PEMANFAATAN RADIOKTIVITAS DALAM MENENTUKAN UMUR FOSIL Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Radiokimia
Disusun Oleh :
Dessy Damayanti Rita Sugiarti Venny Purwati Yinyin Tarwiyana
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS TARBIYAH DAN PENDIDIKAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2010
1
BAB I PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang
Ilmu pengetahuan alam merupakan ilmu yang mempelajari tentang gejalagejala alam. Gejala alam yang muncul merupakan bentuk fakta yang kemudian diramu sedemikian rupa oleh para ahli untuk menjadi bahan pemikiran yang akan dicari penyelesaiannya. Mereka mencoba untuk mencari solusi atas gejala yang muncul. Solusi yang diberikan dapat berupa konsep atau hukum, tetapi juga bisa berupa persamaan matematika. Gejala alam yang muncul telah diformulasikan dalam banyak bentuk, sehingga terlahirlah berbagai produk dan cara untuk menghitung umur dari fosil. Fosil dipelajari pada mata pelajaran sejarah. Banyak sekali jenis fosil yang telah ditemukan oleh para arkeolog di atas bumi ini. Keberadaan fosil berbeda beda, ada yang dalam dan ada yang dangkal letaknya dari permukaan bumi. Kedalaman dari letak fosil dapat memberikan indikasi pada kiata untuk mengetahui mana yang lebih lama umurnya. Namun kita tidak dapat mengetahui secara tepat kapan fosil tesebut hidup. Usia fosil bisa ditentukan dengan metode peluruhan radioaktif. Unsur yang sering digunakan untuk kegiatan ini adalah atom karbon-14 (C-14). Setiap mahluk hidup (manusia, binatang dan tumbuhan) dan benda mati di Bumi ini mengandung karbon-14. C-14 mempunyai waktu paruh 5.730 tahun, maksudnya jika dalam tubuh mahluk hidup terdapat 1000 atom C-14, 5.730 tahun setelah mahluk hidup itu mati, jumlah atom C-14 akan berkurang setengahnya menjadi 500. 5.730 tahun berikutnya
atau
11.460
tahun
kemudian
jumlahnya
tersisa
250
dan
seterusnya.Dengan mengukur jumlah C-14 yang terkandung pada fosil, umur fosil bisa ditentukan. Untuk rekaman sepanjang sejarah, metode ini cukup baik dengan penyimpangan akurasi sekitar beberapa ratus tahun. Akan tetapi ada unsur lain yang dapat digunakan untuk menentukan umur fosil diantaranya potasium-40.
2
Berdasarkan hal yang telah diuraikan diatas, maka pemakalah terrtarik untuk membahas tentang prinsip perhitungan umur fosil engan mengangkatkan judul ”Pemanfaatan Radioaktivitas dalam Menentukan Umur Fosil ”. 1.2 •
Tujuan
Untuk mengetahui cara-cara penentuan umur fosil dengan menggunakan unsur radioaktif.
1.3 •
Rumusan Masalah
bagaimana para paleontologis bisa memprediksi umur sebuah fosil hanya dari sebongkah fosil dengan menggunakan unsur radioaktif.
3
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Radioaktifitas
Radioaktifitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi dan berubah menjadi inti stabil. Proses perubahan ini disebut peluruhan dan inti atom yang takstabil disebut radionuklida. Materi yang mengandung radionuklida disebut zat radioaktif. Radioaktifitas ditemukan oleh H. Becquerel pada tahun 1896. Dua tahun setelah itu, Marie Curie meneliti radiasi uranium dengan menggunakan alat yang dibuat oleh Pierre Curie, yaitu pengukur listrik piezo (lempengan kristal yang biasanya digunakan untuk pengukuran arus listrik lemah), dan Marie Curie berhasil membuktikan bahwa kekuatan radiasi uranium sebanding dengan jumlah kadar uranium yang dikandung dalam campuran senyawa uranium. Disamping itu, Marie Curie juga menemukan bahwa peristiwa peluruhan tersebut tidak dipengaruhi oleh suhu atau tekanan, dan radiasi uranium dipancarkan secara spontan dan terus menerus tanpa bisa dikendalikan. Marie Curie juga meneliti campuran senyawa lain, dan menemukan bahwa campuran senyawa thorium juga memancarkan radiasi yang sama dengan campuran senyawa uranium, dan sifat pemancaran radiasi seperti ini diberi nama radioaktifitas. Pada tahun 1898, ia menemukan unsur baru yang sifatnya mirip dengan bismut. Unsur baruini dinamakan polonium diambil dari nama negara asal Marie Curie, yaitu Polandia. Setelah itu H. Becquerel dan Marie Curie melanjutkan penelitiannya dengan menganalisis pitch blend (bijih uranium). Mereka berpendapat bahwa di dalam pitch blend terdapat unsur yang radioaktifitasnya lebih kuat daripada uranium atau polonium. Pada tahun yang sama mereka mengumumkan bahwa ada unsur radioaktif yang sifatnya mirip dengan barium.
