Konsep Penanggalan Absolut: Radioaktif

Pada artikel sebelumnya, kita sudah membahas bagaimana menentukan umur relatif batuan memakai metode penanggalan relatif. Tapi metode penanggalan relatif nggak begitu memuaskan, geosciensters. Ini karena penanggalan relatif hanya memberitahu kita batuan A lebih tua atau lebih muda daripada batuan B. Pertanyaannya, berapa tahun tepatnya, batuan A lebih tua?? 100 juta tahun?? 200 juta tahun?? Inilah yang dicoba jawab metode penanggalan absolut.

Ada banyak cara untuk mengetahui secara exact umur batuan, antara lain metode jejak fisi (fission track),  thermoluminescence, dan penanggalan radioaktif (radioactive dating). Kita akan membahas yang terakhir karena ini yang paling sering digunakan di geologi (dan paling mungkin keluar di OSN juga, hehehe).

Jadi, gimana sih cara kerja penanggalan radioaktif?

Sampai sekarang, ada sekitar 140 unsur kimia yang ditemukan manusia. Mayoritas unsur-unsur itu stabil, tapi ada juga beberapa unsur yang nggak stabil. Contoh terkenal misalnya Uranium; unsur ini ‘nggak nyaman’ dengan keadaannya sehingga ia berubah menjadi unsur lain, yaitu timbal (Pb). Perubahan suatu unsur nggak stabil menjadi unsur lain yang lebih stabil disebut meluruh atau decay.

Apa aja sih unsur-unsur yang radioaktif? Sssstt... sebenarnya, karbon (C) pun radioaktif!! Tapi tentunya nggak semua karbon.. hanya isotop C-14 aja yang merasa nggak nyaman. Isotop adalah variasi berat atom dari unsur yang sama. Karbon, misalnya, punya 3 isotop:

C-12, C-13, dan C-14. Ketiga isotop ini punya jumlah proton yang sama yaitu 6 buah proton (makanya ketiganya sama-sama unsur karbon). Namun, C-12 punya 6 neutron, sehingga berat atomnya 6+6=12 sma (satuan massa atom, pelajaran kelas X SMA, hehehe). Sedangkan C-13 punya 7 neutron dan C-14 punya 8 neutron, sehingga berat atomnya berturut-turut 13 sma dan 14 sma. See? Unsurnya sama, tapi berat atomnya berbeda.

Kembali ke radioaktivitas, dari ketiga isotop karbon di atas, C-14 lah yang radioaktif, sedangkan unsur C-12 dan C-13 stabil-stabil aja. Unsur ini meluruh menjadi N-14. Sebenarnya, Uranium pun punya 2 isotop: U-235 dan U-238. Kebetulan dua-duanya sama-sama radioaktif.

Nah, sekarang bagaimana kita memanfaatkan sifat radioaktivitas unsur untuk mengetahui ‘tanggal ulang tahun’ batuan?

Unsur radioaktif menyebar di mana-mana, termasuk di batuan. Mineral muskovit pada batuan granit biasanya mengandung Kalium-40 yang radioaktif. Sekarang, bayangkan suatu tubuh batuan granit baru saja membeku dari magma. Mineral muskovit pada granit ini mengandung K-40 sebanyak 8 buah.

K-40 sedikit demi sedikit berubah menjadi Ar-40. Setelah beberapa waktu berlalu, setengah dari isotop induk (K-40) meluruh menjadi isotop anak, yaitu Argon-40. Waktu ini kita sebut dengan waktu paruh, atau half-life.Waktu paruh ini berbeda-beda untuk tiap unsur radioaktif. Waktu paruh untuk K-40 ialah 1,3 milyar tahun.

Jadi, setelah 1,3 milyar tahun berlalu, setengah dari jumlah K-40 yang ada akan berubah menjadi Ar-40. Jadi, 4 buah K-40 bakal meluruh:

Berapa perbandingan K-40: Ar-40? Jawabnya 1:1.

Setelah 2,6 milyar tahun berlalu, setengah dari jumlah K-40 yang ada akan berubah menjadi Ar-40. Nah, sekarang ‘kan K-40 sisa 4 buah. Jadi, setengah dari 4, yaitu 2 buah K-40 akan meluruh menjadi Ar-40.

Berapa perbandingan K-40: Ar-40? Jawabnya 1:3. Ya kan?

Jadi, konsep dasar penanggalan radioaktif adalah mencari rasio antara isotop induk dibanding isotop anak. Semakin kecil rasionya, semakin tua umur batuan tersebut.

Sekarang, coba kerjakan soal KebumianTryout #5, Januari 2011 ini:

Sebuah sampel granit mengandung muskovit, dimana muskovit tersebut mengandung 

unsur K yang radioaktif. Unsur K radioaktif meluruh menjadi unsur Ar. Jika diketahui 

pada sampel granit perbandingan K radioaktif dan Ar adalah 1:3, berapakah umur 

batugranit tersebut? (waktu paruh K‐radioaktif = 1,3 milyar tahun) 

Soal KebumianTryout#5,  esai no.1

(Jawab: 2,6 milyar tahun)

Gampang, ‘kan? :D