Primordiales Nuklid

Ein radioaktives Nuklid bezeichnet man als primordial (lat.: „von erster Ordnung“), wenn es schon bei der Entstehung der Erde vorhanden war, aber noch nicht vollständig zerfallen ist und daher in der Natur vorkommt.

Wegen des Erdalters von 4,6 Milliarden Jahren muss die Halbwertszeit eines Nuklids größer als ungefähr 50 Millionen Jahre sein, damit es noch nachgewiesen werden kann. Verwendet man diese Definition, so gibt es genau 288 stabile oder primordiale Nuklide. Nach aktuellem Kenntnisstand teilen sie sich in 256 stabile Nuklide und 32 primordiale Radionuklide auf. Die nach absteigenden Halbwertszeiten geordnete Liste endet mit:

⁸⁷Rb, ¹⁸⁷Re, ¹⁷⁶Lu, ²³²Th, ²³⁸U, ⁴⁰K, ²³⁵U, ¹⁴⁶Sm und ²⁴⁴Pu.

Das Plutoniumisotop ²⁴⁴Pu (Halbwertszeit 8,08 · 10⁷ a) konnte mit dem Verfahren der Massenspektrometrie als primordial nachgewiesen werden.^[1] Seine Konzentration in einigen Erzen liegt bei einem Massenanteil von 10⁻¹⁸. Das nächst langlebige Element in der Liste wäre ⁹²Nb mit einer Halbwertszeit von 3,47 · 10⁷ a; seit Entstehung der Erde sind also 133 seiner Halbwertszeiten vergangen und die ursprüngliche Häufigkeit ist um einen Faktor 10⁴⁰ abgesunken.

Die primordialen Nuklide sind meist mit anderen, zum Teil stabilen Isotopen des gleichen Elements vermischt. Weitere wichtige primordiale Nuklide außer den oben bereits genannten sind z. B. ¹⁹⁰Pt, ²⁰⁴Pb, ²⁰⁹Bi und ⁴⁰K. Letzteres – in allen lebenden Organismen enthalten – hat eine Halbwertszeit von 1,28 Milliarden Jahren.

Die Abgrenzung zwischen stabilen und primordialen Nukliden ist wegen der extrem langen Halbwertszeiten schwierig. Für einige theoretisch instabile Nuklide konnte der Zerfall experimentell noch nicht nachgewiesen werden. Ein Beispiel ist das metastabile Nuklid ^180mTa, dessen Zerfall in den Grundzustand ¹⁸⁰Ta noch nicht beobachtet werden konnte. Die längsten beobachteten Halbwertszeiten liegen im Bereich von Quadrillionen Jahren (¹²⁸Te mit 2,2 · 10²⁴ a).

Bei einigen der primordialen Nuklide – insbesondere ²³⁵U, ²³⁸U und ²³²Th – ist das Zerfallsprodukt („Tochternuklid“) nicht stabil, sondern ebenfalls radioaktiv. Bei den vorgenannten Nukliden ist dies über mehrere Generationen von Tochternukliden der Fall. Wenn die Halbwertszeiten der Tochternuklide kürzer sind als die des Ausgangsnuklids, was bei den vorgenannten Nukliden der Fall ist, dann stellt sich nach längerer Zeit ein säkulares Gleichgewicht zwischen den Nukliden ein, bei dem die Aktivität der Tochternuklide gleich der Aktivität der Mutternuklide ist. In ungestörten Gesteinen, die Uran oder Thorium enthalten, sind daher immer auch alle Tochternuklide der Uran-Radium- und Uran-Actinium-Zerfallsreihen bzw. der Thorium-Zerfallsreihe enthalten.

Siehe auch

• Primordiale Nukleosynthese

Einzelnachweise

1. ↑ D. C. Hoffman, F. O. Lawrence, J. L. Mewherter, F. M. Rourke: Detection of Plutonium-244 in Nature. In: Nature. Bd. 234, 1971, S. 132–134 (doi:10.1038/234132a0).