FISIKA INTI DALAM BIDANG ARKHEOLOGI JUNI
1
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas Rahmat dan Karunia-Nya
maka saya dapat menyelesaikan penyusunan Makalah yang berjudul ”Radioisotop Kosmogenik
Carbon-14 pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi”. Penyusunan Makalah ini merupakan
salah satu tugas dari Mata Kuliah Fisika Inti untuk menyelesaikan tugas mata kuliah Fisika Inti.
Dalam Penysunan Makalah ini, saya merasa masih banyak kekurangan-kekurangan baik dalam
teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang saya miliki. Untuk itu kritik
dan saran dari semua pihak kami harapkan demi penyempurnaan penyusunan Makalah ini.
Saya berharap agar Makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca guna menambah
wawasan tentang Fisika Inti mengenai Radioisotop Carbon-14 pada Penerapannya dalam Bidang
Arkehologi.
Samarinda, 24 Oktober 2015
Penyusun
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
2
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penemuan arkeologi di seantero dunia telah membantu para ilmuwan untuk meneliti kisah
evolusi manusia dan migrasi manusia. Bagian yang cukup penting adalah penelitian usia fosil dan
artefak. Apa yang membuat seorang arkeolog mampu menaksir umur fosil dinosaurus atau tulang
apapun yang ditemuinya? Serta bagaimana ilmuwan menentukan usia mereka ?
Suatu ketika arkeolog menemukan tulang belulang, sisa-sisa tanaman dan kotoran-kotoran
yang telah memfosil. DNA yang tersisa menunjukkan mereka berasal dari manusia tetapi tidak usia
mereka. Untuk itu, para ilmuwan melihat ke karbon yang terkandung dalam kotoran kuno tersebut.
Menurut definisi, setiap atom dari elemen tertentu memiliki sejumlah tertentu proton pada intinya.
Misalnya unsur karbon memiliki enam proton, tetapi jumlah neutron dalam inti dapat bervariasi.
Ini berbeda dengan bentuk elemen yang disebut isotop secara inheren bisa stabil atau tidak stabil.
Yang tidak stabil disebut isotop radioaktif, dan dari waktu ke waktu mereka akan membusuk,
membentuk partikel (neutron atau proton) dan energi (radiasi) karena itu berubah menjadi isotop
atau elemen lain. Mereka melakukan ini dengan laju yang konstan disebut isotop “setengah-hidup
(half life)”.
Oleh karena itu, Makalah “Penerapan Fisika Inti dalam Bidang Arkeologi” dibuat agar kita
dapat mengetahui usia tulang belulang, sisa-sisa tanaman dan kotoran-kotoran yang telah
memfosil dengan menggunakan metode Penanggalan Radiokarbon ( Mengukur usia hingga 14.300
tahun ) menggunakan unsur Radioisotop Karbon-14 (C-14).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
3
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
1.2 Tujuan Makalah
1. Mengetahui pentingnya unsur Radionuklida Kosmogenik 14-C
2. Mengetahui peluruhan Radionuklida Kosmogenik 14-C dalam jasad renik
1.3 Manfaat Makalah
1. Dapat mengetahui pentingnya unsur Radionuklida Kosmogenik 14-C
2. Mengetahui peluruhan Radionuklida Kosmogenik 14-C dalam jasad renik
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
4
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Radioisotop
Reaksi nuklir merupakan reaksi yang melibatkan inti dari suatu atom. Reaksi nuklir ada
yang terjadi secara spontan ataupun buatan. Reaksi nuklir spontan terjadi pada inti-inti atom yang
tidak stabil. Zat yang mengandung inti tidak stabil ini disebut zat radioaktif. Adapun reaksi nuklir
tidak spontan dapat terjadi pada inti yang stabil maupun inti yang tidak stabil. Reaksi nuklir
disertai perubahan energi berupa radiasi dan kalor. Berbagai jenis reaksi nuklir disertai
pembebasan kalor yang sangat dasyat, lebih besar dari suatu reaksi kimia biasa (Arma, 2004). unsur
yang secara alami bersifat radioaktif banyak terdapat di alam. Semua isotop yang bernomor atom
diatas 83 bersifat radioaktif. Unsur yang bernomor atom 83 atau kurang mempunyai isotop yang
stabil kecuali teknesium dan promesium. Isotop yang bersifat radioaktif disebut isotop radioaktif
atau radio isotop, yaitu isotop yang memancarkan radiasi (Siregar,2004). Sedangkan isotop yang
tidak radioaktif disebut isotop stabil. Dewasa ini, radioisotop dapat juga dibuat dari isotop stabil.
Jadi disamping radioisotop alami juga terdapat radioisotop buatan. Dua kegiatan utama dari
pemanfaatan tekhnologi nuklir khususnya mengenai radioisotop adalah pemanfaatan dalam
bidang energi dan pemanfaatan di luar energi. Pemanfaatan di luar energi misalnya pada reaktor
penelitian. Di dalam teras reaktor penelitian dapat digunakan untuk memproduksi radioisotop dan
melakukan berbagai penelitian dengan radiasi. Produksi radioisotop dengan proses aktivasi
dilakukan dengan cara menembaki isotop stabil dengan neutron di dalam teras reaktor. Proses ini
lazim disebut irradiasi neutron, sedang bahan yang disinari disebut target atau sasaran. Neutron
yang ditembakkan akan masuk ke dalam inti atom target sehingga jumlah neutron dalam inti target
tersebut bertambah. Peristiwa ini dapat mengakibatkan ketidakstabilan inti atom sehingga berubah
sifat menjadi radioaktif. Reaktor penelitian juga dilengkapi dengan fasilitas Xenon Loop yang
terletak di dalam tabung berkas dan merupakan tempat untuk melakukan irradiasi gas xenon-124
(124 Xe) sehingga menjadi radioisotop 125 I yang banyak dimanfaatkan untuk kegiatan medis
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
5
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
(Akhadi, 2004).
James Hutton (1726 – 1797)
Ketika berpikir tentang umur bumi yang
sebenarnya, pada tahun 1788 James Hutton menulis bahwa
ia dapat melihat “tidak terdapat tanda awal ataupun akhir
Bumi”. Hutton melihat waktu geolgi sebagai massa yang
sangat panjang. Baru pada akhir abad ke-20, dengan metode
tentang radioaktif, ditemukan metode akurat untuk
menyelidiki materi tua sebagai batuan Bumi. Metode itu
berupa radiometer yang menggunakan proses-proses bumi
terukur dan dapat juga menjadi metode lain. Pengukuran umur Bumi adalah penjelajahan lapisanlapisan batu sedimen, fosil-tumbuhan dan hewan yang sdah mati dan membusuk dalam batu kerak
Bumi. Kandungan batuan ini juga membantu mengungkapkan iklim di masa lampau, dan
memberikan informasi tentang bagaimana bentuk lapisan atmosfer Bumi pada saat itu. Dasar laut
menyimpan medan magnetis Bumi dan mencatat keadaan 200 juta tahun lalu. (Wikipedia, 2005)
Radionuklida 14C masuk ke dalam tubuh makhluk hidup melalui rantai makanan baik
langsung seperti manusia mengkonsumsi karbohidrat, maupun tidak langsung seperti melalui
konsumsi ternak maupun produk-produk turunannya. Radionuklida ini pada umumnya terikat
pada jaringan lunak makhluk hidup. Di alam, sebagian besar unsur carbon (98,89%) berada dalam
bentuk carbon-12 (12C). Namun karena ada radionuklida kosmogenik dalam bentuk 14C yang
bercampur dengan 12C secara merata di udara, maka salah satu atau lebih atom C dalam molekul
karbohidrat dapat berupa 14C. Dalam tubuh semua makhluk hidup selalu mengandung unsur
carbon. Kandungan 12C dalam tubuh manusia rata-rata sekitar 18 % dari berat tubuh. Namun
radionuklida 14C terdapat dalam kelimpahan yang sangat kecil. Di dalam tubuh manusia, nilai
perbandingan antara 14C dan 12C kira-kira satu berbanding satu trilyun (14C/12C ≈ 10-12). Antara
12
C dan 14C memiliki sifat kimia yang sama, tetapi sifat fisikanya berbeda, yaitu 12C tidak radioaktif
sehingga tidak melakukan peluruhan dan tidak memancarkan radiasi, sementara itu 14C bersifat
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
6
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
radioaktif sehingga selalu melakukan peluruhan disertai pemancaran radiasi. Karena sifat
kimianya sama, maka 12C dan 14C akan diperlakukan sama di dalam tubuh makhluk hidup
(Mukhlis, 2007).
