Tietääkö isokroni Eero Junkkaalan alkupisteen?

Isokroni-menetelmän luultiin eliminoivan radiometrisiin iänmäärityksiin liittyvät kaksi potentiaalista ja merkittävää virhelähdettä: hajoamistuotteena syntyneen tytäraineen mahdollinen olemassaolo jo alkuhetkellä sekä mahdollisen avoimen systeemin aiheuttamat epävarmuudet (näytteen kontaminaatio eli ”saastuminen”). Isokroni tulee kreikan sanoista isos (sama) ja khrónos (aika) ja tarkoittaa suomeksi ”samaa aikaa”. Menetelmässä otetaan siis huomioon se mahdollisuus, että radioaktiivisen hajoamisen tuloksena syntyvää tytärainetta saattoi olla näytteessä jo silloin kun se syntyi, kun yhtään lähtöaineen atomia ei vielä ollut ehtinyt hajota tytäraineeksi. Tytärainetta on voinut olla mukana alusta alkaen esimerkiksi tärkeässä rubidium– strontium-menetelmässä (Rb-87/Sr-87).

Isokroni-menetelmän kivijalka on se, että joidenkin radioaktiivisten alkuaineiden hajoamisesta syntyneillä tytäraineilla on myös luonnollisia isotooppeja, sellaisia, jotka eivät ole peräisin radioaktiivisesta hajoamisesta. Isotoopilla tarkoitetaan siis jonkin alkuaineen, kuten lyijyn tai strontiumin ”muunnoksia”: niiden ytimissä on eri määrä neutroneja, mutta protonien määrä on sama. Esimerkiksi rubidium-87:stä syntyneellä strontium-87:llä on ”luonnollinen (tytär)isotooppi”, Sr-86. Isokroni-menetelmässä ei mitatakaan alkuaineiden, Rb-87:n ja Sr-87:n todellisia pitoisuuksia vaan niiden suhteellisia määriä luonnolliseen Sr-86:een verrattuna – määritetään siis suhdeluvut: Rb-87/Sr-86 ja Sr-87/Sr-86! Näin siksi, että aineiden suhteelliset osuudet on helpompi määrittää kuin niiden todelliset määrät (esim. mikrogrammoina). Näistä suhteellisista osuuksista johdetaan epäsuorasti näytteen ikä olettaen, että lähtöaineen hajoamisnopeus on aina ollut sama.

Strontiumin isotoopit (ja eräät muutkin isotoopit) ovat ominaisuuksiltaan sellaisia, että ne sitoutuvat kemiallisesti eri mineraaleihin eri tavoilla. Kun iänmäärityksen kohteena oleva kiviaines aikanaan syntyi, kukaan ei kuitenkaan ollut mittaamassa, miten paljon rubidiumin tytärainetta, strontium-87:ä sen mineraalit sisälsivät. Isokroni-menetelmässä sitä ei tarvitsekaan tietää, sillä siinä oletetaan, että tytär-isotoopin alkuperäinen osuus voidaan johtaa nykyisistä pitoisuuksista. Menetelmässä tutkitaan vähintään kolmea erilaista mineraalia samasta kivenlohkareesta tai neljää niin sanottua kokokivinäytettä (engl. whole rock, ”kokokivi”), jotka on otettu samasta kalliosta. Ne kivilajit, joista radiometrisiä iänmäärityksiä voidaan tehdä, ovat yleensä niin sanottua ”primaarista kiveä” eli kiteytynyttä syväkiveä. Hiekka- tai kalkkikiven kaltaisista ”pintakivistä” ei iänmäärityksiä voi tehdä. Ne ovat ensin rapautuneet jostain emokalliosta, joutuneet veden, jäätikön tai tuulen kuljettamiksi ja sitten kivettyneet uudelleen jossain muualla.

”Primaariset kiviainekset” ovat eri aineiden sekoituksia, ”amalgaameja”. Esimerkiksi graniitti koostuu mineraalikiteistä ja ”perusmassasta”, matriksista, josta pääosa lienee kovaa piidioksidia. Tästä matriksista käytetään myös teknistä nimitystä ”kokokivi”. Tavallisimpia graniitin sisältämiä mineraalikiteitä ovat maasälpä, kvartsi ja biotiitti. Siellä missä graniitti on työntynyt pintaan se saattaa sisältää myös ympäröivästä kiviaineksesta peräisin olevia vierasaineita kuten ns. ksenokiteitä (tästä sekoitusongelmasta kohta lisää).

Kun esimerkiksi graniitin ikää määritetään, analysoidaan joko kiven matriksi tai yhdestä palasta eristetään tietyt mineraalit ja ne analysoidaan erikseen. Ensimmäinen olettamus tietenkin on, että kaikki analysoitavat näytteet ja niiden sisältämät kiteet ovat syntyneet samaan aikaan (isokroni!). Tämä oletus kuulostaa järkevältä, mutta näin ei välttämättä ole (ks. alle). Toinen hyvin tärkeä oletus on, että kaikkien analyysin kohteina olevien näytteiden tytärisotoopit (ja lähtöaine) olivat ehtineet tasaisesti sekoittua koko kivimassaan ennen kuin se jäähtyi ja jähmettyi.

Oletus, että kiviaines ja sen sisältämät eri aineosat ovat rubidiumin ja strontiumin suhteen homogeenisia, edellyttää, että ne jäähtyivät ja kiteytyivät riittävän hitaasti ja samaan aikaan. Nämä kaksi oletusta: sama syntymäaika sekä tytäraineen samat suhteelliset alkuperäispitoisuudet (kaikissa näytteissä) tavallaan korvaavat sen, mitä ei voida tietää: tytäraineen todellinen pitoisuus lähtötilanteessa silloin kun lähtöainetta ei vielä ollut ehtinyt hajota.

Isokroni-menetelmässä lähtö- ja tytäraineen suhteet luonnolliseen tytärisotooppiin määritellään siis vähintään kolmesta tai neljästä näytteestä ja ne siirretään X–Y-koordinaatistoon. Jos tutkittavana on ollut esimerkiksi neljä eri mineraalia, saadaan yleensä neljä erilaista suhdelukua. Tämä johtuu siitä, että eri mineraalit ”imuroivat” aineita itseensä eri tavalla eli ne ovat toisiinsa verrattuina aina jonkin verran (tai paljon) heterogeenisiä. Jos aineiden suhdeluvut X–Y-koordinaatiossa kuitenkin asettuvat suurin piirtein samalle suoralle, niiden sanotaan olevan isokronisia ja suoraa kutsutaan isokroniksi. Suoran uskotaan olev