4
Unsur baru inidinamakan radium (Ra), yang artinya benda yang memancarkan radiasi. Pada litosfer, banyak terdapat inti radioaktif yang sudah ada bersamaan dengan terjadinyabumi, yang tersebar secara luas yang disebut radionuklida alam. Radionuklida alam banyak terkandung dalam berbagai macam materi dalam lingkungan, misalnya dalam air, tumbuhan, kayu, bebatuan dan bahan bangunan. Radionuklida primordial dapat ditemukan juga di dalam tubuh mausia. Pada saat radiasi kosmik masuk ke dalam atmosfer bumi, terjadi interaksi dengan inti atom yang ada di udara menghasilkan berbagai macam radionuklida. Yang paling banyak dihasilkan adalah H-3 dan C-14. Kecepatan peluruhan dan kecepatan
pembentukan
radionuklida
seimbang,
sehingga
secara teoritis
jumlahnya di alam adalah tetap. Berdasarkan fenomena tersebut, maka dengan mengukur kelimpahan C-14 yang ada dalam suatu benda, dapat ditentukan umur dari benda tersebut dan metode penentuan umur ini dinamakan penanggalan karbon.
2.2 Manfaat Zat Radioaktif
Manfaat radioaktif/radioisotop dalam berbagai bidang : A.
Bidang kedokteran
1. I-131 Terapi penyembuhan kanker Tiroid, mendeteksi kerusakan pada kelenjar gondok, hati dan otak 2. Pu-238 energi listrik dari alat pacu jantung 3. Tc-99 & Ti-201 Mendeteksi kerusakan jantung 4. Na-24 Mendeteksi gangguan peredaran darah 5. Xe-133 Mendeteksi Penyakit paru-paru 6. P-32 Penyakit mata, tumor dan hati
5
7. Fe-59 Mempelajari pembentukan sel darah merah 8. Cr-51 Mendeteksi kerusakan limpa 9. Se-75 Mendeteksi kerusakan Pankreas 10. Tc-99 Mendeteksi kerusakan tulang dan paru-paru 11. Ga-67 Memeriksa kerusakan getah bening 12. C-14 Mendeteksi diabetes dan anemia 13. Co-60 Membunuh sel-sel kanker B.
Bidang Hidrologi.
1.Mempelajari kecepatan aliran sungai. 2.Menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah. C.
Bidang Biologis
1. Mempelajari kesetimbangan dinamis. 2. Mempelajari reaksi pengesteran. 3. Mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis. D.
Bidang pertanian.
1. Pemberantasan hama dengan teknik jantan mandul, contoh : Hama kubis 2. Pemuliaan tanaman/pembentukan bibit unggul, contoh : Padi 3. Penyimpanan makanan sehingga tidak dapat bertunas, contoh : kentang dan bawang E.
Bidang Industri
1. Pemeriksaan tanpa merusak, contoh : Memeriksa cacat pada logam 2. Mengontrol ketebalan bahan, contoh : Kertas film, lempeng logam 3. Pengawetan bahan, contoh : kayu, barang-barang seni
6
4. Meningkatkan mutu tekstil, contoh : mengubah struktur serat tekstil 5.. Untuk mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja F.
