Wiek kosmiczny meteorytów

      Meteoryt przemierzający przestrzeń międzyplanetarną, czyli meteoroid, jest ustawicznie bombardowany przez promienie kosmiczne. To promieniowanie jest izotropowym strumieniem cząstek wysokiej energii, przeważnie protonów i cząstek alfa. Cząstki wysokiej energii podczas zderzeń z napotkanymi jądrami wywołują reakcje jądrowe prowadzące do powstania nowych izotopów, promieniotwórczych i stabilnych.

      Procesy powstawania tych egzotycznych izotopów zachodzą głównie w przypowierzchniowej warstwie meteoroidu, ponieważ w promieniowaniu kosmicznym jest tylko niewielki procent cząstek o najwyższych energiach, przy których jest możliwe wnikanie na głębokość kilkudziesięciu centymetrów. Zatem, jeżeli meteoryt powstał w wyniku zderzenia większych brył meteoroidów lub asteroidów, to jego świeżo odsłonięte powierzchnie stają się narażone na działanie promieni kosmicznych. Od tego momentu w przypowierzchniowej warstwie są produkowane nowe izotopy, przy czym ilość atomów izotopów stabilnych będą narastać z upływem czasu ze stałą prędkością, przy stałym natężeniu promieniowania kosmicznego. Natomiast ilości atomów izotopów promieniotwórczych będą narastały tylko w początkowym okresie, ponieważ po upływie kilku okresów połowicznego rozpadu ustali się równowaga: liczba atomów powstających będzie równa liczbie atomów rozpadających się. Badając więc stosunek liczby atomów izotopu stabilnego i promieniotwórczego można określić czas, jaki upłynął od momentu wystawienia powierzchni meteorytu na działanie promieni kosmicznych, czyli jego wiek kosmiczny.

      Do określenia wieku kosmicznego meteorytu wykorzystuje się izotopy stabilne: ³He, ²¹Ne, ²²Ne, ³⁸Ar i promieniotwórcze: ³H, ³⁶Cl, ³⁹Ar, ⁶⁰Co, ²⁶Al, ⁴⁰K, ³⁷Ar. Zawartość wymienionych izotopów stabilnych mierzy się za pomocą spektrometru mas po uprzednim wydzieleniu gazów szlachetnych z próbki, przez jej ogrzanie aż do stopienia. Pewna strata tych izotopów może zajść podczas spadku meteorytu na Ziemię. Zwłaszcza meteoryty kamienne, które weszły w atmosferę ze znaczną prędkością są narażone na tego rodzaju straty. Powoduje to pewne zaniżenie ocen wieku tych meteorytów. Izotopy promieniotwórcze bada się za pomocą liczników promieniowania połączonych z wielokanałowymi analizatorami do automatycznego określania zawartości poszczególnych izotopów. Ilości atomów izotopów promieniotwórczych maleją zgodnie z prawem rozpadu od chwili spadku meteorytu, ponieważ na powierzchni Ziemi został odcięty od strumienia promieniowania kosmicznego. Z tego powodu do otrzymanych wyników pomiarów licznikowych wprowadza się poprawki na wiek ziemski meteorytu, czyli czas jego przebywania na powierzchni Ziemi.

      Wyniki pomiarów wieku kosmicznego wykazują znaczną rozpiętość, jednakże istnieje wyraźna różnica między meteorytami kamiennymi i żelaznymi. Te ostatnie są z reguły starsze, ich wiek kosmiczny jest rzędu kilkuset milionów lat, podczas gdy wiek zbadanych meteorytów kamiennych mieści się w przedziale od kilu do kilkudziesięciu milionów lat.

      Tak znaczna różnica między dwoma grupami meteorytów może być wyjaśniona tym, że meteorytów kamiennych jest znacznie więcej (92%) w porównaniu z żelaznymi (6%). Większa jest często liczba zderzeń meteoroidów kamiennych prowadzących do odsłaniania wewnętrznych części tych ciał. Nie można jednak wykluczyć pewnych strat gazów radiogenicznych (³He, ²¹Ne, ²²Ne,...) w meteorytach podczas długotrwałego przebywania w przestrzeni kosmicznej, a zwłaszcza podczas przelotu przez atmosferę. Straty te powodują większe "odmłodzenie" meteorytów kamiennych, ponieważ ich degazacja zachodzi łatwiej.