Penemuan Naskah Al-Quran Tertua : Penanggalan Karbon-14

Sky News - Naskah Al Quran tertua yang ditemukan di Birmingham

Penemuan naskah Al Quran tertua bermula dari seorang kandidat doktor bernama Alba Fadeli meneliti koleksi di perpustakaan Unversitas Birmingham. Ketika di melihat keistimewaan bahan dan gaya tulisan naskah kuno yang merupakan bagian dari Al Quran yang tertulis pada 2 lembar kulit domba atau kambing tersebut, dia memutuskan untuk melakukan uji untuk menentukan usia naskah kuno tersebut. Dari hasil pengujian dengan tingkat akurasi 95.4%, naskah Quran tersebut diperkirakan berusia 1370 tahun atau ditulis pada kisaran tahun 568 - 645 M. Pertanyaannya adalah bagaimana bisa peneliti memperkirakan usia naskah tersebut? Metode penentuan usia naskah kuno tersebut adalah Carbon-14 Dating (penanggalan karbon 14).

Prinsip Penanggalan Karbon

Proses karbon-14 terbentuk di alam dan terakumulasi dalam makhluk hidup

Di alam, karbon eksis dalam dua isotop stabil, karbon-12 dan karbon-13, dan satu isotop radioaktif, karbon-14, atau lebih dikenal dengan radiokarbon. Karbon-14 dihasilkan ketika neutron aktif yang dihasilkan oleh radiasi sinar kosmis bertumbukan dengan atom Nitrogen. Tumbukan ini melepaskan proton dan menyisakan karbon 14. Proses ini dapat dinyatakan dalam reaksi kimia nuklir :

Setelah dihasilkan, radiokarbon dengan cepat teroksidasi menjadi CO2. Cepatnya proses oksidasi ini telah dikonfirmasi melalui pengukuran radiokarbon pada pengujian bom termonuklir. Secara alamiah CO2 digunakan tanaman untuk melakukan fotosintesis. Melalui daur karbon, manusia, tumbuhan, hewan, dan semua yang ada di biosfer bumi selalu memperoleh porsi karbon-14. Porsi karbon-14 dibandingkan dengan karbon-12 memiliki rasio sebesar 0.0000000000015 atau 15 dengan 12 angka 0 di belakang koma; di samping itu ada 1% porsi karbon-13. Hal ini berarti dalam 12 gram karbon akan terdapat sekitar 90 miliar atom karbon-14, 600 juta triliun atom karbon-13, dan 6 miliar triliun atom karbon-12. Kandungan radiokarbon dan karbon non radioaktif pada makhluk hidup akan sama selama daur karbon masih berlangsung. Ketika makhluk hidup mati, daur karbon akan berhenti dan penanggalan karbon dimulai. Karbon-14 akan meluruh secara konstan dan spontan tanpa dipengaruhi suhu, tekanan, dan zat kimia. Peluruhan ini akan memancarkan partikel beta lemah (e-) dan antineutrino (ve).

Waktu yang dibutuhkan karbon-14 untuk meluruh sebanyak separuh bagian (t0.5) adalah 5568 tahun. Kandungan karbon-14 akan berkurang, tetapi kandungan karbon-12 akan tetap sama. Dengan menghitung rasio karbon-14 dan karbon-12 akan dapat ditentukan lama waktu yang telah lewat sejak berhentinya daur karbon. Persamaan berikut digunakan untuk secara sederhana menentukan usia peluruhan (t).

dengan Nf sebagai rasio radiokarbon ketika pengukuran dilakukan dan No sebagai rasio radiokarbon ketika daur karbon masih berlangsung. Sehingga misalkan ketika perbandingan antara Nf dan No sebesar 84%, persamaan tersebut menjadi,

Jadi dengan perbandingan 84% suatu objek memiliki usia 1400 tahun. Penanggalan karbon-14 dapat digunakan untuk semua objek asal mengandung karbon-14 seperti arang, kayu, tulang, kulit, rambut, tembikar, lumpur, cangkang telur, kain, kertas, fosil, resin, air, es, karang, tanduk, paduan logam, lukisan, dan lain-lain. Namun dengan waktu paruh karbon-14 yang hanya 5568 tahun, metode penanggalan karbon hanya andal digunakan untuk penanggalan objek yang berusia tidak lebih dari 60 ribu tahun. 

Perintis Penanggalan Karbon

Usai perang dunia ke 2, ilmuwan Amerika Williard Libby memimpin sebuah tim peneliti untuk mengembangkan metode pengukuran aktivitas karbon. Libby dan timnya mempublikasikan paper pertama mengenai deteksi radiokarbon pada sampel organik. Ia juga adalah orang pertama yang melakukan pengukuran laju peluruhan radiokarbon dan menetapkan angka 5568 ± 30 sebagai waktu paruh karbon-14 dan dikenal juga sebagai Libby half-life. Libby lantas dianugrahi hadian Nobel bidang kima pada 1960 atas usahanya mengembangkan penanggalan karbon.