Bidang Arkeologi
1. Menentukan umur fosil dengan C-14
2.3 Cara Penentuan Umur Fosil
Ada beberapa cara untuk menentukan usia fosil diantaranya : 1. Stratigrafi Mengukur kedalaman fosil terkubur. Dengan memperhatikan lapisan batuan endapan ilmuwan dapat memperkirakan jumlah watu yang telah lewat sejak lapisan yang mengandung fosil terbentuk. Secara umum semakin dalam batuan dan fosil berada, semakin tua usia fosil. 2. Pengamatan fluktuasi medan magnet bumi Tiap lapisan medan magnet berbeda seiring waktu, medan magnet bumi terus bergeser. 3. Perhitungan radioisotop dari batuan beku sekita fosil Batuan-batuan beku memiliki sedikit unsur radioaktif tapi masih mampu dideteksi oleh alat yang sangat peka. dan radioaktif selalu meluruh seiring waktu. Sebagai contoh uranium-235 yang meluruh menjadi separuhnya dalam 700 juta tahun menjadi Timbal-207. Dengan membandingkan jumlah unsur uranium-235 dan timbal-207 dalam batuan tersebut, usian batuan beku tersebut dapat ditentukan. Penentuan usia radioisotop tidak dapat dipakai langsung pada fosil karena mahluk hidup tidak memuat unsur radioaktif. Untuk menentukan usia fosil, lapisan leleh (batuan gunung berapi) dibawah fosil (sebelum fosil ada) dan diatasnya (setelah makhluk mati) yang diperiksa.
7
4. Memakai fosil penunjuk Dengan petunjuk fosil yang ditemukan perdampingan dengan fosil yang dicari dan fosil penunjuk sudah diketahui perkiraan usianya.
2.4 Penentuan Umur fosil dengan C-14
Fosil, dari bahasa Latin fossa yang berarti “menggali keluar dari dalam tanah”, merupakan sisa-sisa atau bekas-bekas makhluk hidup yang menjadi batu atau mineral. Untuk menjadi fosil, sisa-sisa hewan atau tanaman ini harus segera tertutup sedimen. Oleh para pakar dibedakan beberapa macam fosil. Ada fosil batu biasa, fosil yang terbentuk dalam batu ambar, fosil ter, seperti yang terbentuk di sumur ter La Brea di Kalifornia. Hewan atau tumbuhan yang dikira sudah punah tetapi ternyata masih ada disebut fosil hidup. Fosil yang paling umum adalah kerangka yang tersisa seperti cangkang, gigi dan tulang. Fosil jaringan lunak sangat jarang ditemukan.Ilmu yang mempelajari fosil adalah paleontologi, yang juga merupakan cabang ilmu yang direngkuh arkeologi. Secara singkat definisi dari fosil harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: merupakan sisa dari organisme, terawetkan secara alamiah, pada umumnya padat/kompak/keras, berumur lebih dari 11.000 tahun. Proses pembentukan fosil: pertama bahan baku harus organik dari makhluk hidup; kedua harus diendapkan dalam suatu lingkungan pengendapan fosilisasi (endapan volkanik atau satuan karst); dan ketiga faktor masa/waktu yang diperlukan untuk fosilisasi. Setiap mahluk hidup (manusia, binatang dan tumbuhan) dan benda mati di Bumi ini mengandung karbon-14. Tumbuhan menyerap karbon-14 dari udara selama membuat makanan, yaitu fotosintesis dan binatang herbivore atau pemakan tumbuhanm meperoleh bahan tersebut. Kalau suatu tumbuhan atau binatang mati, simpanan karbon-14-nya kian berkurang karena, seperti semua unsur radioaktif, karbon-14 melapuk dan kehilangan separuh massanya dalam rentang waktu 5.568 tahun, satu periode yang disebut umur paro. Jika jumlah
8
karbon-14 dalam sekerat tulang antelope modern dibandingkan dengan jumlah karbon-14 pada fosil antelope, dan dengan menghitung pelapukan karbon-14, para peneliti dapat menghitung dengan tepat kapan antelope purba itu mati. Semakin tua sebuah fosil, semakin sedikit karbon-14 yang dikandungnya. Usia fosil bisa ditentukan dengan metode peluruhan radioaktif. Unsur yang sering digunakan untuk kegiatan ini adalah atom karbon-14 (C-14). Setiap mahluk hidup (manusia, binatang dan tumbuhan) dan benda mati di Bumi ini mengandung karbon-14. C-14 mempunyai waktu paruh 5.730 tahun, maksudnya jika dalam tubuh mahluk hidup terdapat 1000 atom C-14, 5.730 tahun setelah mahluk hidup itu mati, jumlah atom C-14 akan berkurang setengahnya menjadi 500. 5.730 tahun berikutnya
