdiğinde karbon-14’e dönüştüğünü keşfetmişlerdir. Godwin (1962), 14C’un yarılanma ömrünü 5730 ± 40 yıl olarak hesaplamıştır. Martin Kamen Amerikalı kimyacı Willard Libby, 1947 yılında bitkilerin fotosentez esnasında karbon-14’ü absorbe ettiğini belirlemiştir. Libby, bir bitkinin kalıntılarında mevcut olan kalıntı karbon-14 konsantrasyonunun ölçümüyle bitkinin ölümünden bu yana geçen zamanın hesaplanmasının mümkün olduğunu keşfetmiş ve bu buluşuyla 1960 yılında kimya dalında Nobel ödülünü almıştır. Sam Ruben Willard F. Libby

27. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 KARBON-14 Kozmik ışınlar (Radyasyon) 14N 14C 13C = % 1.1 12C = % 98.9 14C = (trilyonda bir) CO2

28. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 14 6 C 14 7 14 7 N N KARBON-14 Kozmik ışınlar (Radyasyon) Karbon-14 eklenmesi 14C’ün % 95’den fazlası çözünmüş karbonat olarak okyanuslar tarafından absorbe edilmektedir. Okyanuslarda yaşayan mercan vb. organizmalar yaşamları boyunca 14C’ü bünyelerine alırlar. 14C’ün biyosfer ve okyanuslardaki sabit bozuşmasına rağmen, atmosferden sürekli olarak tedarik edilmektedir. Dolayısıyla bitki ve hayvanların dokuları ve okyanuslarda depolanan 14C’ün miktarıyla küresel karbon rezervi zaman içinde yaklaşık olarak sabit kalmaktadır. Yani bitki ve hayvanların dokularını oluşturmada kullanılan karbon, atmosferle izotopik dengededir (Walker 2005). Küresel Karbon-14 rezervuarı 14C Atomları Kullanılan Karbon- 14

29. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Yaşamı boyunca 14C’ü bünyesine alan organizma öldüğünde 14C kaynağından izole edilmiş olacak ve radyokarbon saati radyoaktif bozuşmayla birlikte sabit bir oranda çalışmaya başlayacaktır. Böylece fosil madde örneklerinde kalan 14C miktarının ölçülüp modern standart maddelerdeki 14C miktarlarıyla kıyaslanması sonucunda organizmanın ölümünden bu yana geçen süre hesaplanabilmektedir. 12C/14C Aynı 12C/14C Farklı

30. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 14C 12C KARBON-14 14C radyoaktif olmasına karşın 12C duraylı bir izotoptur. Organizma yaşarken aralarındaki oran bir trilyonda bir mertebesindedir. Ölüm gerçekleştikten sonra bu oran değişir. Ölçülemeyen 14C 14C 12C 12C Miktar sabit Miktar sabit Miktar sabit Sonsuz yaş Ölüm anı Yaşlı

31. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Bir örnekte 14C aktivitesinin modern standartlara (NBS Oxalic acid I, II) kıyasla ölçümünde temel iki yol uygulanmaktadır. Bunlar Beta ışıması tespiti ve hızlandırılmış kütle spektrometresi (AMS) yöntemleridir. Beta ışıması sayımı, belli bir zaman periyodunda 14C atomlarından β ışımasının tespit edilmesini gerektirmektedir. Bunun için iki yol bulunur. 1- numune karbon dioksit, etilen ya da metan gazına dönüştürülür. İçinde yüklenmiş kablo bulunan bir hazne içine enjekte edilir ve β ışımaları tespit edilir. 2- numune organik kimyasal bir bileşen olan benzen (C6H6)’e dönüştürülür ve içine şintilan (ör. fosforik madde) eklenir. Her β parçacığı ışıması bir ışık sinyalini uyarır ve bu sinyal fotoelektriksel olarak belirlenir.

32. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 KARBON-14 Kütle spektrometreleri belli elementlerin atomlarını kütle ağırlıklarına göre tespit eden bir cihazdır. Klasik kütle spektrometreleri 14C ve 14N gibi benzer ağırlıklara sahip molekülleri birbirinden ayıramaz. Ancak parçacıkların hızlandırılmasıyla küçük 14C sinyalleri diğer izotoplarınkilerden ayrılabilir. Bununla birlikte kütle spektrometreleriyle 14C atomlarının kesin sayısı ölçülemez. 14C atomlarının bolluğu çok az olup bunların toplam miktarını ölçmek çok zordur. Hızlandırılmış kütle spektrometreleri 14C’ün duraylı diğer karbon izotoplarına (13C ya da 12C) oranını belirler ve böylece 14C miktarı ve dolayısıyla yaş, bu oranın bilinen standartlarla kıyaslanmasıyla elde edilir. Hızlandırıcı Kütle Spektrometresi (AMS). http://cams.llnl.gov/cams_intro.html (1980’li yıllar)

33. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Karbon-14 atomlarının tespitini izah eden bir tandem hızlandırıcısının şematik diyagramı ( açıklamalar Bowman, 1990’a göredir) Hızlandırmanın iki ayrı fazını gerektiren ve en çok kullanılan sistem bir tandem hızlandırıcısıdır. Numuneler grafite dönüştürülür ve metal disk üzerine yerleştirilir. Sezyum (Cs+) iyonları bu hedefte ateşlenir ve üretilen negatif yüklü karbon atomları (C-) pozitif terminale doğru hızlandırılır. Ayırıcı boyunca geçiş esnasında C iyonları elektronunu kaybeder ve 3 değerlikli pozitif yükler (C3+ ya da eğer beş elektron ayrıldıysa C4+) olarak zuhur ederler. Pozitif terminalden geri tepme mıknatıslar tarafından odaklanmış karbon iyonlarının bir ikinci kez hızlandırılmasına yol açar ve orada ağılıklarına göre sapma oluşturulur. Bu süreçte 13C (bazen 12C) duraylı izotopunun sinyali Faraday kapları kullanılarak ölçülürken 14C sinyalleri iyon detektörü tarafından toplanır. Radyokarbon yaşları, örnek maddenin 14C ve 13C ya da 14C oranları ve aynı set içinde yaşı bilinen örneğinkilerle de kıyaslanarak elde edilir.

34. Hızlandırıcı kütle spektrometrelerinin β ışıması sayımına göre en önemli avantajları; Çok az miktarda örnek gerekliliği(1-2 gram örnek yerine 1mg örnek. Bu sayede tek bir tohum tanesi, bir yaprak ya da polen taneleri rahatlıkla tarihlendirilebilmektedir. Mensing ve Southon, 1999; Vandergroes ve Prior, 2003) Analiz hızı ve verimliliğidir (günler haftalar yerine saatler içinde ve bir seferde 50 örnek analiz edilebilmektedir).

35. Radyokarbon tarihlendirmeleri için beş temel kabul bulunmaktadır; 1- Küresel karbon rezervuarının bütün bölümlerinde (atmosfer, biyosfer, tatlı ve tuzlu sular) 14C/12C oranı geçen zaman içerisinde sabit kalmıştır. 2- 14C tamamen ve hızlı bir şekilde küresel karbon rezervuarında karışmıştır. 3- Bir organizmanın ölümünden sonra bozuşan 14C dışında, farklı karbon izotopları (ör. 13C, 12C) arasındaki oranlar değişmemiştir. *4- 14C’ün yarılanma ömrü kesin olarak bilinmektedir. *5- 14C’ün doğal düzeyi doğruluk ve kesinlik kavramları içinde isabetli bir şekilde ölçülebilmektedir (Taylor 2001).

36. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Kirlenme: analiz edilecek örneğe yaşlı ya da genç karbon ilavesidir.Kirlenme sahada örnekleme yapılmadan önce olmuş olabilir. Turba ya da toprak kesitlerinde köklerin ya da genç hümik asitlerin aşağıya doğru sızmaları yaşlı tabakalar içine daha genç materyalleri katabilir. Benzer şekilde göl ve göletlerde göl yatağındaki organizmaların neden olduğu biyolojik karışma daha genç sedimanların aşağıya doğru hareket etmesine ve sediman dizisinin bozulmasına neden olabilir. Çok az bir miktarda kirletici olsa dahi tarihlendirmelerde ciddi hatalar oluşabilmektedir. Örneğin, %1 modern karbonun ilavesi ile 17.000 yıllık bir örnekte yaş 600 yıl azalabilecektir. Aynı oranda 34.000 yıllık bir örnekte ise hata 4.000 yıl olmaktadır (Aitken, 1990). Kirlenme yaşlı karbonların sisteme katılmasıyla da olabilmektedir. Bu durum özellikle göl sedimanlarının tarihlendirmelerinde problem oluşturmaktadır. Özellikle eğimli havzalardan ya da temelden göl içine yıkanan karbon, göl çamurlarından radyokarbon tarihlendirmelerinde daha yaşlı sonuçlar verebilmektedir. Kirlenme örneklerin saklanması esnasında olabilmektedir. Örneğin numunenin saklanması sürecinde numunede gelişebilecek mantar, toz ve deri gibi kirleticilerin numuneye bulaşması hatalı sonuçlar verebilecektir.

37. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Radyokarbon laboratuvarları bu tip kirleticileri bertaraf etmek için fiziksel ve kimyasal ön işlemler yapmaktadırlar. Numuneler yıkanır ve sıcak asitlerle muamele edilerek daha yaşlı karbonatların çözülmesi sağlanır. Alkali çözeltiler ile örneği kaplayan genç hümik asitler numuneden uzaklaştırılır. Radyokarbon tarihlendirmelerinde 14C üretiminin uzun süreli değişimi. Radyokarbon tekniğinin en temel kabullerinden birisi 14C düzeyinin zaman içinde değişmediğidir. Bilim insanları dentrokronoloji tarihlendirmeleriyle radyokarbon tarihlendirmeleri arasında uyumsuzluk bulmuşlar ve radyokarbon yaşlarının dentrokronoloji tarihlendirmelerine göre daha genç olduğunu belirlemişlerdir (Renfrew, 1973). Bu uyumsuzluğun nedeni olarak atmosferdeki 14C aktivitesinin değişimi gösterilmiştir. Ayrıca dentrokronoloji ve radyokarbon tarihlendirme serileri arasındaki kıyaslama atmosferik karbon-14 aktivitesinin zaman içerisinde dalgalandığını göstermiştir. Bu dalgalanış gelişigüzel değil aşağı yukarı peryodik bir tarzda birbirini izleyen 208’den 2300 yılına kadar olan dönemlerde olmuştur (Sonnett ve Finney, 1990). Atmosferik karbon-14’deki değişimler yerin manyetik alanı ya da güneş aktivitesinin yoğunluğundaki değişimlerden kaynaklandığı düşünülmektedir (Stuiver ve diğ., 1991).

38. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Manyetik alan yoğunluğundaki azalma yer’in jeomanyetik zırhını zayıflatabilir ve atmosfere giren kozmik ışınların miktarını arttırabilmektedir ki bunlar orantı içinde 14C oluşumunu arttıracaktır (Mazeaud ve diğ.1992). Benzer şekilde güneş aktivitesinde azalma, bilhassa güneş rüzgarının gücünde azalma kozmik ışınların atmosfere girebilmesine ve 14C oluşumunda artışa yol açabilmektedir (Van Geel ve diğ. 2003). Alternatif hipotez okyanus döngüsündeki değişimler veya derin deniz sularının izlediği yörüngedeki değişimler olarak düşünülmektedir. Bunlar atmosfere salınan okyanusal CO2’in artışına ya da azalışına yol açarlar ve bu 14CO2’in seviyesini arttırmaya ya da azaltmaya neden olabilir (Goslar ve diğ. 1995). İnsan faktörü: Fosil yakıtlar yüzünden 250 yıldan daha fazla bir süredir atmosfere büyük miktarda 12C salınmıştır (Houghton ve diğ. 2001). Dolayısıyla bu durum 14C seviyesini oransal olarak seyreltmiştir. Son elli yılda bu endüstriyel etkiler bir ölçüde termonükleer aletlerin artışıyla 1960 yılında 14C içeriğinde çift kat artış yapmıştır. Kısmen bu sebeplerle ve kısmende güncel doğal 14C değişimleri nedeniyle en genç radyokarbon zaman cetveli genellikle yaklaşık 300 yıl önceden başlatılır (Taylor, 2001).

39. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 KARBON-14 Genel uygulama alanları: Yer, Çevre ve Arkeoloji bilimlerinde Yöntemin uygulandığı başlıca maddeler; bitki fosilleri, turba, organik göl çamuru, denizel mikrofauna ve mikroflora ve daha az oranda deniz kabuğu ve kemiklerdir (Walker 2005). Yaş aralığı: kabaca 50.000 yıla kadar olup günümüzde AMS yöntemiyle 1mg örnek analiz için yeterlidir.

40. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 KARBON-14 Tarihlendirmelerde BP (Before present) simgesi geçer. Günümüz 1950 olarak hesaba katılmaktadır (Van der Plicht, 2002). Örneğin, bir numunenin radyokarbon yaşı 2012 yılında 3700 yıl olarak ölçülürse; 2012 – 1950 = 62 yıl elde edilen yaştan çıkartılmalıdır (3700 – 62 = 3638 BP). Elde edilen tarih, İSA’nın doğumu ile ilgili takvim yılına adapte edilirse; 3638’den 1950 çıkarılarak numunenin tarihsel yaşı olan M.Ö 1688 elde edilmiş olur.

41. URANYUM SERİLERİ TARİHLENDİRMELERİ 238U = 4.5 Milyar yıl 234U = 248 bin yıl 230Th = 76 bin yıl 235U = 700 Milyon yıl 231Pa = 33 bin yıl Kuvaterner tarihlendirmelerinde 230Th/234U, 231Pa/235U, 234U/238U yavru/ebeveyn çiftleri kullanılır. Ayrıca 231Pa/230Th oranıda tahimin yaş için kullanılır.

42. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 238U ve 235U’in yarılanma ömürleri yavru izotoplarına göre oldukça fazladır. Bunun anlamı ebeveyn atomların sayısı, yavru izotopların bir kaç kez yarılanma süreleri boyunca esasen sabit kalacağıdır. Diğer bir deyişle, eğer sistem kapalı kalırsa, denge durumuna ulaşılmış olacaktır. Ancak, eğer sistem kapalı değilse ve yavru izotoplar kaçabiliyorsa, o zaman, bozuşma zincirinde bir bozulma olacak ve çekirdekler arasında dengesizlik durumu olacaktır. (Smart, 1991) Doğal sistemlerde, bozuşma zincirinde daha uzun ömürlü izotoplar arasında dengesizlik farklışekillerde ortaya çıkar. Örneğin çeşitli elementler arasında kimyasal farklılıklar hidrosferde depolanma, taşınma ve alterasyon esnasında ayrımlaşmayla sonuçlanabiliyorken radon gazı özellikle gözenekli kayaçlarda difüzyon yoluyla sistemden kaçabilir. İzotop göçü durur durmazsistem tekrar denge durumuna dönüşür (Smart 1991). Bazı bozuşma ürünlerinin sistemden çıkması ve bozuşma zincirinin kesikliğe uğramasına dayalı tarihlendirme U-serileri dengesizlik tarihlendirmesi olarak bilinir.

43. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Biyojenik kökenli olan/olmayan karbonatlar doğal sulardan çökelirler ve göreceli olarak önemli miktarda Uranyum içerirlerken ihmal edilebilir miktarda Th ve Pa içerirler. Bu durum Uranyum serileri tarihlendirmeleri için ideal bir durumdur. Doğal sularda Uranyum, yakın yavru çekirdeklerinden farklı jeokimyasal özellikleri nedeniyle fraksiyonlaşır. Uranyum serisi bozuşma serisinde dengesizliğin kullanılabildiği iki yol bulunmaktadır. Bunlar ‘Eksik yavru yöntemi’ ve ‘Aşırı yavru yöntemi’. Eksik yavru yönteminde yavru çekirdek başlangıçta mevcut değildir ve denge durumu sağlanana kadar zamanla artar. En önemli EYY 230Th/234U oranlarına göre olanıdır. Bu yöntem uranyumun çözünür, buna karşılık yavru ürünlerin (230Th) çözünür olmaması esasına dayanır.

44. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Toryum ve Protaktiniyum’un partiküller tarafında absorbe edilme eğilimleri ve çözeltiden uzaklaştırılmaları oldukça yüksektir. Böylece 230Th ve 231Pa okyanusların tabanında artma eğilimindedir. Yumuşakçalar ve mercanlar gibi organizmalar okyanus suyundan salgılanan karbonat ile kabuklarını inşaa ederlerve çözünmüş uranyumu bünyelerine alırlar. Toryumintikali çok az ya da hiç olmayacaktır. 230Th, ebeveyn izotop 234U ile tekrar denge haline gelinceye kadar gelişecektir. 235U bozuşma serilerinde, protaktinium’un çözünmez oluşu nedeniyle, 231Pa/235U oranı benzer şekilde yaş belirleyici olarak kullanılabilmektedir. Aşırı yavru yöntemi: Örneğin, bir su kolonunda uranyumun bozuşumu, göllerin ve denizin tabanında birikecek olan 230Th ve 231Pa yavru çekirdeklerinin çökelimiyle sonuçlanacaktır. Biriken sedimanlar 230Th ve 231Pa içereceklerdir ancak uranyum yönünden eksik olacaktır. Böylece göl ya da okyanus tabanı sedimanların yaşı 230Th ve 231Pa’un ölçülmesiyle belirlenebilir. Bu izotoplar sediman kesiti boyunca bozuşmuşlardır.

45. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Resifal mercanların tairhlendirilmesi, hem 14C yönteminin kalibrasyon aralığının genişletilmesini, hem de Kuvaterner deniz seviyesi değişimlerinin tespit edilmesini sağlamaktadır. Ancak mercanların gözenekli ve hassas yapısı, U-Th tarihlendir- melerinde şüphe oluşturabilmektedir. Kısmi çözülme, yeniden kristallenme, ikincil çimentolanma süreçleri uranyum ve toryumum sisteme girmesi veya kaçması ile sonuçlanabilir (açık sistem davranışı). Açık-sistem davranışını test edebilmek için; ilksel 234U/238U oranlarını mercandan ölçülen 234U/238U oranı ve yaşından hesaplamak gerekir. Ayrıca 231Pa/235U oranı da kontrol amaçlı kullanılabilmektedir. Düzeltmeler uyumluluk diyagramları (231Pa/235U - 230Th/234U, 234U/238U - 230Th/238U) kullanılarak yapılabilmektedir. U/Pa (231Pa) tarihlendirmesi 10 yıl ile 250.000 yıl arası tarihlendirmelerde kullanılabilmektedir. (Edwards et al. 1997).

