Бомбоимпульс
Импульс бомбы — это внезапное увеличение содержания углерода-14 ( 14 в) в атмосфере Земли в результате сотен наземных испытаний ядерных бомб , которые начались в 1945 году и усилились после 1950 года до 1963 года, когда Договор об ограниченном запрещении ядерных испытаний . США, Советский Союз и Великобритания подписали [2] За этими сотнями взрывов последовало удвоение относительной концентрации 14 С в атмосфере, [3] погибнет до 2,4 миллиона человек к 2020 году из-за своих глобальных последствий . [4]
Возросшее воздействие испытаний ядерного оружия побудило людей присоединиться к антиядерному движению . [5] и, в конечном итоге, подписание запрета на испытания ядерного оружия.
Причиной использования термина «относительная концентрация» является то, что измерения 14 Уровни углерода с помощью масс-спектрометров наиболее точно определяются путем сравнения с другим изотопом углерода, часто с обычным изотопом. 12 C. Соотношения содержания изотопов не только легче измерить, но и 14 Датировщики по углероду углерода нужны, поскольку именно доля углерода в образце 14 C, а не абсолютная концентрация, которая представляет интерес для датирующих измерений. На рисунке показано, как доля углерода в атмосфере 14 C, порядка лишь части на триллион, изменился за последние несколько десятилетий после испытаний бомбы. Потому что 12 Концентрация углерода увеличилась примерно на 30% за последние пятьдесят лет, тот факт, что «pMC», измеряющий соотношение изотопов, вернулся (почти) к своему значению 1955 года, означает, что 14 Концентрация углерода в атмосфере остается примерно на 30% выше, чем раньше. Углерод-14, радиоизотоп углерода, естественным образом вырабатывается в атмосфере в следовых количествах и может быть обнаружен во всех живых организмах. Углерод всех типов постоянно используется для образования молекул клеток организмов . Удвоение концентрации 14 C в атмосфере отражается на тканях и клетках всех организмов, живших в период ядерных испытаний. Это свойство имеет множество применений в области биологии и судебной медицины .
Фон
[ редактировать ]Радиоизотоп углерод-14 постоянно образуется из азота-14 ( 14 N) в верхних слоях атмосферы прибывающими космическими лучами , генерирующими нейтроны. Эти нейтроны сталкиваются с 14 N для производства 14 C, который затем соединяется с кислородом, образуя 14 СО 2 . Этот радиоактивный CO 2 распространяется через нижние слои атмосферы и океаны, где поглощается растениями и животными, которые поедают растения. Радиоизотоп 14 Таким образом, C становится частью биосферы , так что все живые организмы содержат определенное количество 14 C. Ядерные испытания привели к быстрому увеличению атмосферной 14 C (см. рисунок), поскольку при взрыве атомной бомбы также создаются нейтроны , которые снова сталкиваются с 14 N и производить 14 C. После запрета ядерных испытаний в 1963 году атмосферное 14 Относительная концентрация углерода медленно снижается со скоростью 4% в год. Это непрерывное снижение позволяет ученым, среди прочего, определять возраст умерших людей и изучать активность клеток в тканях. Измерив количество 14 C в популяции клеток и сравнивая его с количеством 14 C в атмосфере во время или после импульса бомбы ученые могут оценить, когда были созданы клетки и как часто они менялись с тех пор. [3]
Отличие от классического радиоуглеродного датирования
[ редактировать ]Радиоуглеродное датирование используется с 1946 года для определения возраста органического материала, возраст которого достигает 50 000 лет. По мере отмирания организма происходит обмен 14 C с окружающей средой прекращается и включается 14 С распадается. Учитывая устойчивый распад радиоизотопов ( полураспада период 14 C составляет около 5730 лет), относительное количество 14 C, оставшийся в мертвом организме, можно использовать для расчета того, как давно он умер. Датирование по импульсу бомбы следует рассматривать как особую форму радиоуглеродного датирования. Как обсуждалось выше и в эпизоде Radiolab , «Элементы» (раздел «Углерод»), [6] в импульсе бомбы, датирующем медленное поглощение атмосферы 14 C по биосфере, можно рассматривать как хронометр. Начиная с импульса около 1963 года (см. рисунок), относительное содержание радиоуглерода в атмосфере уменьшалось примерно на 4% в год. Таким образом, при датировании импульса бомбы это относительное количество 14 C в атмосфере уменьшается, а не количество 14 C в мертвых организмах, как в случае классического радиоуглеродного датирования. Это уменьшение атмосферного 14 C можно измерить в клетках и тканях, что позволило ученым определить возраст отдельных клеток и умерших людей. [7] [8] [9] Эти применения очень похожи на эксперименты, проводимые с анализом импульсного анализа , в которых клеточные процессы исследуются с течением времени путем воздействия на клетки меченого соединения (импульс), а затем того же соединения в немеченой форме (погоня). Радиоактивность — обычно используемый термин в этих экспериментах. Важным различием между анализом погони и датированием импульса бомбы является отсутствие погони в последнем.
