IDŐFIZIKAI ÉSZREVÉTELEK A RADIOMETRIÁHOZ1. A RADIOMETRIA
A radiometria az abszolút földtani kormeghatározásra jelenleg használt tudományos módszerek egyike. A radiometrikus kormeghatározás napoktól millió évekig terjedő időskálán alkalmazható módszer, ami az anyagokban található radioaktív izotópok mennyiségét méri, és a felezési idejük alapján becsüli meg a keletkezésük korát. A leggyakrabban használt módszerek a szénizotópos, kálium-argonos és rubídium-stronciumos kormeghatározás.
A szénizotópos kormeghatározás kb. 500-tól 50 000 évig terjedő időskálán alkalmazható az olyan élőlények fosszilis maradványainak esetében, melyek anyagcseréje kiterjedt a légköri szén-14 izotópra. A módszer azon a feltételezésen alapul (ez nem bizonyított!), hogy a radioaktív (C-14) és a nem radioaktív (C-12) szén aránya nagyjából állandó volt abban az időben, amikor a szerves anyag kapcsolata megszűnt a légkörrel.
A szén-14 a földi légkörben keletkezik a nitrogénből, amikor azt a kozmikus sugárzás útján érkező neutronok bombázzák. A szén-14 ezután légköri szén-dioxiddá alakulva bekerülhet a zöld növényekbe, majd állatokba, emberekbe. Ott aztán lassan bomlani kezd és ismét nitrogénné alakul. Egy élőlény halála után így egyre csökken az izotóp mennyisége, mivel már nem lélegzik, nem táplálkozik, tehát nem vehet fel újabb szén-14 izotópokat. A szén-14 felezési ideje 5730 év, plusz-mínusz 40 éves pontossággal. Ezt a módszert széleskörűen használják a pleisztocénnal foglalkozó geológusok, az antropológusok és a kapcsolódó területek kutatói (történészek).
A kálium-argon kormeghatározás kristályos kőzeteknél alkalmazható, ahol a kálium-40-es radioizotópja (1,3 millió éves felezési idővel) argon-40-né és kálcium-40-né bomlik. Ezzel a módszerrel a Föld legrégebbi kőzetei is vizsgálhatók, de ritkán alkalmazzák, mert az ásványokban olyan nagy a nem radiogén eredetű kálcium aránya, hogy elfedi a kálium-40 bomlásakor keletkező kálcium-40 izotóp jelenlétét. A két izotóp nem radiogén atomokkal való arányát kell itt megmérni.
A rubídium-stroncium kormeghatározás módszerével pedig a Naprendszer korának meghatározása is lehetséges. A rubídium-87 izotóp stroncium-87 izotóppá bomlik rendkívül lassan, mivel a felezési ideje 50 milliárd év. Így ez csak nagyon idős kőzetek esetében használható.
Mivel egy kormeghatározási módszer használata mindig hibalehetőséget rejt magában a rossz mérés vagy a statisztikai szórás miatt, a megbízhatóság miatt fontos a módszerek egyeztetése (ha van mit egyeztetni). De még ezek együttesen sem képesek teljes pontossággal megadni a leletek keletkezésének korát. Hogy miért, annak atomfizikai okai vannak.
2. BOMLÁSINGADOZÁSOK
Minden radioaktív kormeghatározási módszernek közös hibája az az apróság, hogy a radioaktív bomlás sebessége nem állandó. Ezt régóta tudjuk, csak nem igazán közismert a dolog. A tudósok neveltetésüknél fogva imádják a különféle természeti állandókat és nem szeretnek lemondani róluk. Pedig a természetnek (a létezésnek) alaptulajdonsága, hogy benne semmi sem állandó (magát a létezést és a változást, mint folyamatot kivéve).
Az atomok radioaktív bomlása az a folyamat, mikor egy atommag spontán felhasad egy adott gerjesztettségi szinten és neutronokat bocsát ki, illetve kisebb atomokká hasad szét. Ennek során általában mindenféle frekvenciájú fénysugárzás is kiszabadul (a részecskékből), tovább gerjesztve a környezetét (ionizáló sugárzások). Az instabil izotópok bomlásának oka a nukleonok közti összetartó erők gyengesége a magban. Nyilván szerepe van a folyamatban az atommag térbeli szerkezetének is, a protonok és neutronok egymáshoz képesti elhelyezkedésének, de főként a részecskék gerjesztettségi szintje határozza meg a bomlás sebességét.
Fényben dús közegben felgyorsul az izotópok bomlása. Minél több fotinót nyel ugyanis el egy barion, azok annál jobban pofozzák belülről a részecske időellentmondásokból felépülő tartályát, a felszínjelenséget okozó transzcendens időtükör lapátokat. Ettől megváltozik a részecske eredő hullámtere is, ami a többi részecskével való kölcsönhatását meghatározza. A sok fény egyszerűen szétrázza az atommagot belülről, legyőzve az összetartó hulláminterferenciákat. A részecskék mérete is megváltozik, igaz alig észrevehető mértékben, ahogy a sok fénytől enyhén felfúvódnak, mint a kisgömböc. A gerjesztés egészen az annihilációs határig fokozható, amikor a barion nem bírja tovább és darabokra esik. Megszakad benne az önfenntartó időellentmondások harmónikus tánca.
