Brzina radioaktivnog raspada ovisi o kemiji okoline

napisao Tas Walker
preveo Mladen Čirjak

Tvrdi se kako radioaktivni raspad dokazuje da je Zemlja stara milijunima godina, no metode se temelje na više nedokazivih pretpostavki. Primjerice, pretpostavlja se da se brzine radioaktivnog raspada nisu mijenjale u prošlosti. Preciznije, geokronolozi pretpostavljaju da fizički uvjeti poput tlaka i temperature ne utječu na brzine radioaktivnog raspada. Također pretpostavljaju da su one neovisne o kemiji okoline.

Atomska jezgra je izuzetno malena u usporedbi s ukupnom veličinom atoma – oko 100,000 puta manjeg promjera. Budući da je jezgra smještena u središtu atoma, ona je elektronima, koju ju okružuju, dobro zaštićena od vanjskih fizičkih i kemijskih uvjeta. Iz tog se razloga radioaktivni raspad, kao nuklearan proces, smatra neovisnim o vanjskim uvjetima. Nepromjenjivost brzine raspada je temeljna pretpostavka cijele metodologije radio-datiranja. Faure tvrdi:

‘ … ne postoji razlog za sumnju u to da su konstante raspada prirodnih dugovječnih radioaktivnih izotopa, koji se koriste za datiranje, nepromjenjive i neovisne o fizičkim i kemijskim uvjetima kojima su izloženi …’¹

Jedan od načina radioaktivnog raspada, zarobljavanje elektrona, događa se kada proton iz jezgre atoma spontano zarobi elektron iz jedne od ljuski ²  i postane neutron.³ Masa atoma ostaje ista, no atomski broj se smanjuje za jedan. Zarobljavanje elektrona je jedini oblik radioaktivnog raspada koji je prepoznat kao onaj na kojeg fizički uvjeti poput tlaka možda utječu, no ti efekti se smatraju beznačajnim, te se zanemaruju.¹

Međutim, nedavna studija o raspadu berilija-7 (⁷Be) otkrila je da, suprotno dosadašnjem mišljenju, kemija okoline primjetno utječe na vrijeme radioaktivnog poluraspada zarobljavanjem elektrona.⁴ Berilij je rijedak, tvrd, lagan metal iz drugog stupca periodnog sustava – alkalni element. Njegov nukleus sadrži četiri protona, a uobičajen stabilan oblik sadrži pet neutrona, pa mu je maseni broj devet. Postoji lakši izotop berilija masenog broja sedam, sa svega tri neutrona u jezgri. Lakši izotop je nestabilan, te se zarobljavanjem elektrona raspada u litij-7 (⁷Li) (slika 1). Energija oslobođena ovim procesom uglavnom se odašilje kao gama-zračenje. Vrijeme poluraspada ⁷Be je oko 53 dana.

U nedavnoj studiji, geokemičar Chin-An Huh tvrdi kako brzina raspada 7Be ovisi o njegovu kemijskom obliku.⁴ Mjerenja su izvedena s visokom preciznosti, bez presedana, u iznosu ±0.01%, što je deset puta preciznije od dosadašnjih mjerenja. Izuzetno osjetljiv i stabilan spektrometar korišten je za praćenje gama-zračenja nastalog raspadom 7Be. Mjerena su tri različita kemijska oblika 7Be, hidratiziran Be2+ ion u otopini okružen s četiri molekule vode ([Be(H2O)4]2+, hidroksid (Be(OH)2) i oksid (BeO). Izmjerena vremena poluraspada bila su redom 53.69 dana, 53.42 dana i 54.23 dana – odstupanje između najkraćeg i najduljeg od 1.5%. Odstupanje je mnogo veće no sto se smatralo do sada.

‘Kreacionisti koji se nadaju uskladiti geološku povijest biblijskim proporcijama bit će razočarani – uočene varijacije su premalene, svega oko jedan posto, da bi utjecale na cjelokupnu vremensku skalu Zemlje.’⁵

Unatoč ovim komentarima, odstupanje od 1,5% kod vremena poluraspada 7Be zbog kemijskog oblika bilo je iznenađenje, te pokazuje kako prethodna pretpostavka, da su brzine raspada konstantne, nije točna. Jedna od najčešćih geoloških metoda datiranja, radioaktivni raspad 40K u 40Ar, gotovo se uvijek odvija zarobljavanjem elektrona.⁶ Utjecaj kemije okoline na brzinu raspada 40K trebao bi biti manji no u slučaju ⁷Be budući da kalij ima više elektrona u vanjskim ljuskama. Ti bi elektroni štitili one unutarnje elektrone koji su ranjiviji spram zarobljavanja zbog kemije okoline. Ipak, važno pitanje je koji faktori su mogli utjecati na distribuciju radioaktivnih izotopa unutar stijena Zemlje.

Kreacionisti imaju dobar razlog za vjerovanje kako je nešto pogrešno s objašnjenjem da su izotopi rezultat raspadanja tijekom milijardi godina.⁷ To nije slijepo vjerovanje – postoji niz geoloških dokaza koji upućuju na mladu Zemlju.⁸ Promjene brzina raspada su tek jedno od mogućih objašnjenja i vjerojatno neće pružiti cjelovit odgovor. Mnogi drugi faktori moraju biti ispitani. Primjerice, moramo istražiti na koji se način izotopi ponašaju duboko u Zemlji tijekom djelomičnog taljenja, te također u magmatskim stijenama tijekom kristalizacije. Kreacionisti aktivno istražuju ova i druga važna područja onoliko koliko vrijeme i financije dozvoljavaju.⁹