Mitä isotoopit ovat?
Alkuaineet luokitellaan sen mukaan, montako protonia niiden ytimessä on. Kaikista alkuaineista on kuitenkin erilaisia versioita, isotooppeja, joiden ydin sisältää eri määrän neutroneja.
Kevyimmällä alkuaineella, vedyllä, on vähiten isotooppeja eli niitä on kolme. Eniten isotooppeja on cesiumilla ja ksenonilla, kummallakin niitä on 36.
Mihin isotooppeja käytetään?
Jotkin isotoopit ovat vakaita, toiset taas radioaktiivisia eli ne muuttuvat – hajoavat – muiksi aineiksi.
Vuonna 1946 yhdysvaltalaiskemisti Willard Frank Libby havaitsi, että radioaktiivista hiili-14-isotooppia voidaan käyttää arkeologisten löytöjen ajoittamiseen.
Maan ilmakehässä on kolmea hiilen isotooppia. Kasvit käyttävät hiiltä, myös hiili-14:ää, yhteyttämisprosessissaan, ja ravinnon mukana sitä siirtyy myös ihmisen elimistöön.
Hiili-14-menetelmällä on saatu selville, että Torinon käärinliinat eivät ole peräisin Jeesuksen kuoleman ajalta, vaan vuosilta 1260–1390.
Hiili-14-menetelmällä on saatu selville, että Torinon käärinliinat eivät ole peräisin Jeesuksen kuoleman ajalta, vaan vuosilta 1260–1390.
Miten löydön ikä määritetään hiili-14-isotoopin avulla?
Radioaktiivinen hiili-14 muuttuu hitaasti vakaaksi typeksi. Heti kun eläin tai kasvi kuolee, sen sisältämän hiili-14:n määrä alkaa vähentyä. Siten hiili-14:n määrä ilmaisee tarkkaan, milloin eliö kuoli.
Alle gramman palanen luuta saattaa riittää täsmällisen hiili-14-ajoituksen tekoon, jos luussa on vielä jäljellä proteiinia.
Onko olemassa muita isotooppeihin perustuvia ajoitusmenetelmiä?
Hiili-14-menetelmää voidaan käyttää eloperäisen materiaalin ajoittamiseen, jos tutkittava kohde on korkeintaan noin 50 000 vuoden ikäinen. Myös muut radioaktiiviset isotoopit soveltuvat iänmääritykseen. Niiden joukossa ovat muun muassa uraani-238 ja uraani-235.
Uraani-238 ja uraani-235 hajoavat lyijyn kahdeksi eri isotoopiksi eri tahtiin. Mittaamalla näiden isotooppien suhde voidaan ajoittaa kiviä ja vulkaanisia kerrostumia. Siten saadaan selville muun muassa Maan ikä ja se, milloin hirmuliskot kuolivat sukupuuttoon.
Dinosaurusten luut ovat niin vanhoja, ettei niissä enää ole hiili-14:ää, mutta joskus luut voidaan ajoittaa tarkasti niitä ympäröivistä kerrostumista. Lyijyn isotooppeja tutkimalla on saatu selville, että hirmuliskot katosivat maapallolta noin 65 miljoonaa vuotta sitten.
Mihin vakaita isotooppeja voidaan käyttää?
Vakaat isotoopit antavat myös tietoja menneisyydestä. Pieneliöt esimerkiksi syövät mieluummin vakaata hiili-12-isotooppia kuin toista vakaata isotooppia, hiili-13:a. Tiettyjen vakaiden isotooppien välisestä suhteesta voidaan päätellä, oliko jollain geologisella ajanjaksolla elämää ja milloin elämä Maassa alkoi.
Myös ilmastoa voidaan tutkia vakaiden isotooppien avulla. ”Lämpömittarina” käytetään silloin mikroskooppisten pienen huokoseläinten fossiileja. Huokoseläinten kalkkikuoriin on imeytynyt merivedestä kahta hapen vakaata isotooppia – tavallista happea eli happi-16:ta ja raskaampaa isotooppia eli happi-18:aa. Raskaan happi-isotoopin, happi-18:n, pitoisuus on suurin kylmiltä kausilta peräisin olevissa kairausnäytteissä.