Penentuan Usia Fosil

Hai, ketemu lagi sama saya di blog ini. Kali ini saya akan membahas tentang penentuan usia fosil. Tentu sebagian dari kita pasti bertanya-tanya bagaimana sih para ilmuan bisa mengklaim suatu fosil memiliki usia sekian juta tahun. Nggak mungkin kan kalau mereka seenaknya aja milih angka acak sebagai usia si fosil? So, pasti ada teknik-teknik khusus yang digunakan para ilmuan untuk mengetahui usia fosil tertentu apalagi mengingat banyaknya penipu didunia yang mengklaim menemukan fosil padahal yang mereka temukan cuma tulang sapi saja. Nggak elit dong kalo ilmuan ketipu sama tulang sapi?

Kalo gitu “let’s start our lesson today”. Sok banget yah, pake bahasa inggris padahal nilai bahasa inggris pres menuju angka merah.  Ok, sebenarnya ada dua cara bagi para ilmuan untuk menentukan usia fosil yaitu metode stratigrafi, dan metode radiometric dating. Tapi, kali ini saya khusus membahas radiometric dating saja. Kenapa? Soalnya metode ini merupakan metode yang sangat umum digunakan oleh arkeolog untuk menentukan usia fosil.

Metode radiometric dating ini pada intinya adalah menghitung perbandingan unsur tertentu pada specimen fosil untuk kemudian dibandingkan dengan kandungan unsur yang sama pada atmosfir dengan prinsip waktu paruh peluruhan atom. Dari semua jenis radiometric dating ini, yang akan saya bahas adalah pendekatan unsur karbon atau lebih ngetren dengan istilah carbon dating atau C-14 dating.

Kalian masih ingat pelajaran SMA tentang isotop? Ya, udah kalau enggak biar saya jelasin. Jenis  dan sifat dasar unsur itu ditentukan sama jumlah proton di dalem inti atom. Kalau proton di atom ada satu, namanya Hidrogen. Kalau ada dua, namanya Helium. Dan seterusnya bisa kita liat di tabel periodik.

Nah, coba kita liat salah satu unsur, yang paling simpel aja, Hidrogen. Hidrogen itu kan atom apapun yang  punya satu proton. Tapi kan komponen atom kan ngga cuma proton. Ada neutron dan elektron. Nah, elektron dalam keadaan dasar jumlahnya pasti sama dengan proton, dan kalau berubah bakal membuat atom tersebut jadi ion. Tapi masalahnya jumlah neutron itu berbeda-beda. Contohnya, H-1 (Hidrogen-1) punya satu proton dan nol neutron. H-2 punya satu proton satu neutron, dan H-3 punya satu proton dan dua neutron. H-1, H-2 dan H-3 adalah isotop dari Hidrogen. Nama kerennya H-2 disebut Deuterium dan H-3 disebut Tritium. Mereka sama-sama punya satu proton, tapi jumlah neutronnya berbeda.
Angka setelah nama unsur itu nunjukin jumlah proton dan neutron, yang bakal mempengaruhi beberapa sifat unsur itu. Sifat pertama yang berubah, adalah massa-nya, yang kedua adalah sifat radioaktivitas. Radioaktivitas atau peluruhan adalah reaksi yang terjadi pada inti atom itu sendiri karena sifat inti atom yang ngga stabil. Kita bisa liat di grafik di bawah, reaksi ini terjadi kalau perbandingan jumlah proton dan neutron ngga begitu seimbang.

Pada atom-atom radioaktif ini, terjadi peluruhan alias emisi partikel yang jenisnya tergantung sama jumlah proton dan neutronnya. Kalau protonnya lebih tinggi, biasanya yang dikeluarkan adalah partikel bermuatan positif seperti partikel alfa (α), positron (b⁺) atau proton (p). Sebaliknya, kalau neutronnya lebih tinggi, yang dikeluarkan adalah yang negatif (b^-) atau netral (n). Jenis-jenis peluruhan ini ngga gue bahas menyeluruh di sini, tapi yang penting adalah konsep "waktu paruh" (half-life). Konsep "waktu paruh" inilah yang menjadi kunci para ilmuwan untuk mengungkap pertanyaan "berapa tahun umur fosil ini?". Wah, apaan tuh konsep waktu paruh? Bener-bener lupa pelajaran SMA ya? Atau memang belum sampai SMA? Wah harus jelasin lagi nih.
Half-life atau waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan untuk sejumlah atom radioaktif meluruh setengahnya. Misalnya, Terbium-148 adalah atom radioaktif yang mengeluarkan partikel b⁺ dan menjadi Gadolinium-148, reaksi lengkapnya:
Waktu paruh dari Tb-148 adalah exactly satu jam. Apa artinya? Kalau kita punya 100 atom Tb-148 sekarang, satu jam lagi kita akan hanya punya setengahnya, alias 50 atom. Satu jam kemudian alias dua jam dari sekarang, sisanya tinggal 25 atom. Intinya, jumlah dari atom radioaktif akan berkurang setengah setiap satu satuan waktu paruh. Di bawah ini contoh animasi dari detik 0 sampai 4 kali waktu paruh, di mana jumlah partikel udah berkurang jadi (0.5)⁴ alias seperenambelasnya.