2.2 Penggunaan dalam Arkheologi
Dalam bidang arkheologi, menentukan usia benda purba merupakan salah satu kegiatan
yang sangat penting, namun seringkali sangat sulit untuk dilakukan, terutama bila tidak cukup
atau bahkan tidak ada sama sekali bukti-bukti sejarah yang mendukung. Di lain pihak, temuan
benda purba akan memiliki arti penting apabila usia atau tahun pembuatan benda itu diketahui.
Benda- benda inilah yang saat ini diburu dan dikoleksi, baik oleh pemburu atau kolektor barang
antik untuk keperluan memenuhi hobi dan motif ekonomi, maupun oleh para arkheolog untuk
keperluan ilmiah, terutama untuk dianalisa mengenai usia pembuatannya dan dipelajari
karakteristik budayanya (Mukhlis, 2007).
Penemuan unsur radioaktif alam ternyata dapat merubah cara pandang dalam
penanggalan arkheologi. Sampai saat ini, metode ini masih terus dipakai dan dikembangkan. Para
arkheolog dan paleoantropolog sejak beberapa dekade lalu telah melakukan kerjasama dengan para
saintis teknik nuklir dalam rangka mengembangkan metode penanggalan benda-benda purbakala
dengan teknik nuklir (Mukhlis, 2007).
Salah satu metode yang sering dimanfaatkan untuk penentuan usia temuan benda kuno
dalam bidang arkheologi adalah penanggalan radiocarbon radiocarbon dating). Metode ini
pertama kali dikembangkan oleh Willard F. Libby yang bekerjasama dengan James Arnold dan
Ernest C. Anderson pada tahun 1940 di Institute for Nuclear Studies, Universitas California.
Penanggalan radiocarbon bertumpu pada peluruhan unsur radioaktif alam 14C. Karena dapat
memberikan hasil yang sangat memuaskan, metode tersebut hingga kini masih tetap digunakan
secara luas untuk penanggalan temuan-temuan arkheologi. Penemuan metode ini merupakan
sumbangan yang sangat berharga dalam rangka penelusuran benda-benda peninggalan
bersejarah. Penemuan metode ini juga telah mengantarkan Libby meraih Hadiah Nobel Bidang
Kimia tahun 1960. Jumlah radionuklida kosmogenik 14C dalam tubuh makhluk hidup (manusia,
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
7
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
hewan serta tumbuh-tumbuhan) selalu tetap, karena disamping terjadi pemasukan juga terjadi
pengeluaran maupun peluruhan secara kontinyu. Namun setelah kematian makhluk hidup,
pemasukan 14C ke dalam tubuhnya tidak terjadi lagi. Dilain pihak, karena 14C ini bersifat radioaktif,
maka radionuklida tersebut akan melakukan peluruhan sehingga jumlahnya terus berkurang
secara eksponensial oleh waktu. Apabila pada suatu saat jasad makhluk hidup tersebut ditemukan
dalam bentuk fosil, usia dari fosil dapat diketahui melalui pengukuran kadar 170 14C yang masih
tertinggal di dalam fosil tersebut. Cara penentuan umur fosil melalui kandungan radionuklida ini
disebut penanggalan radioaktif (radioactive dating). Khusus penanggalan dengan radioaktif 14C ini
disebut penanggalan radiocarbon. Peluruhan merupakan peristiwa yang terjadi di dalam inti atom,
sehingga tidak terpengaruh oleh faktor-faktor fisika dan kimia di sekelilingnya, seperti perubahan
suhu, tekanan udara, kelembaban dan sebagainya. Radionuklida 14C memiliki waktu paro
5.730tahun. Waktu paro adalah waktu yang diperlukan oleh suatu radionuklida untuk meluruh
menjadi setengah dari jumlah semula. Proses peluruhan mengakibatkan lama kelamaan kadar 14C
di dalam sampel arkheologi menjadi sangat rendah, radiasi yang dipancarkannya menjadi
berkurang sehingga sulit untuk dideteksi. Oleh sebab itu, cara penanggalan benda-benda
arkheologi dengan metode radiocarbon ini hanya efektif untuk umur maksimal sampai dengan
50.000 tahun. Untuk umur yang diperkirakan lebih tua dari itu dapat digunakan metode
penanggalan lain, misal dengan memeriksa kandungan radioaktif kalium-40 (40K) maupun
uranium-238 (238U) dalam bahan yang umur paronya lebih panjang. Teknik pengukuran kadar
14
C dalam benda arkheologi adalah dengan membakar sekitar 30 gram sampel dalam tabung
tertutup berisi oksigen. Gas yang keluar dari proses pembakaran tersebut terdiri atas gas carbon
dioksida dan senyawa-senyawa gas lainnya. Senyawa selain carbon dioksida dikeluarkan dari
tabung, dan gas carbon dioksida yang telah bersih diukur kadar 14C nya melalui pengukuran radiasi
yang dipancarkannya. Aktivitas dari radionuklida tersebut dapat diukur dalam bentuk CO2 murni
maupun diubah terlebih dahulu ke dalam senyawa benzena. Carbon-14 merupakan radionuklida
pemancar beta murni energi rendah (Eβ : 0,155 MeV), dan aktivitas spesifiknya pada sampel jasad
hidup sangat rendah, meskipun sample tersebut masih segar. Oleh sebab itu, untuk keperluan
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
8
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
pencacahan radiasi yang dipancarkan oleh 14C ini memerlukan pencacah khusus dengan radiasi
latar yang sangat rendah (LBC, low background counter), sehingga didapatkan ketelitian yang
tinggi dalam menginterpretasi data hasil cacahan sampel. Pencacahan 14C dalam bentuk senyawa
benzena dapat dilakukan menggunakan pencacah pendar cair (LSC, liquid scintillation counter).
Hingga kini telah banyak instrumentasi radiasi yang dapat dipakai untuk mengukur radiasi
dengan intensitas yang sangat rendah. Oleh sebab itu, penanggalan radiocarbon ini mampu
memberikan hasil pengukuran yang paling akurat dibandingkan metode penanggalan lainnya
(Mukhlis, 2007).
