Diversi minerali subiscono l'autoirradiazione radioattiva e subiscono cambiamenti a lungo termine nelle loro proprietà. La monazite minerale si comporta come il formaggio Camembert in cui vengono praticati dei buchi:i danni da radiazioni esistenti si rimarginano. Un team di ricerca internazionale guidato da Lutz Nasdala, Istituto di Mineralogia e Cristallografia, Università di Vienna, ha condotto uno studio sull'irradiazione ionica che ha svelato le cause dell'autoguarigione della monazite. I risultati sono stati pubblicati in Rapporti scientifici .

In natura ci sono parecchi minerali che incorporano uranio e torio nella loro struttura cristallina. Ciò provoca un'autoirradiazione radioattiva che, su periodi geologici di tempo, può distruggere il cristallo e trasformarlo in una forma vetrosa. Già nel 1893, il mineralogista e geologo norvegese ha introdotto il termine "metamict" per descrivere questo stato vetroso.

I minerali autoirraggianti sono attualmente al centro della ricerca internazionale. Questo perché il danno strutturale da radiazioni può influenzare le proprietà fisiche e chimiche dei minerali. Comprendere le cause di questi cambiamenti di proprietà è fondamentale per le scienze della Terra, poiché una delle tecniche più importanti per determinare l'età dei minerali e delle rocce si basa sul decadimento radioattivo dell'uranio. Nelle scienze dei materiali, i minerali radioattivi sono analoghi della ceramica ospite per l'immobilizzazione dei rifiuti radioattivi.

La monazite si cura da sola

Non si capiva perché alcuni minerali (come lo zircone, ZrSiO ₄ ) si trovano spesso in natura allo stato vetrificato per irradiazione, considerando che altre specie (come monazite, CePO ₄ ) - nonostante l'autoirradiazione ancora più elevata - non diventano mai metamitti ma, piuttosto, sono sempre osservati in uno stato moderatamente danneggiato dalle radiazioni. Ciò è spiegato dall'insufficiente stabilità della struttura monazite, con conseguente incapacità di accumulare danni per periodi geologici di tempo. Lutz Nasdala chiarisce questo, notevolmente semplificato, da un confronto con il formaggio:"È facilmente possibile, usando una matita, fare un buco in un formaggio Emmentaler a pasta dura ("stabile"), mentre i buchi prodotti in modo analogo in un formaggio Camembert morbido "guarirebbero" in pochissimo tempo."

Gli ioni di elio creano e guariscono i danni da radiazioni

Si pensa che l'autoguarigione parziale della monazite non sia causata solo dalla bassa stabilità termica di questo minerale, ma anche legato all'azione delle particelle alfa naturali (cioè, nuclei di elio ricchi di energia che vengono emessi da un nucleo instabile in un "evento di decadimento alfa"). Quest'ultimo, però, era in apparente contrasto con l'osservazione che la monazite cristallina è soggetta a danni da radiazioni alfa.

Nel nuovo studio il team di ricerca potrebbe svelare le cause dell'autoguarigione conducendo esperimenti di irradiazione. Gli ioni di elio con energie di milioni di elettronvolt (analoghi delle particelle alfa naturali) creano danni strutturali nella monazite cristallina. In contrasto, gli stessi ioni di elio causano il recupero strutturale della monazite danneggiata dalle radiazioni. Quindi la monazite cristallina corrisponderebbe al formaggio Emmentaler, mentre la monazite danneggiata dalle radiazioni diventa formaggio Camembert.

Una tale forte dipendenza delle proprietà minerali da piccoli cambiamenti nello stato strutturale non è mai stata descritta prima. Una conseguenza per la ricerca nelle scienze della Terra è che gli esperimenti con materiali sintetici (cioè, la monazite non danneggiata dalle radiazioni) può produrre risultati che non sono necessariamente rilevanti per il comportamento di questo minerale (sempre moderatamente danneggiato dalle radiazioni) all'interno della Terra.