Nah konsep waktu paruh itulah yang kita aplikasikan pada karbon untuk mengetahui umur fosil. Kenapa karbon yang jadi tolak ukur? Soalnya gini, karbon sendiri punya 15 isotop, mulai dari C-8 sampe C-22. Kebanyakan dari isotop karbon ini sangat nggak stabil, alias waktu paruhnya cepet banget. Tapi, ada satu isotop yang lumayan panjang waktu paruhnya, yaitu C-14 dengan waktu paruh 5.730 tahun. C-14 ini terbentuk di atmosfer, dari N-14 yang bereaksi dengan cosmic ray atau radiasi dari luar tata surya.
Sementara itu, fosil yang jadi sampel kita biasanya berupa makhluk organik pada masa lampau, entah itu tanaman atau hewan. Tanaman menggunakan CO₂ ini untuk proses fotosintesis, sehingga C-14 tadi masuk ke tanaman, dan juga ke hewan yang memakan tanaman, lalu hewan karnivora yang makan hewan herbivora. Karena semua makhluk hidup berhubungan langsung dengan atmosfer dalam siklus karbon, kadar C-14 di tubuh makhluk hidup akan hampir sama dengan yang di atmosfer, yaitu 10^-12. Tapi, waktu makhluk itu mati, dia langsung terputus dari siklus karbon dengan atmosfer. Dari moment inilah kita bisa menghitung waktu yang dilewati fosil tersebut setelah mati berdasarkan perbandingan waktu paruh dari kadar karbon C-14 dengan kadar C-14 yang ada di atmosfer saat ini.
Ketika makhluk hidup mati, tanaman ngga berfotosintesis lagi, yang herbivor ngga makan tanaman berisi C-14 lagi, yang karnivor ngga makan hewan berisi C-14 lagi. Nah, C-14 yang tersisa di sisa tanaman atau hewan tersebut bakal mulai menghilang karena peluruhan tadi, dan kadar C-14 di sisa tersebut mulai berkurang.
Nah singet-inget lagi nih rumus fisika kelas 12 bahwa ,umur fosil bisa kita hitung dengan persamaan berikut ini:

• t = waktu yang udah lewat setelah organisme ini mati
• T = waktu paruh C-14, alias 5.730 tahun
• N₀ = kadar C-14 atmosfer sekarang
• N(t) = kadar C-14 pada sampel

Kalau misalnya kadar C-14 atmosfer sekarang itu 10^-12, dan ada sampel fosil pohon yang kadar C-14 nya tinggal 10^-14, umurnya berarti:

Dari perhitungan di atas kita bisa mengambil kesimpulan bahwa sampel fosil pohon tersebut berumur 38.070 tahun sebelum sekarang atau tahun 36.055 sebelum Masehi! Nah, sekarang lo ngerti kan kenapa para ilmuwan berani ngomong bahwa fosil A umurnya 2.000 tahun, fosil B umurnya 10.000 tahun, fosil C umurnya 30.000 tahun? yang jelas sih para ilmuwan ini gak cuma asal-asalan main tebak-tebakan yah. Ada metode yang konkrit, ada tolak ukur yang jelas, dan ada indikator yang cukup presisi untuk mendapatkan kesimpulan yang seakurat mungkin!
Untuk metode ini sebetulnya tidak selalu berpatokan pada karbon, ada banyak bahan kimia lain yang menjadi indikator karena unsur C-14 ini memiliki 'keterbatasan' tersendiri yaitu batas umur sampel fosil dan perubahan kadar C-14 di atmosfer yang kerap berubah karena ulah manusia. Pertama, umur fosil yang sudah amat sangat tua, menyebabkan kadar C-14 nya menjadi sangat kecil (makin banyak waktu yang dilewatin untuk meluruh), sehingga ada batasan umur fosil yang bisa dianalisa dengan memakai metode carbon dating ini. Biasanya, batas itu adalah 50.000 tahun, yang artinya fosil yang lebih tua dari 50.000 tahun akan kurang akurat kalau dianalisa pake carbon dating ini. Terkecuali dalam beberapa kasus khusus dimana sample yang ditemukan sangat istimewa kondisinya.
Kedua, kadar C-14 di atmosfer kadang berubah secara drastis dikarenakan pembakaran bahan bakar fosil (yang ngga ada C-14nya) yang mengurangi kadar C-14 di atmosfer, dan sebaliknya tes nuklir yang dilakukan beberapa negara bikin kadar C-14 atmosfer naik dua kali lipat antara 1950 sampai 1963. Maka dari itu, kadar C-14 atmosfir tahun 1950 selalu jadi patokan kadar C-14 ‘sekarang’, dan angkanya selalu jadi referensi dalam penghitungan.
Nah, terus gimana ceritanya untuk fosil yang lebih tua dari 50.000 tahun? Untuk specimen fosil yang lebih tua dari 50.000 tahun, para peneliti menggunakan jenis unsur radioaktif lain yang biasa dipake untuk mengukur umur fosil yang sangat tua, contohnya K-40 yang meluruh jadi Ar-40 dengan paruh waktu 1,25 milyar tahun. Karena paruh waktunya yang puanjang banget ini, biasanya metode K-Ar dating dipakai untuk batu dan mineral yang usia absolutnya antara 200.000 sampai 5.000.000 tahun. Sementara itu untuk specimen yang berumur di atas 5 juta tahun seperti fosil dinosaurus yang berumur > 65 juta tahun, digunakan metode fission track dating yang menganalisa kandungan uranium di mineral lapisan (strata) tanah tempat fosil tsb ditemukan.

untuk lebih lengkapnya silahkan lihat ke:

https://www.zenius.net/blog/8469/metode-carbon-dating-stratigrafi-fosil