2.3 Penanggalan Radiokarbon Carbon-14
Dengan membandingkan kadar C dalam
sampel organisme sejenis yang masih hidup, jumlah
14
C yang sudah meluruh dalam sampel arkheologi
dapat diketahui. Dengan mengetahui jumlah 14C
yang sudah meluruh inilah, bisa ditentukan kapan
organisme itu mati. Banyak temuan arkheologi yang
dapat
didata
menggunakan
penanggalan
radiocarbon, seperti semua jenis fosil (tumbuhan,
hewan maupun manusia), arang sisa pengapian, tanah gambut, potongan kain, kulit, kerang,
tanduk, tulang, bulu binatang, rambut, lumut serta bahan-bahan organik lainnya. Penanggalan
fosil (tengkorak, kerangka manusia maupun binatang) dapat pula didata secara tidak langsung,
yaitu melalui penanggalan arang maupun bahan organik lainnya yang ditemukan pada lapisan di
mana fosil itu ditemukan. Melalui teknik ini, penanggalan fosil dapat dilakukan tanpa merusak
fosil itu sendiri. Apabila pada suatu saat jasad suatu makhluk hidup ditemukan dalam bentuk fosil,
usia fosil tersebut dapat diketahui menggunakan data pendukung dalam bentuk kandungan 14C
dalam fosil tadi. Jika At menyatakan jumlah atau aktivitas 14C dalam fosil pada saat ditemukan, dan
Ao menyatakan jumlah 14C standar dalam makhluk hidup dari fosil tersebut, maka antara
Radionuklida kosmogenik untuk penanggalan (Helfi Y. dan Mukhlis A.) kedua besaran tersebut
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
9
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
mempunyai hubungan yang memenuhi persamaan sebagai berikut :
At = Ao exp (-λt)
(1)
dengan λ adalah konstanta peluruhan untuk 14C yang nilainya 1,21 x 10-4 /tahun. Oleh sebab itu,
dengan mendapatkan data At dan A0, maka usia fosil (t) dapat ditentukan. Jika usia fosil dinyatakan
dalam satuan kelipatan waktu paro 14C (n), dimana n = t/T1/2, maka persamaan (1) dapat ditulis
dalam bentuk :
At = Ao (1/2)n
(2)
(Mukhlis, 2007).
Gambar 2.1 Proses Terbentuknya Radiokarbon
Saat sinar kosmik menghantam atmosfir bumi, menghasilkan neutron-neutron. Neutronneutron ini kemudian beradu dengan atom nitrogen di atmosfir, mengubahnya menjadi atom-atom
radioaktif karbon-14. Tumbuhan menyerap karbon-14 selama fotosintesis. Ketika hewan-hewan
memakan tetumbuhan, karbon-14 memasuki tubuh mereka. Karbon-14 di dalam tubuh meluruh
menjadi citrogen-14 dan lepas bersamaan dengan masuknya kembali karbon-14 dari makanan. Jadi,
kadar kadar karbon-14 tetap stabil (Geon, 2005).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
10
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Intensitas sinar kosmis tidak pernah berubah selama 30.000 tahun terakhir, sehingga
kadar 14C di atmosfer dianggap tetap. Karena perbandingan massa dari 14CO2/12CO2 dalam atmosfer
bumi cenderung konstan sepanjang waktu, yaitu sekitar 1,6 x 10-12, maka semua makhluk hidup baik
tanaman maupun hewan jika dianalisa akan memberikan data yang konstan mengenai kandungan
14
C di dalam tubuhnya. Pengukuran yang teliti mengenai laju disintegrasi spesifik (disintegrasi per
satuan massa) dari 14C yang sering digunakan bervariasi dari 14 hingga 16 disintegrasi permenit
untuk setiap gram (dpm/g) sampel carbon. Nilai yang sering digunakan dalam praktek adalah nilai
rata-rata yang berkisar antara 15,8 ± 0,3 disintegrasi per menit per gram dari total carbon. Hasil
pengukuran terbaru yang diperoleh oleh peneliti asal Swedia mendekati nilai 13,6. Angka tersebut
menunjukkan jumlah sebenarnya dari atom 14C yang meluruh setiap menit (dpm) dalam setiap satu
gram unsur carbon. Dengan mengambil nilai Ao = 15,8, maka persamaan (2) dapat ditulis menjadi
At = 15,8 (1/2)n, dengan At adalah aktivitas 14C dalam sampel organik yang diukur setelah n kali
waktu paro 14C (5730 tahun). Berdasarkan persamaan 171 tadi, usia fosil cukup dinyatakan dengan
n kali 5730 tahun. Sebagai contoh, potongan kain dari karung yang ditemukan di sebuah gua kuno,
ketika dianalisa kandungan 14C nya pada tahun 1990 memberikan data hasil cacahan sebesar 11,1
dpm. Dengan memasukkan nilai itu ke persamaan (2) akan diperoleh nilai n = 0,509. Dari sini dapat
disimpulkan bahwa sampel tadi telah bertahan atau berusia selama t = 0,509 x 5730 tahun atau
2919 tahun terhitung sejak sebelum tahun 1990. Dengan kata lain, sampel tersebut dibuat kira-kira
tahun 930 Sebelum Masehi. (Mukhlis, 2007)
Sejak beberapa dasawarsa silam, metode penanggalan radiocarbon telah mencapai puncak
kemashuran yang mengagumkan. Metode ini dinilai sangat memadai untuk menganalisa bendabenda purbakala dan peninggalan-peninggalan kerangka manusia purba. Perkembangan ini
menggambarkan suatu kemajuan besar di bidang arkheologi dan paleoantropologi moderen yang
melibatkan beberapa disiplin ilmu pengetahuan. Sampai saat ini, metode penanggalan radiocarbon
telah dipakai untuk memperkirakan umur lebih dari 100.000 buah sampel organik yang berumur
quartenary (satu juta tahun silam sampai sekarang). (Mukhlis, 2007)
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
11
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Begitu pentingnya arti penemuan metode penangggalan radiocarbon ini bagi
perkembangan ilmu pengetahuan, sehingga pengaruh penemuan
teknik ini terhadap
perkembangan di bidang arkheologi telah disejajarkan dengan pengaruh penemuan tabel periodik
oleh Mendeleyev terhadap perkembangan ilmu kimia. Arkheolog senior dari Inggris mengatakan
bahwa penemuan metode penanggalan radiocarbon merupakan penemuan besar abad 20, karena
dengan penemuan ini para arkheolog dapat mengidentifikasi spesies manusia purba. Kini,
penggunaan metode radiocarbon ditujukan untuk penanggalan benda-benda yang terbentuk pada
bagian akhir zaman prasejarah Pleistocene (1,8 x 106 – 1,0 x 104 tahun lalu) dan zaman Holocene
atau zaman akhir (10.000 tahun lalu) (Mukhlis, 2007).
Gambar 2.2 Mammoth pada zaman Pleistosen
Hewan yang sekilas mirip gajah purba ini pernah hidup pada zaman Pleistosen (sekitar
1.808.000 hingga 11.500 tahun yang lalu) dengan ukuran tubuh yang lebih besar dari jenis gajah
normal yang hidup sekarang. Berat badan mammoth dewasa bisa mencapai 6-8 ton, dengan gading
yang berbentuk kurva melingkar kearah dalam dan bulu yang agak panjang. Ditengah perdebatan,
banyak ilmuwan yang meyakini bahwa kepunahan gajah purba ini disebabkan oleh perubahan
iklim global dan perburuan oleh manusia (Yudhe, 2013).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
12
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Gambar 2.3 Deinotherium - kerabat raksasa dari gajah modern
Deinotherium adalah kerabat raksasa dari gajah modern yang muncul di Pertengahan
Miosen dan berlanjut hingga Awal Pleistocene. Dalam kehidupannya Deinotherium sama seperti
gajah modern, kecuali belalainya yang lebih pendek, dan ia memiliki gading melengkung yang
melekat di rahang bawahnya. Deinotherium adalah mamalia darat terbesar ketiga didunia, hanya
Indricotherium dan Mammoth Sungai Songhua (Mamuthus Sungari) yang menandinginya
(walaupun Mammuthus imperator bisa hamppir sebesar Mammuthus Sungari).