Instrumen pada awal generasi metode penanggalan karbon berupa silinder kuningan. Desain instrumen penanggalan karbon-14 kemudian dikembangkan dengan metode lain oleh Charles Tucek pada tahun 1950an. Keseluruhan sistem berupa tabung-tabung kaca.

Apparatus Libby : inti instrumen penghitung radiasi yang dikelilingi tabung anticoincidence. Tampak samping (atas). Tampak depan (bawah)

 Pada 1962, tepat setelah Libby mendonasikan apparatusnya, ia mendatangi Smithsonian untuk mendemostrasikannya.

Apparatus Tucek (atas), tampak detail (bawah)

Charles Tucek

Metode Pengukuran Radiokarbon

Seiring dengan perkembangannya, penanggalan karbon-14 dapat dibagi menjadi tiga metode yaitu metode gas proportional counting, metode liquid scintillation counting, dan accelerator mass spectroscopy. Semua metode tersebut memakai asam oksalat sebagai standar pengukuran.

Metode gas proportional counting merupakan metode radiometrik konvensional dengan menghitung partikel beta yang diemisikan hasil dari peluruhan. Sampel karbon dikonversi menjadi gas karbon dioksida terlebih dahulu sebelum pengukuran dilakukan.

Metode liquid scintillation counting merupakan metode pengukuran radiometrik yang populer pada tahun 1960an. Sampel pada metode ini berupa cairan dan ditambahkan zat scintillator (pengilau). Zat pengilau tersebut akan menghasilkan kilatan cahaya ketika berinteraksi dengan partikel beta. Pengukurann dilakukan dengan menghitung kilatan cahaya yang dihasilkan.

Metode accelerator mass spectroscopy (AMS) merupakan metode penanggalan karbon modern yang diklaim sebagai metode paling efisien. AMS mengakselerasi atom sampel dengan energi kinetik tinggi. Pengukuran dilakukan berdasarkan analisa massa atom yang diakselerasi. Preparasi diawali dengan mempersiapkan sampel dalam bentuk grafit solid yang dilakukan melalui proses graphitization dengan katalis logam. Secara sederhana, sampel dibakar untuk menghasilkan grafit. Grafit tersebut kemudian dikompaksi hingga siap untuk dipapar ion cesium. Ion cesium ditembakkan ke sampel dan menghasilkan atom karbon bermuatan negatif. Atom bermuatan negatif tersebut kemudian dipercepat menuju terminal positif dengan beda potensial sebesar 2 juta volt. Dalam perjalannya menuju terminal positif, atom melintasi medan magnet. Lintasan atom akan terdefleksi sesuai dengan massa atom. Isotop atom karbon yang lebih berat akan sulit terdefleksi. Detektor menghitung sudut defleksi tersebut untuk mengukur kuantitas karbon. Pada akhirnya, dapat diketahui porsi karbon-14, karbon-13, dan karbon-12.

Accelererator Mass Spectrometry

Kelebihan utama AMS adalah hanya dengan 20 miligram sampel, pengukuran dapat dilakukan. Untuk artefak dan material berharga, hal ini sangat berarti. Walaupun begitu, dengan kecilnya sampel yang diuji, proteksi zat kontaminan cukup sulit. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan uji cukup singkat yaitu hanya beberapa jam per sampel di mana metode radiometrik lain membutuhkan paling tidak dua hari. Untuk sebuah instrumen dengan keakurasian penanggalan hingga 95%, tentu harga dan biaya operasionalnya sangat mahal, mencapai miliaran rupiah.

Inilah kira-kira metode penanggalan karbon-14, yaitu AMS, yang digunakan oleh para peneliti untuk memperkirakan usia naskah Al Quran yang ditulis di atas kulit domba.

 Referensi :
[1] http://www.kompasiana.com/rrnoor/kisah-penemuan-bagian-dari-al-qur-an-tertua-di-dunia_55b16be90d9773680eb7db00
[2] https://uk.news.yahoo.com/oldest-pages-koran-found-birmingham-100846668.html#WPDn2Pf
[3] http://www.radiocarbon.com/about-carbon-dating.htm
[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Radiocarbon_dating
[5]http://americanhistory.si.edu/blog/carbon-14
[6]http://www.radiocarbon.com/accelerator-mass-spectrometry.htm
[7]http://www.c14dating.com/int.html
[8]http://science.howstuffworks.com/environmental/earth/geology/carbon-142.htm
[9]https://en.wikipedia.org/wiki/Radiocarbon_dating#Physical_and_chemical_details

 Author : Tirtadwipa Manunggal