Кіріспе
Жоғары энергиялы ғарыштық сәулелер атом ядросымен әрекеттескенде пайда болатын сирек нуклидтер. Космогендік нуклидтер (немесе космогендік изотоптар) – жоғары энергиялы ғарыштық сәуле күн жүйесіндегі атом ядросымен әрекеттескенде пайда болатын сирек нуклидтер (изотоптар), нәтижесінде протон мен нейтрон атомнан шығарылады (космолық сәулелердің фрагментациясын қараңыз). Бұл нуклидтер Жердегі тастар мен топырақ сияқты материалдарда, Жер атмосферасында және метеориттер сияқты ғарыштық нысандарда түзіледі. Космогендік нуклидтерді өлшеу арқылы ғалымдар геологиялық және астрономиялық процестер туралы білім алады. Радиоактивті және тұрақты космогендік нуклидтер болады. Осы радионуклидтердің кейбіреулері – тритий, көміртек-14 және фосфор-32. Кейбір жеңіл (атомдық саны төмен) бастапқы нуклидтер (литий, бериллий және бор изотоптары) ғана емес, сонымен қатар (немесе тіпті бастысы) Үлкен жарылыстан кейін, бірақ Күн жүйесінің конденсациялануына дейін, ғарыштық сәулелердің жұлдызаралық газ бен шаңға фрагментациясы нәтижесінде пайда болған деп саналады. Бұл олардың Жердегіге қарағанда ғарыштық шаңдағы жоғары мөлшерін түсіндіреді. Бұл сондай-ақ периодтық кестедегі темірге дейінгі ертедегі өтпелі металдардың артық болуын түсіндіреді – темірдің ғарыштық сәулелердің фрагментациясы бір жағынан скандийге дейін хромды, екінші жағынан борға дейін гелийді тудырады. Дегенмен, космогендік нуклидтердің «Күн жүйесінде» (яғни, бұрыннан жиналған Күн жүйесінің бөлігінің ішінде) пайда болғандығын анықтау, Күн жүйесі пайда болғанға дейін ғарыштық сәулелердің фрагментациясы арқылы пайда болған бастапқы нуклидтерді «космогендік нуклидтер» деп атауға мүмкіндік бермейді, тіпті олардың пайда болу механизмі бірдей болса да. Бұл нуклидтер әлі де Жерге шағын мөлшерде ғарыштық сәулелермен келіп түседі және метеориттерде, атмосферада, Жерде «космогендік» түрде түзіледі. Алайда, бериллий (оның барлығы тұрақты бериллий-9) Күн жүйесінде Күн жүйесінің конденсациялануына дейін пайда болған, сондықтан Күн жүйесінің пайда болуына қатысқан материалдарда кездеседі. Басқаша айырмашылық жасау үшін, олардың пайда болу уақыты ғарыштық сәулелердің фрагментациясынан пайда болған нуклидтердің қайсысы бастапқы, ал қайсысы космогендік деп аталатынын анықтайды (нуклид екі санатқа да жата алмайды). Келісім бойынша, литий, бериллий және бордың белгілі бір тұрақты нуклидтері Ұлы жарылыс пен Күн жүйесінің пайда болуы арасындағы уақыт аралығында ғарыштық сәулелердің фрагментациясы арқылы пайда болды деп есептеледі (осылайша бұл бастапқы нуклидтер, анықтама бойынша, «космогендік» деп аталмайды, тіпті олар космогендік нуклидтер сияқты бірдей процесспен (бірақ ертерек уақытта) пайда болған болса да). Бастапқы нуклид – бериллий-9 – бериллийдің жалғыз тұрақты изотопы, осы типтегі нуклидтердің мысалы болып табылады. Керісінше, радиоактивті изотоптары бериллий-7 және бериллий-10 осы үш жеңіл элементтер (литий, бериллий, бор) қатарына кірсе де, олардың жартылай ыдырау мерзімі тым қысқа (53 күн және шамамен 1,4 миллион жыл), сондықтан олар Күн жүйесінің пайда болуына дейін пайда болған жоқ, демек, бастапқы нуклидтер бола алмайды. Ғарыштық сәулелердің фрагментациясы – бериллий-7 және бериллий-10 табиғи түрде қоршаған ортада кездесетінінің жалғыз мүмкін көзі болғандықтан, олар космогендік болып табылады.