Deinotherium jantan dapat tumbuh setinggi 3,5 hingga 4,2 meter pada pundaknya,
walaupun beberapa spesimen besar bisa mencapai 5 meter. Beratnya diperkirakan mencapai 5
sampai 10 ton, dengan jantan besarnya yang dapat mencapai 14 ton (Yudhe, 2013).
Gambar 2.4 Sandal di tenun dalam gua Fort Rock Cave
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
13
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Penanggalan radiocarbon telah digunakan di beberapa negara untuk mendata usia
temuan- temuan arkheologi. Berbagai temuan sejarah dan arkheologi telah didata menggunakan
teknik ini. Di Amerika Serikat, penanggalan ini dipakai untuk menentukan usia benda arkheologi
berupa 300 pasang sandal bertali ditenun yang ditemukan dalam gua yang dikenal sebagai Fort
Rock Cave di Oregon. Hasil pendataan sampel organik dalam sandal menunjukkan bahwa benda
tersebut dibuat sekitar 9.000 tahun lalu (Mukhlis, 2007).
Masih di AS, penanggalan radiocarbon telah dipakai untuk memperkirakan saat
terbentuknya Danau Kawah di Oregon. Danau itu muncul karena adanya letusan gunung berapi
kuno yang menghancurkan puncak gunung sehingga reruntuhan dan lahar panasnya mengubur
seluruh kawasan dan membakar atau menghanguskan hutan-hutan di sekitarnya. Sampel yang
dipakai untuk penyelidikan ini adalah arang dari suatu pohon yang hangus oleh lahar panas. Hasil
pengukuran kadar 14C dalam arang tersebut menunjukkan bahwa Danau Kawah di Oregon tadi
terbentuk kira kira 6.400 tahun lalu. Penanggalan radiocarbon juga telah berhasil mengungkap
misteri homo sapiens moderen yang menjadi nenek moyang masyarakat Amerika Serikat. Laporan
sementara mengenai kehadiran nenek moyang masyarakat Amerika Serikat di bumi belahan barat
(Western Hemisphere) sebelumnya diperkirakan telah berlangsung sejak 30.000 sampai 40.000
tahun silam. Tetapi bukti paling akurat yang diperoleh dengan penanggalan radiocarbon
menunjukkan bahwa leluhur bangsa Amerika Asli yang oleh orang Eropa disebut Bangsa Indian
itu datang melalui Siberia Timur dan Alaska sekitar 13.000 sampai 15.000 tahun silam (Mukhlis,
2007).
Gambar 2.2 Sampel dari bebatuan Maristone
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
14
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Sampel dari bebatuan Maristone, batu kapur berlumpur disalah satu dinding batuan
Hornton Quarries di Edge Hill, sebelah barat Banbury di inggris. Potongan fosil kayu di bebatuan
Jurassic, yang seharusnya berusia jutaan tahun, menunjukkan “usia” radiokarbon hanya 20.700 –
28.820 tahun.
Gambar 2.3 Sampel dari betu limpur di atas Great Nothern Seam
Sampel dari betu limpur di atas Great Nothern Seam di bagian atas Permian Newcastle Coal
Measures di Newvale no. 2 Coal Mine bagian utara Sydney, Australia. Fosil tunggul pohon, di
temukan di lapisan Permian, yang seharusnya berusia ratusan juta tahun, bagian kulit yang
menjadi batubara menunjukka n “usia” radiokarbon 33.700 tahun (Geon, 2005).
Gambar 2.4 Fosilammonite (kerang laut)
Fosil ini berasal dari batuan lumpur di bagian bawah Cretaceous Budden Canyon
Formation di dekat Redding, California. Fosilammonite (kerang laut) di temukan berdampingan
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
15
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
dengan potonganfosil kayu (dari tumbuhan daratan) terkubur disebelahnya. Berada di lapisan
Cretaceous yang seharusnya berusia jutaan tahun, fosil kerang dan kayu masing-masing
menunjukkan “usia” radiokarbon 48.710 dan 42.390 tahun (Geon, 2005).
Gambar 2.5 Fosil Gajah raksasa asal Siberia
Manuskrip-manuskrip sangat terkenal yang ditemukan di Laut Mati telah didata
berdasarkan pada kandungan radionuklida 14C nya dan diketahui bahwa temuan itu dibuat sekitar
tahun 20 SM. Taimyr, fosil gajah raksasa asal Siberia didata menggunakan teknik radiocarbon
sehingga diketahui spesies itu telah binasa sejak 10.000 SM (Mukhlis, 2007).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
16
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Radionuklida kosmogenik yang cukup penting karena dapat dimanfaatkan untuk
penanggalan bahan-bahan yang mengandung senyawa organik adalah carbon-14 (14C). Neutron
yang dipancarkan dari reaksi inti radiasi kosmis primer akan kehilangan sebagian besar energinya
melalui tumbukan dengan inti-inti atom di atmosfer. Neutron yang telah mencapai energi termik
dapat ditangkap oleh unsur nitrogen-14 (14N) yang membentuk kira-kira 78 % isi atmosfer bumi.
Jumlah radionuklida kosmogenik 14C dalam tubuh makhluk hidup (manusia, hewan serta
tumbuh-tumbuhan) selalu tetap, karena disamping terjadi pemasukan juga terjadi pengeluaran
maupun peluruhan secara kontinyu. Namun setelah kematian makhluk hidup, pemasukan 14C ke
dalam tubuhnya tidak terjadi lagi. Dilain fihak, karena 14C ini bersifat radioaktif, maka radionuklida
tersebut akan melakukan peluruhan sehingga jumlahnya terus berkurang secara eksponensial oleh
waktu. Apabila pada suatu saat jasad makhluk hidup tersebut ditemukan dalam bentuk fosil, usia
dari fosil dapat diketahui melalui pengukuran kadar 14 C yang masih tertinggal di dalam fosil
tersebut. Cara penentuan umur fosil melalui kandungan radionuklida ini disebut penanggalan
radioaktif (radioactive dating). Khusus penanggalan dengan radioaktif 14C ini disebut penanggalan
radiokarbon.
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
17
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
DAFTAR PUSTAKA
Arma, Abdul Jalil Amri. 2004. Zat Radio Aktif Dan Penggunaan Radio Isotop Bagi Kesehatan.
Fakultas Kesehatan Masyarakat - Universitas Sumatera Utara
Akhadi, Mukhlis. 2004. Pemanfaatan Radioisotop Dalam Teknik Nuklir Kedokteran. Badan Tenaga
Nuklir nasional
Achmad, Mukhlis dan Helfi Y. 2007. Radionuklida kosmogenik untuk penanggalan . BATAN :
Buletin Alara
Geon. 2005. Young Earth Creationism-Penanggalan Radiokarbon-14. Diakses tanggal 20 Oktober
2015 : Samarinda
Siregar, Prof. Dr. Rustam E. 2004. Aplikasi Damai Teknik Nuklir. FMIPA Universitas Padjajaran :
Bandung
Tavisha, Anila. 2013. Perhitungan Umur Fosil Menggunakan C-14. Diakses tanggal 8 Oktober 2015 :
Samarinda
Wikipedia. 2005. Menentukan Umur Bumi. Di akses tanggal 8 Oktober 2015 : Samarinda
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
18
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
LAMPIRAN I
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
19
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
LAMPIRAN II
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
20
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
LAMPIRAN III
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas Rahmat dan Karunia-Nya
maka saya dapat menyelesaikan penyusunan Makalah yang berjudul ”Radioisotop Kosmogenik
Carbon-14 pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi”. Penyusunan Makalah ini merupakan
salah satu tugas dari Mata Kuliah Fisika Inti untuk menyelesaikan tugas mata kuliah Fisika Inti.
