Sukupuuttoon kuolleet isotoopit ja maapallon ikä

Mikko Tuuliranta, syyskuu 2021

Saman alkuaineen eri isotoopeilla on ytimissään sama määrä protoneja mutta eri määrä neutroneja; ne ovat siis saman alkuaineen massaluvuiltaan (painoiltaan) toisistaan poikkeavia atomeja. Niillä on samat kemialliset, mutta toisistaan hieman poikkeavat fysikaaliset ominaisuudet. Osa isotoopeista on pysyviä, osa epävakaita eli radioaktiivisia. Tämä johtuu siitä, että niiden ytimissä on liikaa energiaa, jonka ne purkavat ”hajoamalla”, lähettämällä esimerkiksi gammasäteitä tai alfa- tai beetahiukkasia. Samalla ne muuttuvat (tavallisesti eri alkuaineiksi) kuten uraani, josta tulee lyijyä. Monet alkuaineet kuten rauta ovat isotooppiensa seoksia. (Raudalla on neljä pysyvää ja kuusi radioaktiivista isotooppia.)

Niin sanotussa suuressa alkuräjähdyksessä piti syntyä vain kaikkein kevyempiä alkuaineita eli vetyä sekä hieman heliumia ja ehkä pikkuisen litiumia. Syntyneestä vetypilvestä piti sitten tiivistyä ensimmäisen sukupolven tähtiä. Niiden ytimissä piti syntyä raskaampia alkuaineita aina rautaan saakka. Rautaa raskaampien atomien uskotaan syntyneen ns. supernovissa tähden räjähtäessä, kun sen polttoaine vety oli kulutettu loppuun. Tätä kutsutaan nukleosynteesiksi, mutta se ei ole suinkaan ongelmaton (siitä ehkä joskus myöhemmin).

Aurinkokuntamme väitetään syntyneen noin 4,6 miljardia vuotta sitten jonkin aiemmin räjähtäneen tähden, supernovan jättämästä ikivanhasta pölypilvestä (naturalisti Pierre Laplacen 1700-luvulla keksimä nebulaarihypoteesi). Tämän pilven, nebulan, piti sitten tiivistyä aurinkokunnan synnyttäväksi pyöriväksi pölykiekoksi, kun lähellä räjähti jokin toinen supernova, jonka paineaalto mukamas laukaisi tiivistymisprosessin. Samalla tuosta toisesta supernovasta olisi jotenkin sinkoutunut pölypilveen lyhytikäisiä radioisotooppeja kuten kuten 26Al (alumiini), jonka puoliintumisaika on vain 730 000 vuotta. Kaiken alumiini-26:n olisi jo ajat sitten pitänyt beetahajoamisen kautta muuttua magnesiumiksi (26Mg) eli kuolla sukupuuttoon. Näin on uskottu, mutta niin ei kuitenkaan vaikuta käyneen.

1980-luvulla kehitetystä kiihdytinmassaspektrometristä (AMS) on tullut kiusallinen keksintö: Saman alkuaineen eri isotoopeilla on siis toisistaan lievästi poikkeavat painot. Tätä ominaisuutta hyödyntävä AMS pystyy erottamaan ne toisistaan ja niiden suhteelliset osuudet pystytään määrittämään hyvin pieniin pitoisuuksiin asti. 1980-luvulle saakka esimerkiksi pieniä määriä radiohiiltä (14C) ei pystytty erottamaan kevyemmän normaalin hiilen (12C) joukosta. Epävakaa radiohiilihän syntyy yläilmakehän typestä (14N) kosmisen säteilyn vaikutuksesta. Sen puoliintumisaika on vain 5 700 vuotta. Radiohiiltä joutuu jokaiseen eliöön sen elinaikana. Jos eliö olisi kuollut jo lähes 50 000 vuotta sitten eli lakannut ottamasta elimistöönsä uutta radiohiiltä, sen (kuten puun) sisältämää radiohiiltä olisi hajonnut takaisin typeksi niin paljon, että vanhalla Geiger-mittarilla sitä ei enää kyettäisi havaitsemaan.

