Radiogenní nuklid - Radiogenic nuclide

Radiogenic nuklid je nuklid , který je produkován procesem radioaktivního rozpadu . Může být sám radioaktivní ( radionuklid ) nebo stabilní ( stabilní nuklid ).

Radiogenní nuklidy (běžně označované jako radiogenní izotopy ) tvoří některé z nejdůležitějších nástrojů geologie. Používají se dvěma hlavními způsoby:

  1. Ve srovnání s množstvím radioaktivního „mateřského izotopu“ v systému se množství radiogenního „dceřiného produktu“ používá jako radiometrický datovací nástroj (např. Geochronologie uran -olovo ).
  2. Ve srovnání s množstvím neradiogenního izotopu stejného prvku je k definování jeho izotopického podpisu použito množství radiogenního izotopu (např. 206 Pb/ 204 Pb). Tato technika je podrobněji diskutována pod nadpisem izotopová geochemie .

Příklady

Některé přirozeně se vyskytující izotopy jsou zcela radiogenní, ale všechny to jsou izotopy, které jsou radioaktivní, s poločasy rozpadu příliš krátkými na to, aby se vyskytovaly primordiálně. Jsou tedy přítomny pouze jako radiogenní dcery buď probíhajících rozpadových procesů, nebo také kosmogenních (indukovaných kosmickým zářením) procesů, které je v přírodě produkují čerstvě. Několik dalších je přirozeně produkováno nukleogenními procesy (přirozené jaderné reakce jiných typů, například absorpce neutronů).

U radiogenních izotopů, které se rozkládají dostatečně pomalu nebo stabilních izotopů , je vždy přítomna primordiální frakce, protože všechny dostatečně dlouhé a stabilní izotopy se ve skutečnosti přirozeně vyskytují primordiálně. Další část některých z těchto izotopů se může také vyskytovat radiogenně.

Olovo je možná nejlepším příkladem částečně radiogenní látky, protože všechny čtyři jeho stabilní izotopy ( 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb a 208 Pb) jsou přítomny primordiálně, ve známých a pevných poměrech. Nicméně, 204 Pb je přítomen pouze prvotně, zatímco ostatní tři izotopy může také dojít radiogenních produktů přeměny z uranu a thoria . Konkrétně 206 Pb je vytvořeno z 238 U, 207 Pb z 235 U a 208 Pb z 232 Th. V horninách, které obsahují uran a thorium, přebytečné množství tří těžších izotopů olova umožňuje „datování“ hornin, neboli odhad času, kdy hornina ztuhla a minerál držel poměr izotopů pevný a na svém místě.

Dalším pozoruhodným radiogenním nuklidem je argon -40, vytvořený z radioaktivního draslíku . Téměř veškerý argon v zemské atmosféře je radiogenní, zatímco prvotní argon je argon-36.

Část dusíku -14 je radiogenní, pochází z rozpadu uhlíku-14 (poločas rozpadu kolem 5700 let), ale uhlík-14 byl vytvořen o něco dříve z dusíku-14 působením kosmického záření.

Dalšími důležitými příklady radiogenních prvků jsou radon a helium , které se tvoří během rozpadu těžších prvků v podloží. Radon je zcela radiogenní, protože má příliš krátký poločas, než aby se mohl vyskytovat prvotně. Hélium se však vyskytuje v zemské kůře prvotně, protože jak helium-3, tak helium-4 jsou stabilní a při tvorbě zemské kůry byla zachycena malá množství. Helium-3 je téměř úplně prvotní (malé množství je tvořeno přirozenými jadernými reakcemi v kůře). Globální zásoba helia (která se vyskytuje v plynových vrtech i v atmosféře) je téměř celá (asi 90-99%) radiogenní, jak ukazuje její faktor 10 až 100násobného obohacení radiogenního helia-4 ve srovnání s prvotním poměrem helium-4 na helium-3. Tento druhý poměr je znám z mimozemských zdrojů, jako jsou některé měsíční kameny a meteority, které jsou relativně bez rodičovských zdrojů pro helium-3 a helium-4.