Cosmogenic nuclides (or cosmogenic isotopes) are rare nuclides (isotopes) created when a high energy cosmic ray interacts with the nucleus of an in situ Solar System atom, causing nucleons (protons and neutrons) to be expelled from the atom (see cosmic ray spallation). These nuclides are produced within Earth materials such as rocks or soil, in Earth's atmosphere, and in extraterrestrial items such as meteoroids. By measuring cosmogenic nuclides, scientists are able to gain insight into a range of geological and astronomical processes. There are both radioactive and stable cosmogenic nuclides. Some of these radionuclides are tritium, carbon 14 and phosphorus 32. Certain light (low atomic number) primordial nuclides (isotopes of lithium, beryllium and boron) are thought to have been created not only during the Big Bang, but also (and perhaps primarily) to have been made after the Big Bang, but before the condensation of the Solar System, by the process of cosmic ray spallation on interstellar gas and dust. This explains their higher abundance in cosmic dust as compared with their abundances on Earth. This also explains the overabundance of the early transition metals just before iron in the periodic table – the cosmic ray spallation of iron produces scandium through chromium on the one hand and helium through boron on the other. However, the arbitrary defining qualification for cosmogenic nuclides of being formed "in situ in the Solar System" (meaning inside an already aggregated piece of the Solar System) prevents primordial nuclides formed by cosmic ray spallation before the formation of the Solar System from being termed "cosmogenic nuclides"—even though the mechanism for their formation is exactly the same. These same nuclides still arrive on Earth in small amounts in cosmic rays, and are formed in meteoroids, in the atmosphere, on Earth, "cosmogenically". However, beryllium (all of it stable beryllium 9) is present primordially in the Solar System in much larger amounts, having existed prior to the condensation of the Solar System, and thus present in the materials from which the Solar System formed. To make the distinction in another fashion, the timing of their formation determines which subset of cosmic ray spallation produced nuclides are termed primordial or cosmogenic (a nuclide cannot belong to both classes). By convention, certain stable nuclides of lithium, beryllium, and boron are thought to have been produced by cosmic ray spallation in the period of time between the Big Bang and the Solar System's formation (thus making these primordial nuclides, by definition) are not termed "cosmogenic", even though they were formed by the same process as the cosmogenic nuclides (although at an earlier time). The primordial nuclide beryllium 9, the only stable beryllium isotope, is an example of this type of nuclide. In contrast, even though the radioactive isotopes beryllium 7 and beryllium 10 fall into this series of three light elements (lithium, beryllium, boron) formed mostly by cosmic ray spallation nucleosynthesis, both of these nuclides have half lives too short (53 days and ca. 1.4 million years, resp.) for them to have been formed before the formation of the Solar System, and thus they cannot be primordial nuclides. Since the cosmic ray spallation route is the only possible source of beryllium 7 and beryllium 10 occurrence naturally in the environment, they are therefore cosmogenic.
Космогендік нуклидтер
Мұнда ғарыш сәулелерінің әсерінен түзілетін радиоизотоптардың тізімі берілген; тізімде изотоптың өндірілу жолы да көрсетілген. Көптеген космогендік нуклидтер атмосферада түзіледі, бірақ кейбіреулері ғарыш сәулелеріне ұшыраған топырақ пен тау жыныстарында түзіледі, атап айтқанда төмендегі кестедегі кальций-41. + Ғарыш сәулелерінің әсерінен түзілген изотоптар Изотоптың түзілу жолы Жартылай ыдырау мерзімі 3H (тритий) 14N(n,12C)T 12.3 жыл 7Be Спалляция (N және O) 53.2 күн 10Be Спалляция (N және O) 1,387,000 жыл 11C Спалляция (N және O) 20.3 минут 14C 14N(n,p)14C 5,730 жыл 18F 18O(p,n)18F және Спалляция (Ar) 110 минут 22Na Спалляция (Ar) 2.6 жыл 24Na Спалляция (Ar) 15 сағат 28Mg Спалляция (Ar) 20.9 сағат 26Al Спалляция (Ar) 717,000 жыл 31Si Спалляция (Ar) 157 минут 32Si Спалляция (Ar) 153 жыл 32P Спалляция (Ar) 14.3 күн 33P Спалляция (Ar) 25.3 күн 34mCl Спалляция (Ar) 34 минут 35S Спалляция (Ar) 87.5 күн 36Cl 35Cl (n,γ)36Cl 301,000 жыл 37Ar 37Cl (p,n)37Ar 35 күн 38Cl Спалляция (Ar) 37 минут 39Ar 40Ar (n,2n)39Ar 269 жыл 39Cl 40Ar (n,np)39Cl & спалляция (Ar) 56 минут 41Ar 40Ar (n,γ)41Ar 110 минут 41Ca 40Ca (n,γ)41Ca 102,000 жыл 81Kr 80Kr (n,γ) 81Kr 229,000 жыл 129I Спалляция (Xe) 15,700,000 жыл
Изотоптар бойынша геологияда қолданылулары
+ Жалпы өлшенетін ұзақ өмір сүретін космогендік изотоптар элемент массасы жартылай өмір (жылдар) типтік қолданылуы бериллий 10 1,387,000 тау жыныстарының, топырақтың, мұз өзегінің экспозициялық жасы алюминий 26 720,000 тау жыныстарының, шөгінділердің экспозициялық жасы хлор 36 308,000 тау жыныстарының экспозициялық жасы, жер асты суларының іздеуі кальций 41 103,000 карбонатты тау жыныстарының экспозициялық жасы йод 129 15,700,000 жер асты суларының іздеуі көміртегі-14 5730 радиокөміртектік жас анықтау күкірт 35 0.24 судағы болу уақыты натрий 22 2.6 судағы болу уақыты тритий 3 12.32 судағы болу уақыты аргон 39 269 жер асты суларының іздеуі криптон 81 229,000 жер асты суларының іздеуі
Космикалық сәулелер ағыны үшін түзетулер
Жер экваторда бүгілгендіктен және таулар мен терең мұхиттық ойыстар біркелкі тегіс шарға қатысты бірнеше шақырымдық ауытқуларға мүмкіндік беретіндіктен, ғарыш сәулелері жер бетін ендігі мен биіктігіне байланысты теңсіз бомбалайды. Сондықтан, ғарыш сәулелерінің ағынын дұрыс анықтау үшін көптеген географиялық және геологиялық ерекшеліктерді түсіну қажет. Мысалы, биіктікке байланысты өзгеретін атмосфералық қысым, теңіз деңгейі мен 5 км биіктіктегі таудың шаңырағы арасында минералдардағы нуклидтердің түзілу жылдамдығын 30 есеге дейін өзгерте алады. Тіпті жер бетінің көлбеулігінің өзгеруі де жоғары энергиялы мюондардың жер астына қаншалықты терең сіңіп өте алатынына әсер етеді. Геомагниттік өрістің күші, уақыт өте өзгеретін, космогендік нуклидтердің түзілу жылдамдығына әсер етеді, бірақ кейбір модельдер өрістің күшінің өзгеруі геологиялық уақыт бойынша орташаланады деп есептейді және оны әрқашан ескермейді.