Skip to main content
תערוכות

וילארד פרנק ליבי

Libby Willard Frank - נולד: 1908; נפטר: 1980 (אמריקני)

המבול הגדול

עם תום המילניום, אנחנו מרבים לחשוב על הנושא של תיארוך העבר. אנתרופולוגים, ובמיוחד ארכיאולוגים, משקיעים מאמצים רבים בתיארוך שלדים, מבנים או מאורעות כאלה ואחרים. בעיתוני סוף נובמבר, למשל, דווח שמדענים מאשרים את קיומו של מבול גדול שהתרחש לפני אלפי שנים באזור תורכיה, ושאולי אפשר לזהותו עם המבול התנ"כי המפורסם. בתוך שנים אחדות עלה גובה פני המים בים השחור ב-170 מטרים! המאורע הקטסטרופי הזה היה תוצאה של עלייה בגובה פני המים באוקיינוסים ברחבי תבל, ועלייה זו עצמה היתה תוצאה של התמוססות הקרחונים העצומים שכיסו את היבשות הצפוניות בעידן הקרח הגדול האחרון. עד אז היה הים השחור מנותק ממקווי מים אחרים, אבל אז חדרו לתוכו מי ים דרך מיצרי הבוספורוס (שבטורקיה), ומילאו אותו עד שהגיע לרמת פני המים של שאר הימים והאוקיינוסים בעולם. יש להניח שבשיאו, היה המפל האדיר שהזרים את המים לים השחור מדהים למראה, עולה בהרבה על נפח מפלי הניאגרה! (זרם גדול עוד יותר עבר במיצר גיברלטר כמה אלפי שנים קודם לכן, כשהאוקיינוס האטלנטי פרץ דרך המיצר לתוך הים התיכון).

המאורע האדיר הזה מתוארך כיום ללפני 7,600 שנה בקירוב. איך אנחנו יכולים לדעת בבטחון יחסי את התאריך הזה? בדו"ח שהתפרסם לאחרונה סופר כי האיש שגילה בשעתו את שרידי הטיטאניק מצא קו-חוף חדש בעומק 170 מטרים מתחת לפני המים הנוכחיים שמול החוף הצפוני של טורקיה. מימצא זה תואם בדיוק את הניבוי של התומכים המקוריים של תיאוריית המבול, שפורסמה כבר לפני שמונה שנים. והאיש הזה, מגלה הטיטאניק וקו-החוף הטורקי החדש-ישן, הצליח לתארך צדפים שמצא לאורך קו-החוף הזה לתקופה שלפני 7,600 שנה. את האפשרות לתיארוך כזה אנחנו חבים לווילארד ליבי.

תיארוך באמצעות פחמן רדיואקטיבי

חומר רדיואקטיבי הוא חומר שגרעיני האטום שלו משתנים ספונטנית והופכים לגרעינים אחרים על ידי פליטת חלקלקים. התהליך הוא סטטיסטי או אקראי, כלומר - אין שום דרך לצפות מראש מתי "ידעך" חומר מסויים. קצב הדעיכה הוא אופייני לחומר, ואחת הדרכים להביעו הוא דרך המושג "זמן מחצית החיים" של החומר. זה הזמן שבו תידעך מחצית מן הגרעינים בכל מידגם נתון. זמן מחצית-החיים תלוי ביציבות הגרעין: ככל שהגרעין פחות יציב. מחצית-החיים שלו יותר קצרה. ולמה מחצית החיים ולא חיים שלמים? משום שלמעשה החומר לא נגמר לעולם. ככל שכמותו פוחתת, כך פוחת קצב התפרקותו. מחצית החומר תתפרק בזמן המחצית הראשון. בזמן המחצית הבא תתפרק מחצית מן המחצית שנשארה (כלומר רק רבע מהכמות הראשונית). בזמן המחצית שאחריו תתפרק רק שמינית (חצי של חצי של חצי), וכך הלאה. זמן החיים המלא לא יגמר לעולם. נוח יותר להתיחס לזמן מחצית החיים.

למשל: לגרעין הנקרא פחמן 14, וסימנו C14 (פירוש המספר 14 כאן הוא שהגרעין בנוי בסך הכל מ-14 נויטרונים ופרוטונים, או ליתר פירוט 6 פרוטונים ו-8 נויטרונים), יש מחצית-חיים שאורכה 5,730 שנה. הגרעינים האלה פולטים חלקיקי "בתא" שהם למעשה אלקטרונים (אלה אינם האלקטרונים שחגים מסביב לגרעין באטום השלם אלא חלקיקים שנפלטים מתוך הגרעין. אלקטרונים אלה נוצרים כתוצאה מהפיכת נוטרון בגרעין C14 לפרוטון וכך מתקבל גרעין חנקן N14 שבו 7 פרוטונים ו-7 נויטרונים). הגרעינים הופכים לגרעינים יציבים של N14. אם נתחיל באלף אטומים של C14, כ-500 יהפכו ל-N14 כעבור 5,370 שנה. עוד 250 כעבור עוד 5,730 שנה וכו'. אם יודעים כמה גרעיני C14 היו באוביקט מסוים כשנוצר וכמה יש בו עכשיו, אפשר לחשב ישירות לפני כמה זמן נוצר הפריט שבו מדובר.

