Nawet jeśli izotopy promieniotwórcze istniały od pierwszej sekundy Wielkiego Wybuchu, przechodzą drugą młodość, dzięki odkryciom zapoczątkowanym w XX wieku. Chociaż promieniowanie jonizujące zwykle kojarzy się z energetyką jądrową diagnostyką i terapią onkologiczną, a także z narażeniem radiologicznym, ma również inne, nieco mniej popularne zastosowania, np. wśród… kamieni!
Izotopy promieniotwórcze, emitujące charakterystyczne promieniowanie, pozwalają znakować materiały. Nie chodzi o sztuczne znakowanie, a o zastosowanie izotopów powszechnie występujących w środowisku. Każdy otaczający nas przedmiot zawiera naturalny, typowy dla siebie skład izotopów promieniotwórczych, które pozostają w pewnych zależnościach pomiędzy sobą, tworząc charakterystyczne dla tego obiektu zestawienie, swoisty odcisk palca. Badanie stosunków izotopowych otwiera nowe spektrum badań, metody badawcze zaś nie są trywialne i powszechnie opisywane w podręcznikach akademickich. Mówiąc wprost, jest to zupełnie nowe pole dla badań i problemów, które można rozwiązać.
Przejdźmy od słów do praktyki. Zastanówmy się, gdzie takie metody, bazujące na izotopach promieniotwórczych, mogłyby się przydać?
Przykład pierwszy – atmosfera
Oczywiście nawet najczystsze powietrze zawiera naturalne izotopy promieniotwórcze, które wynikają, chociażby z wyparowywania radonu Rn-222 z gruntu. Izotopy o krótkim cyklu życia, powstające z rozpadu promieniotwórczego radonu, np. Pb-210 i Po-210, przyłączają się do aerozoli i mogą być wraz z nimi transportowane nawet na spore odległości.
Stopień nagromadzenia Po-210 w stosunku do izotopu Pb-210 zależny jest od czasu przebywania aerozolu w atmosferze. Stosunek izotopu Po-210/Pb-210 jest więc zegarem, określającym czas życia aerozoli, czyli ich wiek. Drobne frakcje o średnicy mniejszej niż 1μm, zwykle bardziej mobilne, mogą przebywać w troposferze nawet miesiąc, podczas gdy te o średnicy 10 μm mogą być w niej zaledwie kilka godzin.
Jeśli dodamy do tego fakt, że najczęściej powietrze jest zanieczyszczone i zawiera dodatkowe składniki, to stosunek izotopowy może odgrywać rolę detektywa, który pozwala wyśledzić źródło zanieczyszczenia. Z pewnością każdy słyszał o awarii w Fukushimie w 2011 roku. Studium tego przypadku dostarczyło pokaźny zestaw danych izotopowych, które pełniły funkcję znaczników dynamiki rozprzestrzeniania się chmury i danych do prognozowania narażenia radiologicznego.
Przykład drugi – meteoryty
Obiekty geologiczne w kosmosie, podobnie jak skorupa ziemska, zawierają naturalne izotopy promieniotwórcze, choć są one zupełnie inne. Ich kompozycja i wzajemne stosunki izotopowe, również są charakterystyczne dla każdego obiektu. Meteoryty, które są odnajdowane na Ziemi, dostarczają wiedzy o izotopowym składzie obiektów w układzie słonecznym. Także tym razem izotopy mogą dostarczać informacji o wieku meteorytu, jak również mogą wskazywać na wspólne pochodzenie, np. z tego samego spadku czy z tej samej planetoidy.
Przykład trzeci – promieniotwórcze skamieniałości
Okazuje się, że utrwalone w skorupie ziemskiej ślady dawnego życia – skamieniałości zwierząt czy roślin – mogą być bardziej promieniotwórcze, niż otaczająca je skała osadowa. Kompozycja izotopów promieniotwórczych w strukturze skamieniałości może być zupełnie inna od tej obecnej w przyległej skale.
Rozkładająca się materia organiczna tworzyła specyficzne warunki fizykochemiczne, umożliwiające nagromadzenie określonych pierwiastków, np. fosforu czy uranu. Wyższa koncentracja uranu, w tym jego izotopów promieniotwórczych, generuje wyższą koncentrację pochodnych z naturalnych szeregów. Ulegają one ponownym przemianom promieniotwórczym w kolejne izotopy, a wszystkie razem w konsekwencji uzyskują wyższą promieniotwórczość.
Co ciekawe, naturalna fosfatyzacja sprzyjała utrwaleniu tkanek miękkich, które w normalnych warunkach nigdy nie ulegają skamienieniu. W konsekwencji zdarza się, że promieniotwórcze skamieniałości okazują się bardzo dobrze zachowane łącznie z tkankami mięśniowymi (małże) czy syfonem (amonity). Taki fenomen został uznany za pionierskie odkrycie.
Zdjęcia zamieszczone w artykule są autorstwa Jacka Szabeli.
Wszechstronne studia w zakresie Fizyki doświadczanej i Informatyki stosowanej, a później doktorat w zakresie nauk chemic