Dalam Penysunan Makalah ini, saya merasa masih banyak kekurangan-kekurangan baik dalam
teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang saya miliki. Untuk itu kritik
dan saran dari semua pihak kami harapkan demi penyempurnaan penyusunan Makalah ini.
Saya berharap agar Makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca guna menambah
wawasan tentang Fisika Inti mengenai Radioisotop Carbon-14 pada Penerapannya dalam Bidang
Arkehologi.
Samarinda, 24 Oktober 2015
Penyusun
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
2
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penemuan arkeologi di seantero dunia telah membantu para ilmuwan untuk meneliti kisah
evolusi manusia dan migrasi manusia. Bagian yang cukup penting adalah penelitian usia fosil dan
artefak. Apa yang membuat seorang arkeolog mampu menaksir umur fosil dinosaurus atau tulang
apapun yang ditemuinya? Serta bagaimana ilmuwan menentukan usia mereka ?
Suatu ketika arkeolog menemukan tulang belulang, sisa-sisa tanaman dan kotoran-kotoran
yang telah memfosil. DNA yang tersisa menunjukkan mereka berasal dari manusia tetapi tidak usia
mereka. Untuk itu, para ilmuwan melihat ke karbon yang terkandung dalam kotoran kuno tersebut.
Menurut definisi, setiap atom dari elemen tertentu memiliki sejumlah tertentu proton pada intinya.
Misalnya unsur karbon memiliki enam proton, tetapi jumlah neutron dalam inti dapat bervariasi.
Ini berbeda dengan bentuk elemen yang disebut isotop secara inheren bisa stabil atau tidak stabil.
Yang tidak stabil disebut isotop radioaktif, dan dari waktu ke waktu mereka akan membusuk,
membentuk partikel (neutron atau proton) dan energi (radiasi) karena itu berubah menjadi isotop
atau elemen lain. Mereka melakukan ini dengan laju yang konstan disebut isotop “setengah-hidup
(half life)”.
Oleh karena itu, Makalah “Penerapan Fisika Inti dalam Bidang Arkeologi” dibuat agar kita
dapat mengetahui usia tulang belulang, sisa-sisa tanaman dan kotoran-kotoran yang telah
memfosil dengan menggunakan metode Penanggalan Radiokarbon ( Mengukur usia hingga 14.300
tahun ) menggunakan unsur Radioisotop Karbon-14 (C-14).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
3
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
1.2 Tujuan Makalah
1. Mengetahui pentingnya unsur Radionuklida Kosmogenik 14-C
2. Mengetahui peluruhan Radionuklida Kosmogenik 14-C dalam jasad renik
1.3 Manfaat Makalah
1. Dapat mengetahui pentingnya unsur Radionuklida Kosmogenik 14-C
2. Mengetahui peluruhan Radionuklida Kosmogenik 14-C dalam jasad renik
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
4
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Radioisotop
Reaksi nuklir merupakan reaksi yang melibatkan inti dari suatu atom. Reaksi nuklir ada
yang terjadi secara spontan ataupun buatan. Reaksi nuklir spontan terjadi pada inti-inti atom yang
tidak stabil. Zat yang mengandung inti tidak stabil ini disebut zat radioaktif. Adapun reaksi nuklir
tidak spontan dapat terjadi pada inti yang stabil maupun inti yang tidak stabil. Reaksi nuklir
disertai perubahan energi berupa radiasi dan kalor. Berbagai jenis reaksi nuklir disertai
pembebasan kalor yang sangat dasyat, lebih besar dari suatu reaksi kimia biasa (Arma, 2004). unsur
yang secara alami bersifat radioaktif banyak terdapat di alam. Semua isotop yang bernomor atom
diatas 83 bersifat radioaktif. Unsur yang bernomor atom 83 atau kurang mempunyai isotop yang
stabil kecuali teknesium dan promesium. Isotop yang bersifat radioaktif disebut isotop radioaktif
atau radio isotop, yaitu isotop yang memancarkan radiasi (Siregar,2004). Sedangkan isotop yang
tidak radioaktif disebut isotop stabil. Dewasa ini, radioisotop dapat juga dibuat dari isotop stabil.
Jadi disamping radioisotop alami juga terdapat radioisotop buatan. Dua kegiatan utama dari
pemanfaatan tekhnologi nuklir khususnya mengenai radioisotop adalah pemanfaatan dalam
bidang energi dan pemanfaatan di luar energi. Pemanfaatan di luar energi misalnya pada reaktor
penelitian. Di dalam teras reaktor penelitian dapat digunakan untuk memproduksi radioisotop dan
melakukan berbagai penelitian dengan radiasi. Produksi radioisotop dengan proses aktivasi
dilakukan dengan cara menembaki isotop stabil dengan neutron di dalam teras reaktor. Proses ini
lazim disebut irradiasi neutron, sedang bahan yang disinari disebut target atau sasaran. Neutron
yang ditembakkan akan masuk ke dalam inti atom target sehingga jumlah neutron dalam inti target
tersebut bertambah. Peristiwa ini dapat mengakibatkan ketidakstabilan inti atom sehingga berubah
sifat menjadi radioaktif. Reaktor penelitian juga dilengkapi dengan fasilitas Xenon Loop yang
terletak di dalam tabung berkas dan merupakan tempat untuk melakukan irradiasi gas xenon-124
(124 Xe) sehingga menjadi radioisotop 125 I yang banyak dimanfaatkan untuk kegiatan medis
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
5
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
(Akhadi, 2004).
James Hutton (1726 – 1797)
Ketika berpikir tentang umur bumi yang
sebenarnya, pada tahun 1788 James Hutton menulis bahwa
ia dapat melihat “tidak terdapat tanda awal ataupun akhir
Bumi”. Hutton melihat waktu geolgi sebagai massa yang
sangat panjang. Baru pada akhir abad ke-20, dengan metode
tentang radioaktif, ditemukan metode akurat untuk
menyelidiki materi tua sebagai batuan Bumi. Metode itu
berupa radiometer yang menggunakan proses-proses bumi
terukur dan dapat juga menjadi metode lain. Pengukuran umur Bumi adalah penjelajahan lapisanlapisan batu sedimen, fosil-tumbuhan dan hewan yang sdah mati dan membusuk dalam batu kerak
Bumi. Kandungan batuan ini juga membantu mengungkapkan iklim di masa lampau, dan
memberikan informasi tentang bagaimana bentuk lapisan atmosfer Bumi pada saat itu. Dasar laut
menyimpan medan magnetis Bumi dan mencatat keadaan 200 juta tahun lalu. (Wikipedia, 2005)
Radionuklida 14C masuk ke dalam tubuh makhluk hidup melalui rantai makanan baik
langsung seperti manusia mengkonsumsi karbohidrat, maupun tidak langsung seperti melalui
konsumsi ternak maupun produk-produk turunannya. Radionuklida ini pada umumnya terikat
pada jaringan lunak makhluk hidup. Di alam, sebagian besar unsur carbon (98,89%) berada dalam
bentuk carbon-12 (12C). Namun karena ada radionuklida kosmogenik dalam bentuk 14C yang
bercampur dengan 12C secara merata di udara, maka salah satu atau lebih atom C dalam molekul
karbohidrat dapat berupa 14C. Dalam tubuh semua makhluk hidup selalu mengandung unsur
carbon. Kandungan 12C dalam tubuh manusia rata-rata sekitar 18 % dari berat tubuh. Namun
radionuklida 14C terdapat dalam kelimpahan yang sangat kecil. Di dalam tubuh manusia, nilai
perbandingan antara 14C dan 12C kira-kira satu berbanding satu trilyun (14C/12C ≈ 10-12). Antara
12
C dan 14C memiliki sifat kimia yang sama, tetapi sifat fisikanya berbeda, yaitu 12C tidak radioaktif
sehingga tidak melakukan peluruhan dan tidak memancarkan radiasi, sementara itu 14C bersifat
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
6
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
radioaktif sehingga selalu melakukan peluruhan disertai pemancaran radiasi. Karena sifat
kimianya sama, maka 12C dan 14C akan diperlakukan sama di dalam tubuh makhluk hidup
(Mukhlis, 2007).