Mutta kun AMS yleistyi ja halpeni, raamatulliseen luomiseen uskovat tiedemiehet tutkivat sillä myös ikivanhoiksi luultuja timantteja, kivihiiltä ja dinosaurusten luita. Yllätykseksi havaittiin, että ne sisältävätkin vielä pieniä määriä radiohiiltä eli AMS:n mukaan niiden täytyy olla 100 000 vuotta nuorempia (joka on menetelmän herkkyyden ehdoton yläraja). Tätä on yritetty selittää pois mm. kontaminaatiolla eli näytteeseen ulkopuolelta joutuneella radiohiilellä. Niin on joskus saattanut käydäkin. Nyt tutkimuksia on kuitenkin tehty paljon arvostetuissa kaupallisissa laboratorioissa, jotka ovat erikoistuneet puhtaaseen tekniikkaan, joten kontaminaatio voidaan varmasti sulkea pois. – Samoin kuin väitteet (esim. RationalWiki-sivustolla) näytteissä tai niiden välittömässä läheisyydessä (siis maan alla) mukamas tapahtunut uuden radiohiilen synty (epäsuorasti) esim. hajoavan uraanin tai toriumin alfa-hiukkasten vaikutuksesta. Tätähän pitäisi tapahtua merkittävissä määrin eli satojen miljoonien vuosien ajan. Huomaa, että hitaasti hajoavien ”uraanin ja toriumin näkökulmasta” katsottuna niiden aikaansaannos, radiohiili, kuolee sukupuuttoon melkein saman tien. Radiohiilen hajoamisnopeushan on lähes miljoona kertaa suurempi kuin esim. uraanin. Uraani ei selittäisi edes yhtä promillea havaitusta radiohiilimäärästä. RationalWiki-sivuston kirjoittajat eivät vaikuta olevan näistä seikoista lainkaan tietoisia.( Ks. ”101 todistetta nuoren maan puolesta kumottu?”, kohta 51.)

Nyt myös monia muita suhteellisen lyhytikäisiä radioisotooppeja on etsitty AMS:llä. Maankuoren kambrisista ja esikambrisista kerrostumista onkin tähän mennessä löydetty ainakin kymmenen isotooppia, sellaisia joiden olisi jo ajat sitten pitänyt olla sukupuuttoon kuolleita eli toisiksi, pysyviksi alkuaineiksi muuntuneita – jos nebulaarihypoteesi olisi totta. Eikä niiden jatkuvalle uudelle synnylle maapallolla (tai aurinkokunnassa) ei ole keksitty tieteellisesti uskottavia selityksiä. Teorian mukaanhan niiden piti ajautua vanhan pölypilven jäänteeseen lähellä räjähtäneestä supernovasta (siis paljon ennen aurinkokuntamme syntyä).

Alumiini-26:n lisäksi maankuoresta (ja meteoriiteista) on löydetty mitattavia määriä ainakin seuraavia suhteellisen lyhytikäisiä radioisotooppeja (Mv= puoliintumisaika miljoonissa vuosissa): beryllium (10Be, 1,5 Mv), kloori (36Cl, 0,3 Mv), kalsium (41Ca, 0,15 Mv), mangaani (53Mn, 3,7 Mv), rauta (60Fe, 1,5 Mv), palladium (107Pd, 9,4 Mv), iodi (129I, 16 Mv), samarium (146Sm, 68 Mv) ja hafnium (182Hf, 8,9 Mv). Raudan (60Fe, joka muuttuu nikkeliksi, 60Ni) puoliintumisaika on siis vain noin puolitoista miljoonaa vuotta. Kymmenen puoliintumisajan jälkeen* rautaisotoopin määrä olisi pudonnut noin tuhannenteen osaan (210) alkuperäisestä, jolloin sitä ei nykymenetelmin voitaisi enää havaita. Kuitenkin, koska rauta-60:tä edelleenkin esiintyy maankuoressa havaittavia määriä, maankuoren ei pitäisi sen mukaan olla 15 miljoonaa vuotta vanhempi – tai korkeintaan 7 miljoonaa vuotta, jos ikä lasketaan alumiini-26:n mukaan. Eikä näiden kaikkien kymmenen isotoopin oletettua jatkuvaa syntyä maankuoressa (tai meteoriiteissa) voida, kuten jo totesin, selittää uskottavasti.

*Kymmentä puoliintumisaikaa pidetään karkeana nyrkkisääntönä: Siinä ajassa radioaktiivisten isotooppien määrät käyvät yleensä niin pieniksi, että niitä ei nykykonstein voida havaita. (Wikipedian mukaan rauta-60:n puoliintumisaika ei ole puolitoista, vaan hieman yli kaksi miljoonaa vuotta.)

PS. Radioaktiivista berylium-10:ä ja alumiini-26:a tosin syntyy jonkin verran ilmakehässä ja maanpinnalla ns. sekundaarisen kosmisen säteilyn vaikutuksesta. Sen teho ei kuitenkaan ole riittävä selittääkseen mitattuja määriä ja ulottuu maanpinnalla vain parin metrin syvyyteen.

Lähteet:Vernon Cupps: Extinct Radionucleotides, Acts & Facts, Vol. 50, No. 4 (huhtikuu 2021), ICR sekä hänen v. 2019 ilmestynyt kirjansa Rethinking Radiometric Dating, ICR (Cupps on ydinfyysikko).