atau
11.460
tahun
kemudian
jumlahnya
tersisa
250
dan
seterusnya.Dengan mengukur jumlah C-14 yang terkandung pada fosil, umur fosil bisa ditentukan. Untuk rekaman sepanjang sejarah, metode ini cukup baik dengan penyimpangan akurasi sekitar beberapa ratus tahun. Untuk penentuan usia fosil zaman prasejarah, digunakan unsur lain seperti rubidium-87 yang waktu paruhnya 50 juta tahun atau samaryum-147 yang mempunyai waktu paruh selama 100 juta tahun. Dalam buku-buku teks kimia, penentuan umur dengan menggunakan radiokarbon bergantung pada pembentukan karbon-14 di bagian atas atmosfer menurut reaksi berikut ini:
Menurut persamaan reaksi ini, terjadi konversi nitrogen biasa menjadi karbon-14 yang bersifat radioaktif oleh neutron berenergi tinggi (yang dihasilkan oleh radiasi kosmis). Karbon-14 memiliki waktu-paruh 5.730 tahun, atau, dengan kata lain, 1,0 gram karbon-14 akan berdekomposisi menjadi tepat 0,5 gram dalam 5.730 tahun. Karbon-14 meluruh dengan membebaskan partikel beta menurut persamaan berikut.
9
Atom-atom karbon tunggal yang dihasilkan di atmosfer bagian atas ini bersifat sangat reaktif dan segera bergabung dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida yang digunakan oleh tumbuh-tumbuhan. Tumbuhan selanjutnya dimakan oleh hewan, sehingga masuklah karbon-14 ke dalam rantai makanan. Penentuan umur dilakukan dengan mengasumsikan bahwa persentase karbon-14 di atmosfer adalah konstan dan bahwa radiokarbon dalam semua organisme hidup berada dalam kesetimbangan dengan atmosfer. Jika asumsi-asumsi ini tepat, persentase karbon-14 dalam organisme hidup akan sama dengan persentase karbon-14 di atmosfer. Ketika tumbuhan dan hewan mati, kesetimbangan dengan atmosfer juga berhenti, dan karbon-14 dalam tubuh organisme mulai meluruh. Jumlah karbon-14 yang tersisa dapat digunakan untuk memperkirakan umur dari tumbuhan dan hewan yang telah mati tersebut. Yang diperlukan untuk perkiraan umur tersebut hanyalah pengukuran rasio
dan ini dapat dilakukan dengan
mudah menggunakan spektrometri massa. Diagram skematik dari sebuah spektrometer massa sederhana dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Permasalahan dari metode ini
adalah proporsi karbon-14 dalam
keseluruhan karbon dioksida di atmosfer tidaklah konstan tetapi bervariasi sedikit dari waktu ke waktu karena tidak konstannya produksi radiokarbon di atmosfer dari tahun ke tahun. Laju produksi radiokarbon ini dipengaruhi oleh perubahan
10
ventilasi lautan (misalnya, permukaan laut yang lebih hangat melepaskan lebih banyak karbon dioksida yang terlarut di dalamnya), atau oleh variasi geomagnetik (neutron memiliki momen magnetik dan akan dipengaruhi oleh perubahan siklis medan magnetik bumi). Faktor lain, seperti adanya supernova (ledakan bintang di akhir usianya), dapat menyebabkan perubahan fluks sinar kosmis (radiasi gamma). Sinar kosmis, ketika berinteraksi dengan atom-atom di bagian atas atmosfer, menghasilkan neutron dan proton, dan neutron yang dihasilkan kemudian dapat bereaksi dengan nitrogen untuk membentuk karbon-14. Adanya variasi level karbon-14 di atmosfer berarti bahwa kalibrasi diperlukan dalam hal penentuan umur. Kalibrasi ini dilakukan dengan memanfaatkan objek lain yang telah diketahui umurnya, sehingga dapat dilakukan koreksi terhadap rasio hasil pengukuran pada objek yang akan ditentukan umurnya. Dengan demikian, pengaruh berubah-ubahnya laju produksi karbon-14 dapat dihilangkan. Cara elegan untuk melakukan kalibrasi ini adalah dengan membandingkan umur yang ditentukan oleh hasil pengukuran karbon-14 dengan usia pepohonan. Usia pepohonan ditentukan dengan menghitung cincin pertumbuhan tahunan pada pohon-pohon