2.2 Penggunaan dalam Arkheologi
Dalam bidang arkheologi, menentukan usia benda purba merupakan salah satu kegiatan
yang sangat penting, namun seringkali sangat sulit untuk dilakukan, terutama bila tidak cukup
atau bahkan tidak ada sama sekali bukti-bukti sejarah yang mendukung. Di lain pihak, temuan
benda purba akan memiliki arti penting apabila usia atau tahun pembuatan benda itu diketahui.
Benda- benda inilah yang saat ini diburu dan dikoleksi, baik oleh pemburu atau kolektor barang
antik untuk keperluan memenuhi hobi dan motif ekonomi, maupun oleh para arkheolog untuk
keperluan ilmiah, terutama untuk dianalisa mengenai usia pembuatannya dan dipelajari
karakteristik budayanya (Mukhlis, 2007).
Penemuan unsur radioaktif alam ternyata dapat merubah cara pandang dalam
penanggalan arkheologi. Sampai saat ini, metode ini masih terus dipakai dan dikembangkan. Para
arkheolog dan paleoantropolog sejak beberapa dekade lalu telah melakukan kerjasama dengan para
saintis teknik nuklir dalam rangka mengembangkan metode penanggalan benda-benda purbakala
dengan teknik nuklir (Mukhlis, 2007).
Salah satu metode yang sering dimanfaatkan untuk penentuan usia temuan benda kuno
dalam bidang arkheologi adalah penanggalan radiocarbon radiocarbon dating). Metode ini
pertama kali dikembangkan oleh Willard F. Libby yang bekerjasama dengan James Arnold dan
Ernest C. Anderson pada tahun 1940 di Institute for Nuclear Studies, Universitas California.
Penanggalan radiocarbon bertumpu pada peluruhan unsur radioaktif alam 14C. Karena dapat
memberikan hasil yang sangat memuaskan, metode tersebut hingga kini masih tetap digunakan
secara luas untuk penanggalan temuan-temuan arkheologi. Penemuan metode ini merupakan
sumbangan yang sangat berharga dalam rangka penelusuran benda-benda peninggalan
bersejarah. Penemuan metode ini juga telah mengantarkan Libby meraih Hadiah Nobel Bidang
Kimia tahun 1960. Jumlah radionuklida kosmogenik 14C dalam tubuh makhluk hidup (manusia,
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
7
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
hewan serta tumbuh-tumbuhan) selalu tetap, karena disamping terjadi pemasukan juga terjadi
pengeluaran maupun peluruhan secara kontinyu. Namun setelah kematian makhluk hidup,
pemasukan 14C ke dalam tubuhnya tidak terjadi lagi. Dilain pihak, karena 14C ini bersifat radioaktif,
maka radionuklida tersebut akan melakukan peluruhan sehingga jumlahnya terus berkurang
secara eksponensial oleh waktu. Apabila pada suatu saat jasad makhluk hidup tersebut ditemukan
dalam bentuk fosil, usia dari fosil dapat diketahui melalui pengukuran kadar 170 14C yang masih
tertinggal di dalam fosil tersebut. Cara penentuan umur fosil melalui kandungan radionuklida ini
disebut penanggalan radioaktif (radioactive dating). Khusus penanggalan dengan radioaktif 14C ini
disebut penanggalan radiocarbon. Peluruhan merupakan peristiwa yang terjadi di dalam inti atom,
sehingga tidak terpengaruh oleh faktor-faktor fisika dan kimia di sekelilingnya, seperti perubahan
suhu, tekanan udara, kelembaban dan sebagainya. Radionuklida 14C memiliki waktu paro
5.730tahun. Waktu paro adalah waktu yang diperlukan oleh suatu radionuklida untuk meluruh
menjadi setengah dari jumlah semula. Proses peluruhan mengakibatkan lama kelamaan kadar 14C
di dalam sampel arkheologi menjadi sangat rendah, radiasi yang dipancarkannya menjadi
berkurang sehingga sulit untuk dideteksi. Oleh sebab itu, cara penanggalan benda-benda
arkheologi dengan metode radiocarbon ini hanya efektif untuk umur maksimal sampai dengan
50.000 tahun. Untuk umur yang diperkirakan lebih tua dari itu dapat digunakan metode
penanggalan lain, misal dengan memeriksa kandungan radioaktif kalium-40 (40K) maupun
uranium-238 (238U) dalam bahan yang umur paronya lebih panjang. Teknik pengukuran kadar
14
C dalam benda arkheologi adalah dengan membakar sekitar 30 gram sampel dalam tabung
tertutup berisi oksigen. Gas yang keluar dari proses pembakaran tersebut terdiri atas gas carbon
dioksida dan senyawa-senyawa gas lainnya. Senyawa selain carbon dioksida dikeluarkan dari
tabung, dan gas carbon dioksida yang telah bersih diukur kadar 14C nya melalui pengukuran radiasi
yang dipancarkannya. Aktivitas dari radionuklida tersebut dapat diukur dalam bentuk CO2 murni
maupun diubah terlebih dahulu ke dalam senyawa benzena. Carbon-14 merupakan radionuklida
pemancar beta murni energi rendah (Eβ : 0,155 MeV), dan aktivitas spesifiknya pada sampel jasad
hidup sangat rendah, meskipun sample tersebut masih segar. Oleh sebab itu, untuk keperluan
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
8
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
pencacahan radiasi yang dipancarkan oleh 14C ini memerlukan pencacah khusus dengan radiasi
latar yang sangat rendah (LBC, low background counter), sehingga didapatkan ketelitian yang
tinggi dalam menginterpretasi data hasil cacahan sampel. Pencacahan 14C dalam bentuk senyawa
benzena dapat dilakukan menggunakan pencacah pendar cair (LSC, liquid scintillation counter).
Hingga kini telah banyak instrumentasi radiasi yang dapat dipakai untuk mengukur radiasi
dengan intensitas yang sangat rendah. Oleh sebab itu, penanggalan radiocarbon ini mampu
memberikan hasil pengukuran yang paling akurat dibandingkan metode penanggalan lainnya
(Mukhlis, 2007).