סופרים חלקיקים

ב-1928 פיתח הנס גייגר (Geiger) אמצעי לגילוי וספירה של החלקיקים הנפלטים מגרעינים רדיואקטיביים שידוע בשם "מונה גייגר". בשנות הארבעים של המאה לא היה איפוא כל קושי לספור את חלקיקי הבתא שמשחרר ה-C14 המצוי בפריט כלשהו, ולכן לא היה קושי לחשב גם את המספר הנוכחי של גרעיני C14 באותו אוביקט. התובנה הגדולה של ווילארד ליבי התבטאה בהבנה שאפשר לקבוע גם את מספר גרעיני ה-C14 שהיו באוביקט בזמן היווצרותו. על פי היחס שבין שני המספרים האלה, אפשר לחשב את גיל האוביקט. אם כך, איך אפשר לדעת את מספר גרעיני ה-C14 שהיו בחפץ במקור?
האוויר שאנחנו נושמים מכיל אחוז קטן של CO2 (פחמן דו חמצני). רוב הפחמן הוא C12 יציב (6 פרוטונים ו-6 הנויטרונים בגרעין), אבל חלק קטן מאוד ממנו הוא C14. החומר הזה, שמחצית-חייו היא כמה אלפי שנים, היה צריך להיעלם כמעט כליל אחרי כמה עשרות אלפי שנים. אם כך מה מקורו של ה-C14 הקיים? בשנת 1947 גילו לראשונה שהפחמן הזה מיוצר ללא הפסקה כתוצאה מהתנגשויות של קרניים קוסמיות עם גרעינים של חנקן אטמוספרי. מכיוון שגם כמות החנקן האטמוספרי וגם העוצמה של הקרניים הקוסמיות הם קבועים ובלתי משתנים זה עידן ועידנים, הרי הריכוז של ה-C14 גם הוא קבוע זה עידן ועידנים. האיזוטופ פחמן 14 שהוא רדיו-אקטיבי, מתחבר עם חמצן לפחמן דו-חמצני CO2 וזה נכנס למערכת ולכל חומר חי. צמחים מקבלים את הפחמן המהווה חלק גדול מן ההרכב הכימי שלהם על ידי קליטה של פחמן דו-חמצני מן האטמוספרה. לכן כשצמח גדל, החלק היחסי של הפחמן הדו-חמצני בו הוא זה שבאטמוספרה. אבל אחרי שהצמח מת, או נאכל בידי חיה, לא ממשיך להתווסף לו עוד C14, כך שתכולת ה-C14 של מאובנים- צמחים, עצמות חיה או צדפים - יורדת בהתמדה, ואם משווים את החלק היחסי של ה-C14 היום לזה שבאטמוספרה, אפשר לדעת מתי החפץ נוצר או נברא.

כלי מעולה

פירוש הדבר הוא שבעיקרון, אפשר לדעת מתי כל עצם, צמח או צדף "נוצר". הטכניקה ממש מעולה. היא נמצאת בשימוש נרחב ביותר מאז הומצאה, ובין היתר השתמשו בה לאישור התיארוך של מגילות מדבר יהודה ולזיהוי זיופים. לשיטה הזאת יש כמובן גם המגבלות שלה. באובייקטים שגילם אינו מגיע לכמה מאות שנים, השינויים בתכולת ה-C14 כה קטנים, שהשיטה אינה מסוגלת לתת תאריך מדויק. וגם להפך: בפריטים שגילם עולה על 50,000 שנה, שרידי ה-C14 כה קטנים, שאי אפשר למדוד אותם. אבל לתיארוך הצדפים שנמצאו בחוף העתיק של הים השחור - זאת היתה שיטה אידיאלית.

חיים מלאים

בנוסף על עבודתו המדעית, היתה לוילארד ליבי קריירה עשירה של פעילויות בשירות הציבורי - הוא עמד, למשל, בראש תוכנית ה"אטומים למען השלום" של הנשיא אייזנהאואר. אך הוא ייזכר בעיקר בזכות ההמצאה של תיארוך באמצעות פחמן רדיואקטיבי, דוגמא מזהירה למדע בשירות החברה.

נוצר בתאריך: 15/08/08
עודכן בתאריך: 06/04/11