Minél melegebb van, annál gyorsabban bomlanak az összetett rendszerek. Nem csak a molekulák, hanem az atomok is. Alapvetően minden atom bomlékony, csupán abban van köztük különbség, hogy mekkora gerjesztettségi szinten válik észlelhetővé (mérhetően gyorssá) ez a folyamat. Sok ezer, sőt százezer fokos hőmérsékleten még a legellenállóbb atommagok is darabokra szakadnak, és az összes neutron szétválik protonra és elektronra. Az így keletkező, fényben fürdő kotyvalékot nevezzük plazmának (ami a gőzállapot után következik). Az anyagok elvileg abszolút nulla fokon (illetve annak közelében) lesznek a legstabilabbak, leghosszabb életűek.
Amikor egy élőlény elpusztul, és ezzel leáll az anyagcseréje, a maradványokban (ideális esetben) nem változik tovább az izotópok aránya. A kőzetek keletkezésekor (megszilárdulás) szintén rögzül az atomi összetétel. Ezt követően az instabil izotópok bomlási sebességét csak a leletet érő hőmérsékleti változások befolyásolják. Az évszakos hőingadozások, a melegvizű források, vulkánkitörések, erdőtüzek, az éghajlat (Naptevékenység) változásai, stb.
Később, amikor a mit sem sejtő régész kiemeli nyugvóhelyéről a tárgyat, a felszínre kerülve szintén megváltoznak a hőmérsékleti viszonyok. A talaj mélyebb rétegeiben ugyanis csekélyebb az éves hőingás, mint a felszínen. A szabadba kirakott leleteket süti a Napfény, fújja a szél, áztatja az eső, kérges kezek fogdossák őket (testhő), stb. Szállítás közben szintén sokféle hőhatásnak lehetnek kitéve (csomagolásfüggő). Mire a tárgy a radiometriai mérőberendezéshez kerül, már komoly mértékben megváltozhatott benne az izotópok bomlási aránya. A mérés így szükségképpen hibás lesz. Ez okozza a szén-14-es módszernél említett plusz-mínusz 40 éves pontatlanságot is. A feltárás után elszenvedett hőváltozások nehezen nyomon követhetők, így a matematikai úton történő korrekciójuk szinte lehetetlen.
Ennek a szakmai óvatlanságnak köszönhető, hogy a régészek és történészek máig a tévesen meghatározott adatokat használják a publikációiknál és ezek kerülnek bele a történelem könyvekbe. Többek között ezért adott rossz időpontot a Torinói lepel vizsgálata (amit 1600-1700 évesnek becsültek) és nyilván még sok ezer esetben is tévútra vezette a kutatókat (szinte mindig).
3. MEGOLDÁSOK
Az első és legfontosabb természetesen a minták egyenletes hőmérsékleten tartása. Feltárás előtt fel kell mérni a földrajzi hely hőmérsékleti viszonyait, és a környező talajhoz igazított, légkondicionált kamrában kell végezni a munkát. A tárgy nem kerülhet másféle hőmérsékletű közegbe, mint amiben egyébként is volt. Fontos továbbá a föld alól előbányászott leletek sötétben tartása. Minél kevesebb fény éri őket, annál jobb. A feltáró régész használjon éjjellátó készüléket a kamra félhomályában (passzív berendezést, nem lámpát!).
Ideális lenne, ha nyomban a helyszínen lehetne elvégezni a radiometriai mérést, de mivel erre általában nincs lehetőség, marad a gondos, hőszigetelt tárolás, legalább addig, míg elvégzik a kormeghatározást. Ezen persze nem segítenek a talajba kerülés óta lezajlott időjárás ingadozások és a történelem viharai (a tárgyak hányattatásai). A tökéletesebb állandóság érdekében az sem árt, ha a különböző helyekről előkerült tárgyakat nem egy helyen tárolják, mert az intenzíven sugárzó anyagok is gerjesztik a környezetüket (szerencsére általában minimális mértékben). Így nem árt sugárzásbiztos tárolókba tenni a leleteket, hogy megkíméljük őket a felszíni háttérsugárzástól is.
Izgalmas alternatív megoldásnak kínálkozik a kormeghatározási módszerek atomfizikai felülvizsgálata. Célszerű lenne csak olyan izotópok felezési idejét mérni ezentúl az anyagokban, amik kevéssé (minimálisan) érzékenyek a hő és fényingadozásra. Nagyjából egyenletesen bomlanak, mert stabilabb az atommagjuk. Ezek főként a lassú felezési idejű anyagok közül kerülnek ki, de a gyakorlatban is le kell majd mérni minden természetes izotópot, hogy pontosan lássuk, melyik hogyan reagál.
A fő gond ezzel a módszerrel az, hogy egyes izotópok vagy nem találhatók meg az élő szervezetekben vagy az arányuk anomáliás szennyezésnek köszönhető. Feldúsulva találhatók meg a maradványokban, de teljesen egyedi mértékben. Tökéletes és általánosan használható módszer ezért valószínűleg nem létezik a leletek korának meghatározására. Ha mást nem is, de legalább ezt érdemes volna feltüntetni minden történelem könyvben az időadatok mellett.
Készült: 2005.12.06.