yang berusia sangat tua, seperti sequoia dan jenis pinus tertentu (beberapa jenis pinus jerman berusia 10.000 tahun). Penentuan umur dengan radiokarbon memberikan hasil yang akurat selama objek yang akan ditentukan umurnya masih berada dalam kisaran 10.000 tahun yang telah dikalibrasi. Pada dasarnya, dimungkinkan untuk menentukan umur objek sampai dengan 50.000 tahun, tetapi dalam prakteknya, untuk umur yang lebih tua daripada 10.000 tahun, tidak ada metode kalibrasi yang dapat digunakan, sampai baru-baru ini setelah ditemukannya suatu metode baru. Sebelum itu, kesalahan (error ) dalam menentukan umur diperkirakan bisa mencapai ± 3000 tahun. Metode kalibrasi
terbaru
tersebut dilakukan
oleh Kitagawa dari
International Center for Japanese Studies dan van der Plicht di University of Goningen, Netherlands. Mereka menganalisis lebih dari 250 contoh fosil yang diambil dari deposit sedimen yang terbentuk lapisan demi lapisannya setiap tahun di Danau Suigetsu di Jepang. Menghitung jumlah lapisan sedimen analog dengan
11
menghitung cincin pertumbuhan tahunan pada pepohonan. Data yang diperoleh dari sedimen-sedimen berusia muda sangat cocok dengan data yang diperoleh dari cincin pepohonan. Dengan menggunakan pengukuran dari banyak percobaan berbeda, kedua peneliti ini mampu memplot kurva kalibrasi yang membandingkan antara umur yang disimpulkan dari pengukuran proporsi karbon-14 dengan umur yang disimpulkan dari sumber-sumber lain. Secara umum, umur sebenarnya (actual age) dari sebuah objek sedikit lebih kecil daripada umur yang diperoleh dengan metode karbon-14. Perbedaan ini biasanya dapat diabaikan untuk periode yang tercatat dari sejarah manusia, tetapi bisa berarti diperlukannya koreksi yang signifikan untuk periode-periode sebelumnya. Kalibrasi ini hasilnya sama dengan hasil dari usaha kalibrasi lain yang menggunakan data lebih sedikit, selain itu juga memberi hasil yang sama dengan metode radioisotop lainnya (yang menggunakan uranium dan thorium) dalam suatu penelitian untuk mengestimasi umur karang laut. Diperluasnya kalibrasi karbon-14 ini memiliki arti penting dalam upaya memastikan akurasi penentuan umur bahan organik, dan juga, lebih dari itu, memungkinkan kita untuk memperoleh pengertian yang lebih mendalam tentang variasi lautan dan iklim planet bumi dihubungkan dengan zaman es terakhir, tentang medan magnetik bumi, dan tentang fluktuasi dalam produksi radioisotop di atmosfer. Cara mengidentifikasi fosil tersebut ialah mengambil sempel dari mahluk tersebut kemudian dilakukan dengan pencacahan untuk mengetahui jumlah atom yang ada di mahluk tersebut yaitu dengan mengetahui jumlah atomnya maka dapat menentukan waktu paruh dari unsur itu Rumus untuk menghitung berapa tua sebuah sampel dengan penanggalan carbon-14 adalah : t = [ ln (Nf/No) / (-0.693) ] x t1/2 dimana ln adalah logaritma natural, Nf/No adalah persentase carbon-14 dalam sampel dibandingkan dengan jumlahnya dalam jaringan hidup, dan t1/2 adalah
12
waktu paruh carbon 14 (5.700 tahun). Jadi, bila anda menemukan fosil dengan 10 persen carbon-14 dibandingkan sampel hidup, maka fosil itu akan berusia : t = [ ln (0.10) / (-0.693) ] x 5,700 tahun t = [ (-2.303) / (-0.693) ] x 5,700 tahun t = [ 3.323 ] x 5,700 tahun t = 18,940 tahun Karena waktu paruh carbon-14 5.700 tahun, ia hanya sah untuk penentuan usia benda hingga 60.000 tahun. Walau demikian, prinsip carbon-14 berlaku pada isotop lainnya pula. Potassium-40 adalah unsur radioaktif lainnya yang alami ditemukan dalam tubuh anda dan memiliki waktu paruh 1,3 miliar tahun. Radioisotop lainnya yang berguna untuk penanggalan radioaktif termasuk Uranium-235 (waktu paruh = 704 juta tahun), Uranium-238 (Waktu paruh = 4,5 miliar tahun), Thorium-232 (waktu paruh = 14 miliar tahun) dan Rubidium-87 (waktu paruh = 49 miliar tahun).