46. Karbonatça zengin mağara çökelleri (ör. sarkıt ve dikitler) U-serileri tarihlendirmelerinde yaygınca kullanılmaktadır. http://www.desertusa.com/mag99/feb/papr/speleothems.html

47. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Mağara çökelleri yer altı sularından beslendikleri için sularda önemli miktarda çözünmüş uranyum ve ihmal edilebilecek miktarda toryum içerirler. Bu malzemelerin tarihlendirilmesi geçmişteki çevre koşullarının ya da küresel iklim değişimlerinin anlaşılması yönünden önemlidir. Ayrıca deniz seviyesi değişimleri, deprem tarihçesinin anlaşılması ve arkeolojik kalıntıların tarihlendirilmesinde kullanılmaktadır. U-serisi tarihlendirmeleri için en iyi örnekler yoğun, sütünsal ve altere olmamış kalsit örnekleridir. Sarkıt ve dikitler ideal örneklerdir. Mercanlar gibi gözenekli yapıda değillerdir.

48. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 238U 230Th İdeal bir örneğin uranyum içermesi buna karşılık ilksel 230Th’un olmaması gerekir. Ancak ilksel 230Th su içinde mevcut kırıntılı partiküllerden gelebilir. Bu durumda ilksel 230Th, Toryum’un diğer bir izotopu olan 232Th’nin ölçülmesi ile belirlenebilmektedir. Yani ilksel 230Th için düzeltmeler 230Th/232Th oranın bilinen değeri ile yapılır. http://highlyallochthonous.blogspot.com/2007_01_01_ archive.html Teorik olarak U-Th (230Th) tarihlendirmesi 3 yıl ile 600.000 yıl arası tarihlendirmelerde kullanılabilir (Edwards ve diğ. 1997). (Uranyum miktarı 0.1 ppm’den fazla olmalı) Bir sarkıtın enine kesiti ve gelişen halkaların görünümü. LA-MC-ICP-MS uranyum-serisi tarihlendirilmesi yöntemiyle tarihlendirilmiştir.

49. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Uranyum serileri tarihlendirmelerinde örnekleme ve laboratuar ölçümlerinden kaynaklanan hatalar dışında potansiyel iki temel problem vardır. Bunlardan ilkinde, ölçümü yapılan örneklerde yavru izotopların tamamının radyojenik kökenli olduğu varsayımıdır. Bir başka anlatımla, örneğin bir sarkıtın 230Th miktarı kristal oluşumu esnasında sıfırdır ve böylece, ölçülen 234U/230Th aktivite oranı 230Th’un radyoaktif bozuşma olaylarıyla tekrar gözlenmesini yansıtmaktadır. Ancak durum kırıntılı maddeler (ör. toz, suyla taşınan kil, silt) tarafından kirletilen karbonatlı örneklerde böyle olmayabilir. Bu kirleticiler yavru çekirdekler içerebilirler. Bu türlü kirlenme tarihlendirmenin olduğundan daha fazla olmasıyla sonuçlanır. Diğer taraftan bu kirleticiler 234U ve 238U izotoplarını da taşıyabilirler. Bu durumda da eğer düzeltme yapılamaz ise, tarihlendirme olması gerekenden daha genç olacaktır. Kirlenme numunede mevcut olan ancak Uranyum’un bozuşma zincirinde rol oynamayan 232Th’nin aktivitesinin ölçülmesiyle düzeltilebilir. Bu izotop kirleticilerin bünyesinde mevcut olup saf kalsitte bulunmaz, böylece 232Th/230Th oranı düzeltmelerde, 230Th’un kırıntılı maddelerden ilavesini tespit edebilmek için kullanılabilmektedir.

50. KUVATERNER BİLİMİ ‘LİSANS ÜSTÜ YAZ OKULU’ 18-23 HAZİRAN 2012 Diğer durum ise çökelmeden itibaren çekirdek kaybı ya da kazanımının olmadığı farzedilir. Diğer bir deyişle ebeveyn-yavru izotop oranı temel bir şekilde radyoaktif bozuşma süreçlerinin bir fonksiyonudur. Kemik örnekleri bu açıdan problem oluşturabilecek örneklerdendir çünkü çökelme ya da gömülme sonrası kemikler uranyum almaya devam edebilirler, dolayısıyla modellemelerle düzeltme yapılması gerekmektedir (Millard & Hedges 1995; 1996; Pike ve diğ. 2002).