הרבה פעמים אנו נתקלים במונח "תארוך פחמן-14" בידיעות ובספרות שמדברת על ממצאים ארכיאולוגיים - זוהי שיטת תארוך רדיומטרי [1] (Radiometric dating) שמאפשרת הצצה לתוך "תאריך המוות" של כל חומר אורגני המכיל פחמן.
האטומים של כל יסוד יכולים להופיע במספר צורות שונות הנקראות איזוטופים. האיזוטופים השונים של אותו יסוד נבדלים זה מזה במספר החלקיקים התת-אטומיים המרכיבים אותם, ספציפית נייטרונים. כמספר הנייטרונים לא משנה את התכונות הכימיות של האיזוטופ, כך שהוא יכול לשמש לאותו צורך במולקולה, אך הוא משפיע על רדיואקטיביות.
חלק מהאיזוטופים הם רדיואקטיביים: גרעין האטום אינו יציב ומתפרק תוך כדי פליטת קרינה - אותה ניתן למדוד עם מכשור ייעודי. קצב הפירוק מתואר על ידי המדד "זמן מחצית חיים": הזמן שעובר עד שחצי מכמות חומר מסוימת תעבור פירוק רדיואקטיבי ותפלוט קרינה.
הפירוק יכול להיות מהיר - ישנם איזוטופים בעלי זמן מחצית חיים של אלפיות השנייה, או איטי במיוחד: לאיזוטופים שמשמשים לתארוך רדיומטרי יש זמני מחצית חיים של בין אלפי למאות-מילארדי שנים.
פחמן הוא יסוד המרכיב כל חומר אורגני ועובר במחזור שנקרא "מחזור הפחמן", בו אטומי פחמן עוברים מתרכובת אחת לשנייה באמצעות תהליכי פירוק והרכבה של אורגניזמים או תהליכי טבע.
לצורך דוגמה, בכוס הקפה שאני שותה בעת כתיבת פוסט זה יש מולקולות לקטוז - סוכר חלב. מולקולות אלו מכילות פחמנים. הפחמנים מקורם בפרה שייצרה את החלב, לאחר שאכלה חציר, שספג דשן מהקרקע, שמקורו בהפרשות ורקבובית, שהיה בעבר לשלשת של דרור מצוי, שאכל תולעת, וכן הלאה. אותם פחמנים עברו גלגולים שונים והפכו ממולקולה אחת לשניה, אך לא התפרקו ולא השתנו.
ליסוד פחמן ישנם 3 איזוטופים: פחמן-12, פחמן-13 ופחמן-14. מתוכם רק פחמן-14 רדיואקטיבי וזמן מחצית החיים שלו הוא כ-5730 שנים. פחמן-14 נוצר כל הזמן בכדור הארץ על ידי קרינה קוסמית כך שאחוז הפחמן-14 מכלל אטומי הפחמן נשאר זהה.
כאשר אורגניזם חי, הוא מחליף אטומי פחמן עם הסביבה - כלומר אחוז הפחמן-14 מכלל אטומי הפחמן בגופו נשאר זהה לזה של הסביבה. ברגע שהוא מת, מפסיק חילוף אטומי הפחמן ומתחילה ירידה של אחוז הפחמן-14 בגלל התפרקותו האיטית. אם נשתמש במד-קרינה, נראה שהקרינה (הנובעת מפירוק רדיואקטיבי פחמן-14) מאורגניזם שמת זה הרגע חזקה בהרבה מאורגניזם שמת לפני 10000 שנה, בגלל שכמות גדולה של פחמן-14 התפרקה. מדידת עוצמת הקרינה הזו מאפשרת להעריך מתי מת האורגניזם.
תארוך פחמן-14 [2] הפך להיות שיטה סטנדרטית בארכיאולוגיה שמצליחה לזהות "תאריך מוות" של חפצים בני עד  כ-100,000 שנה, בזכות העובדה שכמות גדולה של חומרים מהם מורכבים מיצגים היסטוריים מקורם באורגניזמים חיים כמו עץ, נייר, עור ועוד. השיטה כה נפוצה ומועילה, שמפתחה ווילארד ליבי קיבל פרס נובל כ-11 שנים לאחר פרסומה (זמן שנחשב לקצר מאוד). כיום לא משתמשים במד קרינה אלא בספקטרומטר מאסות מאיץ (Mass Spectrometer), מכשיר שמסוגל לספור את כמות אטומי הפחמן-12 ופחמן-13 לעומת פחמן-14, וכך לתת את אחוז הפחמן-14 בדגימה, בזכות העובדה שלאיזוטופים שונים משקל שונה.
כמו כל שיטת מדידה, גם תארוך פחמן-14 לא חפה מטעויות. זיהום הדגימה על ידי תהליכים חיצוניים או הבדל בשכיחות האיזוטופים באורגניזמים שונים יכולה לתת תארוך לא מדויק.
מחזור הפחמן הוא קריטי לתזוזת פחמן-14 בכדור הארץ, בעיקר על ידי פוטוסינתזה ונשימה תאית, כאשר הנשא העיקרי של הפחמן הוא הגז דו-תחמוצת הפחמן (CO2). ככל שמתרחקים מהאטמוספרה, ספיגת ופליטת ה-CO2 משתנה.
לדוגמה, אורגניזמים החיים בתחתית האוקיינוס נחשפים למעט פחמן-14 בגלל ש-CO2 אטמוספרי לא מגיע אליהם: הגז מתמוסס לאיטו בפני האוקיינוס אך נדידתו לתחתית האוקיינוס איטית עד לא קיימת, ועל כן תארוך פחמן-14 אינו יעיל עבור שאריות אורגניזמים ימיים.
שגיאה נוספת נובעת מהתחלת השימוש באנרגיה גרעינית בתחילת המאה ה-20, אשר הפרה את היחס המקורי של פחמן-14 ופחמן-12 - שינוי שיעשה הרבה כאב ראש לארכיאולוגים בעתיד שירצו לחקור את תקופתנו.
השגיאה בתארוך היא יחסית לגיל וטיב הדגימה: עבור דגימת עץ בת כ-4500 שנה, השגיאה בתארוך היא +-40 שנה, בוודאות של 95% [3].
תארוך פחמן-14 היא שיטה רדיומטרית אחת מיני רבות: שיטות אחרות עוקבות אחרי יסודות רדיואקטיביים אחרים ומצליחות לתת תארוך עבור סדרי גודל שונים של שנים.
בעבר פרסמנו בעמוד שני פוסטים על מחקרים ארכיאולוגיים: על צורתו המודרנית של המוח האנושי [4] ועל השרידים המוקדמים ביותר של האדם המודרני מחוץ לאפריקה, שנמצאו בכרמל [5].
בשני מחקרים אלו היה שימוש בתארוך רדיומטרי אחר, של צמד האיזוטופים אורניום ות'וריום U-Th, שמשמש לתארוך של עד לפני 500,000 שנים.
תארוך רדיומטרי עבור דברים ממש עתיקים הוא תארוך סאמאריום-נאודיום, שעוקב אחרי תהליך הפירוק של סאמאריום-147 לנאודיום-143. זמן מחצית החיים של פירוק זה הוא 106,000,000,000 (!!!!) שנים. תארוך זה מסייע בתארוך גילם של סלעים שמקורם בהתפרצויות געשיות.
מקורות וקריאה נוספת:

1. שיטות רדיומטריות
2. על תארוך פחמן-14 
3. שגיאות בתארוך פחמן-14
4. פוסט על צורתו המודרנית של המוח האנושי
5. פוסט על שרידים ארכיאולוגיים שנמצאו בכרמל