13
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Dari pembahasan di atas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : Setiap mahluk hidup (manusia, binatang dan tumbuhan) dan benda mati di Bumi ini mengandung karbon-14. Kalau suatu tumbuhan atau binatang mati, simpanan karbon-14-nya kian berkurang karena, seperti semua unsur radioaktif, karbon-14 melapuk dan kehilangan separuh massanya dalam rentang waktu 5.568 tahun, satu periode yang disebut umur paro. Menggunakan
persamaan
t={ln(Nt/No)/ln2xt1/2},
kita
dapat
memperkirakan umur suatu fosil. Dengan hanya mengambil data berapa kandungan carbon-14 yang masih tersisa di dalam fosil lalu memasukkannya ke persamaan tersebut diketahui bahwa waktu paroh dari unsur C-14 adalah 5700 tahun, kita dapat secara langsung tahun berapa fosil tersebut hidup. Karena cara pengukuran ini sudah sangat tua sekali dan di anggap akurat, diharapkan sekali para ilmuwan untuk bisa menemukan banyak fosil dan memprediksi umurnya, sehingga pembelajaran sejarah akan lebih akurat. Disamping itu juga diharapkan pada para ilmuwa untuk bisa memanfaatkan sifat yang dimiliki oleh bahan radioaktif untuk perkembangan ilmu pengetahuan alam lainnya.
3.2 Saran 1. unsur radioaktif dapat diaplikasikan sebaik mungkin dalam bidang-bidang bidang tersebut diatas, dan sebaiknya dapat menjauhi bahaya-bahayanya. 2. dapat dilakkukan penelitian lanjutan terhadap unsur radioaktif dan radioisotop untuk mengetahui manfaat dan bahaya lain yang ditimbulkan. 3. oleh karena unsur radioaktif sangat berbahaya, maka sebaiknya tidak disalahgunakan dalam bidang-bidang berbahaya, seperti senjata pemusnah massal.
14
DAFTAR PUSTAKA
•
Maulidin, Ujang. 2007. KIMIA untuk SMA dan MA Kelas XII . Bandung: Sarana Panca Karya Nusa.
•
http://id.shvoong.com/exact-sciences/zoology/2016260-caramenghitung-usia-fosil/#ixzz1ZXfSkOjM
•
http://cingciripit.wordpress.com/2007/08/29/cara-menentukan-usia-fosil/
•
http://www.scribd.com/doc/41976300/Unsur-RadioaktifFormat
•
http://www.faktailmiah.com/2011/08/13/bagaimana-ilmuanmengetahui-usia-fosil.html
•
http://shantymerissa.wordpress.com/2011/05/31/hitungumur-fosil/
•
http://marshallurivo.blogspot.com/2007/03/menentukan-umur-fosil.html
•
http://gurufisikamuda.blogspot.com/2010/02/manfaat-zat-radioaktifradioisotop.html
•
http://www.chem-istry.org/artikel_kimia/kimia_analisis/penentuan_umur_dengan _c_14/
15