Jak je uvedeno v případě olova-204, radiogenní nuklid často není radioaktivní. V tomto případě, pokud jeho prekurzorový nuklid vykazuje poločas rozpadu příliš krátký na to, aby přežil od prvotních dob, pak rodičovský nuklid zmizí a nyní je zcela znám relativním přebytkem jeho stabilní dcery. V praxi k tomu dochází u všech radionuklidů s poločasy rozpadu méně než asi 50 až 100 milionů let. Takové nuklidy se tvoří v supernovách , ale jsou známé jako vyhynulé radionuklidy , protože dnes nejsou na Zemi přímo vidět.

Příkladem vyhynulého radionuklidu je jód-129; rozpadá se na xenon-129, stabilní izotop xenonu, který se objevuje v přebytku ve srovnání s jinými xenonovými izotopy. Nachází se v meteoritech, které kondenzovaly z prašného oblaku sluneční soustavy a zachytily prvotní jód-129 (poločas rozpadu 15,7 milionu let) nějaký čas v relativně krátkém období (pravděpodobně méně než 20 milionů let) mezi vytvořením jódu-129 v supernova a vznik sluneční soustavy kondenzací tohoto prachu. Zachycený jód-129 se nyní jeví jako relativní přebytek xenonu-129. Jód-129 byl prvním vyhynulým radionuklidem, který byl odvozen v roce 1960. Dalšími jsou hliník-26 (také odvozený z extra hořčíku-26 nalezeného v meteoritech) a železo-60.

Radiogenní nuklidy používané v geologii

Následující tabulka uvádí některé z nejdůležitějších radiogenních izotopových systémů používaných v geologii v pořadí podle klesajícího poločasu rozpadu radioaktivního rodičovského izotopu. Hodnoty udávané pro poločas rozpadu a konstantu rozkladu jsou aktuální konsensuální hodnoty v komunitě izotopové geologie. ** označuje konečný produkt rozpadu řady.

Mateřský nuklid Dcera nuklid Konstanta rozpadu (rok −1 ) Poločas rozpadu
190 pt 186 Os 1,477 × 10 −12 469,3 Gyr *
147 Sm 143 Nd 6,54 × 10 −12 106 Gyr
87 Rb 87 Sr 1,402 × 10 −11 49,44 Gyr
187 Re 187 Os 1,666 × 10 −11 41,6 Gyr
176 Lu 176 Hf 1,867 × 10 −11 37,1 Gyr
232 tis 208 Pb ** 4,9475 × 10 −11 14.01 Gyr
40 K. 40 Ar 5,81 × 10 −11 11,93 Gyr
238 U 206 Pb ** 1,55125 × 10 −10 4,468 Gyr
40 K. 40 Ca 4,962 × 10 −10 1,397 Gyr
235 U 207 Pb ** 9,8485 × 10 −10 0,7038 Gyr
129 129 Xe 4,3 × 10 −8 16 Myr
10 Be 10 B 4,6 × 10 −7 1,5 Myr
26 Al 26 mg 9,9 × 10 −7 0,7 Myr
36 Cl 36 Ar/S 2,24 × 10 −6 310 kyr
234 U 230 tis 2,826 × 10 −6 245,25 kyr
230 tis 226 Ra 9,1577 × 10 −6 75,69 kyr
231 Pa 227 Ac 2,116 × 10 −5 32,76 kyr
14 C. 14 N. 1,2097 × 10 −4 5730 let
226 Ra 222 Rn 4,33 × 10 −4 1600 let
  • V této tabulce Gyr = gigayear = 10 9 year, Myr = megayear = 10 6 year, kyr = kiloyear = 10 3 year

Radiogenní ohřev

Radiogenní ohřev nastává v důsledku uvolňování tepelné energie z radioaktivního rozpadu během produkce radiogenních nuklidů. Spolu s teplem z vnějšího jádra Země tvoří dva hlavní zdroje tepla v nitru Země radiogenní ohřev probíhající v plášti . Většina z izotopů vytápění Zemi je výsledkem rozpadu dceřiných jader v rozpadové řetězce z uranu-238 a thorium-232 a draslíku-40 .

Viz také

Reference

externí odkazy