Saisiko olla hieman popcornia? …eli radioaktiivisuuden perusteet maissinjyvässä!

Viime viikolla kirjoitin siitä että zirkoni on tutkimukseni paras ystävä, sillä se tallentaa muistiinsa tapahtumia vuosimiljardien takaa. Zirkonin käyttökelpoisuus pohjautuu siihen, että kiteytyessään kivisulasta, eli magmasta, zirkoni ottaa rakenteeseensa vastaan radioaktiivista uraania (U), mutta ei juurikaan uraanin hajoamistuotetta lyijyä (Pb). Tätä tapahtumaa voi verrata kattilaan jonne kaadetaan maissinjyviä.

kiteytyvä-zirkoni — Leffaeväät tuloillaan! Kiteytyvä zirkoni ottaa rakenteeseensa vastaan vain uraania. Kattila ottaa vastaan vain poksahtamattomia maissinjyviä.

Kiteytynyt zirkoni pysyy alle 900°C:ssa suljettuna systeeminä – samalla tavalla kuin kannella suljettu kattila. Parhaimmassa tapauksessa zirkoni, sekä kattilan kansi, pysyy suljettuna kiteytymishetkestä tähän päivään. Tämä tarkoittaa että sinne ei siis ajan kuluessa pääse livahtamaan lisää (eikä sieltä myöskään poistu) maissinjyviä tai valmiita popcorneja.

suljettu-systeemi — Zirkoni ja kattila ajanhetkellä 0, eli kun systeemi on juuri sulkeutunut.

Ajan kuluessa zirkonissa oleva radioaktiivinen uraani (=äiti-isotooppi) hajoaa määrätyn hajoamissarjan kautta stabiiliksi lyijyksi (=tytär-isotooppi). Tapahtuma on yksisuuntainen: lyijy ei voi muuttua takaisin uraaniksi. Laittaessasi maissinjyviä kattilaan, et voi tietää mikä niistä poksahtaa ensimmäisenä (= radioaktiivisuuden spontaanisuus). Ja kun maissinjyvä on poksahtanut maukkaaksi popcorniksi, se ei voi muuttua takaisin jyväksi (= radioaktiivisen tapahtuman peruuttamattomuus).

Kohtaamisia isotooppimaailmassa. Hiili on stabiili isotooppi, toisin kuin uraani. ** — Kohtaamisia isotooppimaailmassa. Hiili-12 isotooppi on yksi pysyvistä eli stabiileista isotoopeista, toisin kuin uraani. Kuva piirretty Clocks in Rocks -sivun idean pohjalta**.

Radioaktiivisten aineiden hajoamista kuvataan puoliintumisajalla. Radioaktiivisten alkuaineiden puoliintumisajat vaihtelevat. Uraanin 235-isotoopin puoliintumisaika on 704 miljoonaa vuotta. Tämä tarkoittaa että yhden puoliintumisajan, eli 704 miljoonan vuoden kuluessa, puolet äiti-isotoopeista on hajonnut tytär-isotoopeiksi. Mittaamalla äiti- ja tytärisotooppien määrät, voidaan kiven ikä laskea tiedetyn puoliintumisajan avulla. Popcornivertauksessa tämä tarkoittaisi sitä, että yhden puoliintumisajan kuluttua puolet kattilassa olevista jyvistä on poksahtanut popcorniksi. Jos tiedettäisiin mikä on maissinjyvien “puoliintumisaika” voitaisiin jäljellä olevien poksahtamattomien (äiti-isotoopit) ja poksahtaneiden maissinjyvien (tytär-isotoopit) määrät laskemalla arvioida milloin kattilallinen maissinjyviä laitettiin hellalle.