2.3 Penanggalan Radiokarbon Carbon-14
Dengan membandingkan kadar C dalam
sampel organisme sejenis yang masih hidup, jumlah
14
C yang sudah meluruh dalam sampel arkheologi
dapat diketahui. Dengan mengetahui jumlah 14C
yang sudah meluruh inilah, bisa ditentukan kapan
organisme itu mati. Banyak temuan arkheologi yang
dapat
didata
menggunakan
penanggalan
radiocarbon, seperti semua jenis fosil (tumbuhan,
hewan maupun manusia), arang sisa pengapian, tanah gambut, potongan kain, kulit, kerang,
tanduk, tulang, bulu binatang, rambut, lumut serta bahan-bahan organik lainnya. Penanggalan
fosil (tengkorak, kerangka manusia maupun binatang) dapat pula didata secara tidak langsung,
yaitu melalui penanggalan arang maupun bahan organik lainnya yang ditemukan pada lapisan di
mana fosil itu ditemukan. Melalui teknik ini, penanggalan fosil dapat dilakukan tanpa merusak
fosil itu sendiri. Apabila pada suatu saat jasad suatu makhluk hidup ditemukan dalam bentuk fosil,
usia fosil tersebut dapat diketahui menggunakan data pendukung dalam bentuk kandungan 14C
dalam fosil tadi. Jika At menyatakan jumlah atau aktivitas 14C dalam fosil pada saat ditemukan, dan
Ao menyatakan jumlah 14C standar dalam makhluk hidup dari fosil tersebut, maka antara
Radionuklida kosmogenik untuk penanggalan (Helfi Y. dan Mukhlis A.) kedua besaran tersebut
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
9
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
mempunyai hubungan yang memenuhi persamaan sebagai berikut :
At = Ao exp (-λt)
(1)
dengan λ adalah konstanta peluruhan untuk 14C yang nilainya 1,21 x 10-4 /tahun. Oleh sebab itu,
dengan mendapatkan data At dan A0, maka usia fosil (t) dapat ditentukan. Jika usia fosil dinyatakan
dalam satuan kelipatan waktu paro 14C (n), dimana n = t/T1/2, maka persamaan (1) dapat ditulis
dalam bentuk :
At = Ao (1/2)n
(2)
(Mukhlis, 2007).
Gambar 2.1 Proses Terbentuknya Radiokarbon
Saat sinar kosmik menghantam atmosfir bumi, menghasilkan neutron-neutron. Neutronneutron ini kemudian beradu dengan atom nitrogen di atmosfir, mengubahnya menjadi atom-atom
radioaktif karbon-14. Tumbuhan menyerap karbon-14 selama fotosintesis. Ketika hewan-hewan
memakan tetumbuhan, karbon-14 memasuki tubuh mereka. Karbon-14 di dalam tubuh meluruh
menjadi citrogen-14 dan lepas bersamaan dengan masuknya kembali karbon-14 dari makanan. Jadi,
kadar kadar karbon-14 tetap stabil (Geon, 2005).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
10
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Intensitas sinar kosmis tidak pernah berubah selama 30.000 tahun terakhir, sehingga
kadar 14C di atmosfer dianggap tetap. Karena perbandingan massa dari 14CO2/12CO2 dalam atmosfer
bumi cenderung konstan sepanjang waktu, yaitu sekitar 1,6 x 10-12, maka semua makhluk hidup baik
tanaman maupun hewan jika dianalisa akan memberikan data yang konstan mengenai kandungan
14
C di dalam tubuhnya. Pengukuran yang teliti mengenai laju disintegrasi spesifik (disintegrasi per
satuan massa) dari 14C yang sering digunakan bervariasi dari 14 hingga 16 disintegrasi permenit
untuk setiap gram (dpm/g) sampel carbon. Nilai yang sering digunakan dalam praktek adalah nilai
rata-rata yang berkisar antara 15,8 ± 0,3 disintegrasi per menit per gram dari total carbon. Hasil
pengukuran terbaru yang diperoleh oleh peneliti asal Swedia mendekati nilai 13,6. Angka tersebut
menunjukkan jumlah sebenarnya dari atom 14C yang meluruh setiap menit (dpm) dalam setiap satu
gram unsur carbon. Dengan mengambil nilai Ao = 15,8, maka persamaan (2) dapat ditulis menjadi
At = 15,8 (1/2)n, dengan At adalah aktivitas 14C dalam sampel organik yang diukur setelah n kali
waktu paro 14C (5730 tahun). Berdasarkan persamaan 171 tadi, usia fosil cukup dinyatakan dengan
n kali 5730 tahun. Sebagai contoh, potongan kain dari karung yang ditemukan di sebuah gua kuno,
ketika dianalisa kandungan 14C nya pada tahun 1990 memberikan data hasil cacahan sebesar 11,1
dpm. Dengan memasukkan nilai itu ke persamaan (2) akan diperoleh nilai n = 0,509. Dari sini dapat
disimpulkan bahwa sampel tadi telah bertahan atau berusia selama t = 0,509 x 5730 tahun atau
2919 tahun terhitung sejak sebelum tahun 1990. Dengan kata lain, sampel tersebut dibuat kira-kira
tahun 930 Sebelum Masehi. (Mukhlis, 2007)
Sejak beberapa dasawarsa silam, metode penanggalan radiocarbon telah mencapai puncak
kemashuran yang mengagumkan. Metode ini dinilai sangat memadai untuk menganalisa bendabenda purbakala dan peninggalan-peninggalan kerangka manusia purba. Perkembangan ini
menggambarkan suatu kemajuan besar di bidang arkheologi dan paleoantropologi moderen yang
melibatkan beberapa disiplin ilmu pengetahuan. Sampai saat ini, metode penanggalan radiocarbon
telah dipakai untuk memperkirakan umur lebih dari 100.000 buah sampel organik yang berumur
quartenary (satu juta tahun silam sampai sekarang). (Mukhlis, 2007)
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
11
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Begitu pentingnya arti penemuan metode penangggalan radiocarbon ini bagi
perkembangan ilmu pengetahuan, sehingga pengaruh penemuan
teknik ini terhadap
perkembangan di bidang arkheologi telah disejajarkan dengan pengaruh penemuan tabel periodik
oleh Mendeleyev terhadap perkembangan ilmu kimia. Arkheolog senior dari Inggris mengatakan
bahwa penemuan metode penanggalan radiocarbon merupakan penemuan besar abad 20, karena
dengan penemuan ini para arkheolog dapat mengidentifikasi spesies manusia purba. Kini,
penggunaan metode radiocarbon ditujukan untuk penanggalan benda-benda yang terbentuk pada
bagian akhir zaman prasejarah Pleistocene (1,8 x 106 – 1,0 x 104 tahun lalu) dan zaman Holocene
atau zaman akhir (10.000 tahun lalu) (Mukhlis, 2007).
Gambar 2.2 Mammoth pada zaman Pleistosen
Hewan yang sekilas mirip gajah purba ini pernah hidup pada zaman Pleistosen (sekitar
1.808.000 hingga 11.500 tahun yang lalu) dengan ukuran tubuh yang lebih besar dari jenis gajah
normal yang hidup sekarang. Berat badan mammoth dewasa bisa mencapai 6-8 ton, dengan gading
yang berbentuk kurva melingkar kearah dalam dan bulu yang agak panjang. Ditengah perdebatan,
banyak ilmuwan yang meyakini bahwa kepunahan gajah purba ini disebabkan oleh perubahan
iklim global dan perburuan oleh manusia (Yudhe, 2013).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
12
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Gambar 2.3 Deinotherium - kerabat raksasa dari gajah modern
Deinotherium adalah kerabat raksasa dari gajah modern yang muncul di Pertengahan
Miosen dan berlanjut hingga Awal Pleistocene. Dalam kehidupannya Deinotherium sama seperti
gajah modern, kecuali belalainya yang lebih pendek, dan ia memiliki gading melengkung yang
melekat di rahang bawahnya. Deinotherium adalah mamalia darat terbesar ketiga didunia, hanya
Indricotherium dan Mammoth Sungai Songhua (Mamuthus Sungari) yang menandinginya
(walaupun Mammuthus imperator bisa hamppir sebesar Mammuthus Sungari).
