كل امرئ مصدر
لا مفرّ من البوتاسيوم 40. فهو 0,0117 % من كل بوتاسيوم طبيعي، والنظائر الثلاثة متطابقة كيميائيًّا، والبوتاسيوم لا غنى عنه لكل خلية من خلاياك.
يحمل بالغ يزن سبعين كيلوغرامًا نحو 140 غرامًا من البوتاسيوم، معظمه داخل الخلايا. ومن ذلك المجموع نحو 16 ملّيغرامًا بوتاسيوم 40 — أي قرابة 4400 اضمحلال في الثانية.
وهو أكبر مصدر إشعاع داخل جسم الإنسان، متقدمًا على الكربون 14. والجرعة السنوية نحو 0,17 ملّي سيفرت، أمام خلفية طبيعية من 2 إلى 3.
⚠️ ويكفي ذلك لإحداث مشكلات عملية. فكواشف الإشعاع الحساسة يجب تدريعها من بوتاسيوم الخرسانة المحيطة، والمشغّل الواقف قربها يظهر على الجهاز.
مسألة الموز
«جرعة الموز المكافئة» طريقة شائعة لشرح الإشعاع: فالموزة نحو 0,1 ميكرو سيفرت، وصورة الصدر 700 موزة، وهكذا.
وهي إيضاح جيد وواقعة سيئة.
فالجسم يحافظ على تركيز بوتاسيومه ضمن حدود ضيقة. فكُلْ أكثر تطرح الكليتان الفائض في ساعات. وبوتاسيومك 40 تحدده كتلة جسمك لا غذاؤك.
⚠️ فأكل مئة موزة لا يعطي مئة جرعة موز. بل يعطي الجرعة التي كانت لديك أصلًا، وفاكهة.
وتبقى المقارنة مفيدة للمقادير — فهي تجسّد ميكرو سيفرت مجرّدًا. غير أنها لا يجب أن تُقرأ آليةً.
أرغون الهواء
يضمحل البوتاسيوم 40 بطريقتين. ففي نحو 89 % من الحالات يبعث جسيم بيتا فيصير كالسيوم 40. وفي الـ11 % الباقية يلتقط إلكترونًا فيصير أرغون 40.
وذلك الفرع الأقلّي هو الذي ملأ الغلاف الجوي.
فالأرغون 0,93 % من الهواء، وهو ما يجعله أوفر الغازات النبيلة على الأرض بفارق هائل — أكثر شيوعًا من النيون بألف مرة، رغم أن النيون أوفر بكثير في الكون. وهو أرغون 40 كله تقريبًا، منتَج باضمحلال البوتاسيوم في صخور القشرة على مدى 4500 مليون سنة.
⚠️ والبصمة النظائرية تفضحه. ففي الشمس يهيمن الأرغون 36. وعلى الأرض يمثّل الأرغون 40 نسبة 99,6 % من المجموع. والفارق هو سجلّ أربعة مليارات ونصف من السنين من بوتاسيوم يضمحل تحت أقدامنا.
عدّ شخص
لمّا كان البوتاسيوم 40 يبعث شعاع غاما في 11 % من اضمحلالاته، ولذلك الشعاع طاقة مميزة تبلغ 1,46 مليون إلكترون فولت، أمكن قياس شخص من الخارج.
وعدّاد الجسم الكامل غرفة مدرّعة فيها كاشف، تُبنى عادةً من فولاذ ما قبل الحرب — فالفولاذ المصهور بعد 1945 يحمل آثار تساقط تُغرق الإشارة. ويجلس الشخص داخلها دقائق ويعدّ الجهاز أشعة غاما الخارجة من جسده.
وخط البوتاسيوم 40 هو المرجع. ولمّا كان الجسم يحوي بوتاسيومًا بنسبة كتلته الخالية من الشحم، أعطى العدّ قياسًا للكتلة العضلية، واستُعملت التقنية في علم وظائف الأعضاء قبل وجود أجهزة تركيب الجسم.
⚠️ والجهاز نفسه يكشف كل ما يحمله الشخص غير ذلك. وهكذا فُحص عمال تشيرنوبل وفوكوشيما بحثًا عن سيزيوم داخلي — بالمقارنة مع ذروة البوتاسيوم التي يملكها الجميع.
تأريخ طبقات أولدوفاي
الاضمحلال نفسه من أهم ساعات الجيولوجيا.
فحين يتبلور معدن من صهارة يفلت الأرغون: فهو غاز ولا يدخل الشبكة البلورية. ومن تلك اللحظة يبقى الأرغون 40 الناتج عن اضمحلال البوتاسيوم محبوسًا. وقياس الاثنين يعطي الزمن المنقضي منذ التبريد.
ويمتد المجال المفيد من نحو مئة ألف سنة إلى عمر المجموعة الشمسية، وهو ما يغطي معظم التاريخ الجيولوجي.
وهو الأسلوب الذي أرّخ طبقات الرماد البركاني في وادي أولدوفاي، فأرسى بذلك عمر بقايا أشباه البشر الموجودة بينها. وقبله كانت الأنثروبولوجيا القديمة تملك تواريخ نسبية — هذه الطبقة أقدم من تلك — لكن بلا أرقام.
⚠️ ويخفق الأسلوب إن أُعيد تسخين الصخر، لأن الأرغون المحبوس يفلت وتُضبط الساعة جزئيًّا من جديد. وقد صار ذلك العيب ميزة: إذ يتيح تأريخ أحداث حرارية لاحقة للتكوّن.