nucleido cosmogénico

Los nucleidos cosmogénicos (o isótopos cosmogénicos ) son nucleidos ( isótopos ) raros que se crean cuando un rayo cósmico de alta energía interactúa con el núcleo de un átomo in situ del Sistema Solar , provocando la expulsión de nucleones (protones y neutrones) del átomo (véase espalación de rayos cósmicos ). Estos nucleidos se producen en materiales terrestres como rocas o suelo , en la atmósfera terrestre y en objetos extraterrestres como meteoroides . Al medir los nucleidos cosmogénicos, los científicos pueden obtener información sobre una variedad de procesos geológicos y astronómicos . Existen nucleidos cosmogénicos tanto radiactivos como estables . Algunos de estos radionucleidos son el tritio , el carbono-14 y el fósforo-32 .

Se cree que ciertos nucleidos primordiales ligeros (de bajo número atómico) (isótopos de litio , berilio y boro ) se crearon no solo durante el Big Bang , sino también (y quizás principalmente) después del Big Bang, pero antes de la condensación del Sistema Solar, mediante el proceso de espalación de rayos cósmicos sobre gas y polvo interestelar. Esto explica su mayor abundancia en el polvo cósmico en comparación con su abundancia en la Tierra. Esto también explica la sobreabundancia de los primeros metales de transición justo antes del hierro en la tabla periódica  :  la espalación de rayos cósmicos del hierro produce escandio a través del cromo, por un lado, y helio a través del boro, por otro. ^{[ 1 ]} Sin embargo, la calificación arbitraria para los nucleidos cosmogénicos de ser formados "in situ en el Sistema Solar" (es decir, dentro de una parte ya agregada del Sistema Solar) impide que los nucleidos primordiales formados por espalación de rayos cósmicos antes de la formación del Sistema Solar sean denominados "nucleidos cosmogénicos", aunque el mecanismo para su formación sea exactamente el mismo. Estos mismos nucleidos aún llegan a la Tierra en pequeñas cantidades en rayos cósmicos y se forman en meteoroides, en la atmósfera, en la Tierra, "cosmogénicamente". Sin embargo, el berilio ( todo él berilio-9 estable) está presente ^{[ 2 ]} primordialmente en el Sistema Solar en cantidades mucho mayores, habiendo existido antes de la condensación del Sistema Solar, y por lo tanto presente en los materiales a partir de los cuales se formó el Sistema Solar.

Para hacer la distinción de otra manera, el momento de su formación determina qué subconjunto de nucleidos producidos por espalación de rayos cósmicos se denominan primordiales o cosmogénicos (un nucleido no puede pertenecer a ambas clases). Por convención, se cree que ciertos nucleidos estables de litio, berilio y boro se produjeron por espalación de rayos cósmicos en el período de tiempo entre el Big Bang y la formación del Sistema Solar (lo que hace que estos nucleidos primordiales , por definición) no se denominen "cosmogénicos", aunque se formaron por el mismo proceso que los nucleidos cosmogénicos (aunque en un momento anterior). ^{[ 1 ] [ 3 ]} El nucleido primordial berilio-9, el único isótopo estable de berilio, es un ejemplo de este tipo de nucleido.

Por el contrario, aunque los isótopos radiactivos berilio-7 y berilio-10 pertenecen a esta serie de tres elementos ligeros (litio, berilio, boro) formados principalmente por nucleosíntesis por espalación de rayos cósmicos , ambos nucleidos tienen vidas medias demasiado cortas (53 días y aproximadamente 1,4 millones de años, respectivamente) para haberse formado antes de la formación del Sistema Solar, y por lo tanto no pueden ser nucleidos primordiales. Dado que la ruta de espalación de rayos cósmicos es la única fuente posible de presencia natural de berilio-7 y berilio-10 en el medio ambiente, son, por consiguiente, cosmogénicos.

Aquí hay una lista de radioisótopos formados por la acción de los rayos cósmicos ; la lista también contiene el modo de producción del isótopo. ^{[ 4 ]} La mayoría de los nucleidos cosmogénicos se forman en la atmósfera, pero algunos se forman in situ en el suelo y las rocas expuestas a los rayos cósmicos, en particular el calcio-41 en la tabla a continuación.

Como se observa en la tabla anterior, existe una amplia variedad de nucleidos cosmogénicos útiles que pueden medirse en suelos, rocas, aguas subterráneas y la atmósfera. ^{[ 5 ]} Todos estos nucleidos comparten la característica común de estar ausentes en el material huésped en el momento de su formación. Estos nucleidos son químicamente distintos y se dividen en dos categorías. Los nucleidos de interés son gases nobles que, debido a su comportamiento inerte, no se encuentran inherentemente atrapados en un mineral cristalizado, o bien tienen una vida media lo suficientemente corta como para haberse desintegrado desde la nucleosíntesis , pero lo suficientemente larga como para haber acumulado concentraciones medibles. El primer grupo incluye la medición de abundancias de ⁸¹ Kr y ³⁹ Ar, mientras que el segundo grupo incluye la medición de abundancias de ¹⁰ Be, ¹⁴ C y ²⁶ Al.

Tres tipos de reacciones de rayos cósmicos pueden ocurrir una vez que un rayo cósmico choca con la materia, las cuales a su vez producen los nucleidos cosmogénicos medidos. ^{[ 6 ]}

• La espalación de rayos cósmicos , que es la reacción más común en la superficie cercana (normalmente de 0 a 60  cm por debajo) de la Tierra, puede crear partículas secundarias que pueden causar una reacción adicional al interactuar con otros núcleos, lo que se denomina una cascada de colisión .
• captura de muones , que se produce a profundidades de unos pocos metros por debajo de la superficie porque los muones son inherentemente menos reactivos; en algunos casos, los muones de alta energía pueden alcanzar mayores profundidades ^{[ 7 ].}
• La captura de neutrones , que debido a la baja energía del neutrón, es capturada por un núcleo, generalmente por el agua, pero este proceso depende en gran medida de la nieve, la humedad del suelo y las concentraciones de oligoelementos.

• Radiactividad ambiental