Deinotherium jantan dapat tumbuh setinggi 3,5 hingga 4,2 meter pada pundaknya,
walaupun beberapa spesimen besar bisa mencapai 5 meter. Beratnya diperkirakan mencapai 5
sampai 10 ton, dengan jantan besarnya yang dapat mencapai 14 ton (Yudhe, 2013).
Gambar 2.4 Sandal di tenun dalam gua Fort Rock Cave
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
13
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Penanggalan radiocarbon telah digunakan di beberapa negara untuk mendata usia
temuan- temuan arkheologi. Berbagai temuan sejarah dan arkheologi telah didata menggunakan
teknik ini. Di Amerika Serikat, penanggalan ini dipakai untuk menentukan usia benda arkheologi
berupa 300 pasang sandal bertali ditenun yang ditemukan dalam gua yang dikenal sebagai Fort
Rock Cave di Oregon. Hasil pendataan sampel organik dalam sandal menunjukkan bahwa benda
tersebut dibuat sekitar 9.000 tahun lalu (Mukhlis, 2007).
Masih di AS, penanggalan radiocarbon telah dipakai untuk memperkirakan saat
terbentuknya Danau Kawah di Oregon. Danau itu muncul karena adanya letusan gunung berapi
kuno yang menghancurkan puncak gunung sehingga reruntuhan dan lahar panasnya mengubur
seluruh kawasan dan membakar atau menghanguskan hutan-hutan di sekitarnya. Sampel yang
dipakai untuk penyelidikan ini adalah arang dari suatu pohon yang hangus oleh lahar panas. Hasil
pengukuran kadar 14C dalam arang tersebut menunjukkan bahwa Danau Kawah di Oregon tadi
terbentuk kira kira 6.400 tahun lalu. Penanggalan radiocarbon juga telah berhasil mengungkap
misteri homo sapiens moderen yang menjadi nenek moyang masyarakat Amerika Serikat. Laporan
sementara mengenai kehadiran nenek moyang masyarakat Amerika Serikat di bumi belahan barat
(Western Hemisphere) sebelumnya diperkirakan telah berlangsung sejak 30.000 sampai 40.000
tahun silam. Tetapi bukti paling akurat yang diperoleh dengan penanggalan radiocarbon
menunjukkan bahwa leluhur bangsa Amerika Asli yang oleh orang Eropa disebut Bangsa Indian
itu datang melalui Siberia Timur dan Alaska sekitar 13.000 sampai 15.000 tahun silam (Mukhlis,
2007).
Gambar 2.2 Sampel dari bebatuan Maristone
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
14
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
Sampel dari bebatuan Maristone, batu kapur berlumpur disalah satu dinding batuan
Hornton Quarries di Edge Hill, sebelah barat Banbury di inggris. Potongan fosil kayu di bebatuan
Jurassic, yang seharusnya berusia jutaan tahun, menunjukkan “usia” radiokarbon hanya 20.700 –
28.820 tahun.
Gambar 2.3 Sampel dari betu limpur di atas Great Nothern Seam
Sampel dari betu limpur di atas Great Nothern Seam di bagian atas Permian Newcastle Coal
Measures di Newvale no. 2 Coal Mine bagian utara Sydney, Australia. Fosil tunggul pohon, di
temukan di lapisan Permian, yang seharusnya berusia ratusan juta tahun, bagian kulit yang
menjadi batubara menunjukka n “usia” radiokarbon 33.700 tahun (Geon, 2005).
Gambar 2.4 Fosilammonite (kerang laut)
Fosil ini berasal dari batuan lumpur di bagian bawah Cretaceous Budden Canyon
Formation di dekat Redding, California. Fosilammonite (kerang laut) di temukan berdampingan
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
15
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
dengan potonganfosil kayu (dari tumbuhan daratan) terkubur disebelahnya. Berada di lapisan
Cretaceous yang seharusnya berusia jutaan tahun, fosil kerang dan kayu masing-masing
menunjukkan “usia” radiokarbon 48.710 dan 42.390 tahun (Geon, 2005).
Gambar 2.5 Fosil Gajah raksasa asal Siberia
Manuskrip-manuskrip sangat terkenal yang ditemukan di Laut Mati telah didata
berdasarkan pada kandungan radionuklida 14C nya dan diketahui bahwa temuan itu dibuat sekitar
tahun 20 SM. Taimyr, fosil gajah raksasa asal Siberia didata menggunakan teknik radiocarbon
sehingga diketahui spesies itu telah binasa sejak 10.000 SM (Mukhlis, 2007).
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
16
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Radionuklida kosmogenik yang cukup penting karena dapat dimanfaatkan untuk
penanggalan bahan-bahan yang mengandung senyawa organik adalah carbon-14 (14C). Neutron
yang dipancarkan dari reaksi inti radiasi kosmis primer akan kehilangan sebagian besar energinya
melalui tumbukan dengan inti-inti atom di atmosfer. Neutron yang telah mencapai energi termik
dapat ditangkap oleh unsur nitrogen-14 (14N) yang membentuk kira-kira 78 % isi atmosfer bumi.
Jumlah radionuklida kosmogenik 14C dalam tubuh makhluk hidup (manusia, hewan serta
tumbuh-tumbuhan) selalu tetap, karena disamping terjadi pemasukan juga terjadi pengeluaran
maupun peluruhan secara kontinyu. Namun setelah kematian makhluk hidup, pemasukan 14C ke
dalam tubuhnya tidak terjadi lagi. Dilain fihak, karena 14C ini bersifat radioaktif, maka radionuklida
tersebut akan melakukan peluruhan sehingga jumlahnya terus berkurang secara eksponensial oleh
waktu. Apabila pada suatu saat jasad makhluk hidup tersebut ditemukan dalam bentuk fosil, usia
dari fosil dapat diketahui melalui pengukuran kadar 14 C yang masih tertinggal di dalam fosil
tersebut. Cara penentuan umur fosil melalui kandungan radionuklida ini disebut penanggalan
radioaktif (radioactive dating). Khusus penanggalan dengan radioaktif 14C ini disebut penanggalan
radiokarbon.
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
17
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
DAFTAR PUSTAKA
Arma, Abdul Jalil Amri. 2004. Zat Radio Aktif Dan Penggunaan Radio Isotop Bagi Kesehatan.
Fakultas Kesehatan Masyarakat - Universitas Sumatera Utara
Akhadi, Mukhlis. 2004. Pemanfaatan Radioisotop Dalam Teknik Nuklir Kedokteran. Badan Tenaga
Nuklir nasional
Achmad, Mukhlis dan Helfi Y. 2007. Radionuklida kosmogenik untuk penanggalan . BATAN :
Buletin Alara
Geon. 2005. Young Earth Creationism-Penanggalan Radiokarbon-14. Diakses tanggal 20 Oktober
2015 : Samarinda
Siregar, Prof. Dr. Rustam E. 2004. Aplikasi Damai Teknik Nuklir. FMIPA Universitas Padjajaran :
Bandung
Tavisha, Anila. 2013. Perhitungan Umur Fosil Menggunakan C-14. Diakses tanggal 8 Oktober 2015 :
Samarinda
Wikipedia. 2005. Menentukan Umur Bumi. Di akses tanggal 8 Oktober 2015 : Samarinda
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
18
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
LAMPIRAN I
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
19
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
LAMPIRAN II
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019
20
Radioisotop Kosmogenik Carbon 14 Pada Penerapannya dalam Bidang Arkheologi
LAMPIRAN III
Juniar Dian Lestari
FMIPA Universitas Mulawarman
1307045019