Примерно к 2030 году импульс бомбы угаснет. Каждый организм, рожденный после этого, не будет иметь заметных следов бомбового импульса, и их клетки невозможно датировать таким способом. Радиоактивные импульсы с этической точки зрения не могут применяться к людям только для изучения оборота их клеток, поэтому результаты бомбовых импульсов можно рассматривать как полезный побочный эффект ядерных испытаний. [6]
Приложения
[ редактировать ]Тот факт, что клетки и ткани отражают удвоение 14 Уровень углерода в атмосфере во время и после ядерных испытаний оказался очень полезным для ряда биологических исследований, судебно-медицинской экспертизы и даже для определения года производства определенного вина. [10]
Биология
[ редактировать ]Биологические исследования, проведенные Кирсти Спалдинг, показали, что нейрональные клетки по существу статичны и не регенерируют в течение жизни. [11] Она также показала, что количество жировых клеток устанавливается в детстве и подростковом возрасте. Учитывая количество 14 Благодаря присутствию в ДНК ей удалось установить, что 10% жировых клеток обновляются ежегодно. [12] Импульс радиоуглеродной бомбы использовался для проверки отолитовых колец (возраст, рассчитанный по срезам отолитов) у нескольких видов рыб, включая пресноводный барабан , [13] озерный осетр , [14] бледный осетр , [15] большеротый буйвол , [16] арктические лососевые , [17] Пристипомоид нитевидный [18] , несколько рифовых рыб, [19] среди множества других подтвержденных пресноводных и морских видов. Точность радиоуглеродной проверки возраста бомбы обычно составляет +/- 2 года, поскольку период подъема (1956-1960 гг.) очень крутой. [13] [16] [17] Импульс бомбы также использовался для оценки (но не подтверждения) возраста гренландских акул путем измерения количества 14 C в хрусталике глаза во время развития. Определив возраст и измерив длину акул, рожденных во время импульса бомбы, можно было создать математическую модель, в которой длина и возраст акул коррелировали, чтобы определить возраст более крупных акул. Исследование показало, что гренландская акула возрастом 392 +/- 120 лет является старейшим из известных позвоночных. [20]
Криминалистика
[ редактировать ]В момент смерти поглощение углерода прекращается. Учитывая, что ткань, в которой находился импульс бомбы, 14 С быстро уменьшалась со скоростью 4% в год, время смерти двух женщин удалось установить в судебном деле путем исследования тканей с быстрым оборотом. [7] Еще одним важным применением стала идентификация жертв цунами 2004 года в Юго-Восточной Азии путем исследования их зубов. [8]
Моделирование транспорта углерода
[ редактировать ]Возмущение атмосферы 14 Углекислый газ, полученный в результате испытаний бомбы, дал возможность проверить модели атмосферного переноса и изучить движение углерода между атмосферой и океаническими или земными поглотителями. [21]
Другой
[ редактировать ]Атмосферная бомба 14 C использовался для проверки возраста годичных колец и для датировки недавно появившихся деревьев, у которых нет годовых колец. [22] Его также можно использовать для определения скорости роста тропических деревьев и пальм, у которых нет видимых годовых колец. [23]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Радиоуглерод» . web.science.uu.nl . Проверено 15 августа 2016 г.
- ^ «Радиоактивные осадки в результате испытаний ядерного оружия» . УСЕПА . Проверено 16 августа 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Гримм, Дэвид (12 сентября 2008 г.). «Серебряная подкладка грибного облака». Наука . 321 (5895): 1434–1437. дои : 10.1126/science.321.5895.1434 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 18787143 . S2CID 35790984 .
- ^ Адамс, Лилли (26 мая 2020 г.). «Возобновление ядерных испытаний — пощечина выжившим» . Уравнение . Проверено 16 июля 2024 г.
- ^ Плата, Элизабет; Браун, Теодор М. (2004). «Рассеивая призрак ядерного Холокоста» . Американский журнал общественного здравоохранения . 94 (1): 36. doi : 10.2105/AJPH.94.1.36 . ISSN 0090-0036 . ПМЦ 1449821 . ПМИД 14713693 .
- ^ Перейти обратно: а б «Элементы – Радиолаборатория» . Проверено 24 октября 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уайлд, Ева; Голсер, Робин; Хилле, Питер; Кучера, Уолтер; Приллер, Альфред; Пухеггер, Стефан; Ром, Вернер; Штайер, Питер; Выкудилик, Уолтер (1997). «Первые 14C получены в результате археологических и судебно-медицинских исследований в Венском ускорителе экологических исследований» . Радиоуглерод . 40 (1): 273. Бибкод : 1997Radcb..40..273W . дои : 10.1017/S0033822200018142 . ISSN 0033-8222 .
- ^ Перейти обратно: а б Сполдинг, Кирсти Л.; Бухгольц, Брюс А.; Бергман, Ларс-Эрик; Друид, Хенрик; Фризен, Йонас (15 сентября 2005 г.). «Криминалистика: возраст, написанный на зубах ядерными испытаниями». Природа . 437 (7057): 333–334. Бибкод : 2005Natur.437..333S . дои : 10.1038/437333а . ISSN 0028-0836 . ПМИД 16163340 . S2CID 4407447 .
- ^ «14C «Бомба Пульс» Импульсная криминалистика» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Проверено 24 октября 2015 г.
- ^ Зоппи, У; Скопец, З; Скопец, Дж; Джонс, Дж; Финк, Д; Хуа, Кью; Якобсен, Г; Туниз, К; Уильямс, А. (1 августа 2004 г.). «Судебно-медицинское применение датирования импульса бомбы 14C». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . Материалы Девятой международной конференции по ускорительной масс-спектрометрии. 223–224: 770–775. Бибкод : 2004NIMPB.223..770Z . дои : 10.1016/j.nimb.2004.04.143 . S2CID 95325450 .
- ^ Сполдинг, Кирсти Л.; Бхардвадж, Ратан Д.; Бухгольц, Брюс А.; Друид, Хенрик; Фрисен, Йонас (15 июля 2005 г.). «Ретроспективное датирование рождения клеток человека» . Клетка . 122 (1): 133–143. дои : 10.1016/j.cell.2005.04.028 . ISSN 0092-8674 . ПМИД 16009139 . S2CID 16604223 .
- ^ Сполдинг, Кирсти Л.; Арнер, Эрик; Вестермарк, Пол О.; Бернард, Сэмюэл; Бухгольц, Брюс А.; Бергманн, Олаф; Бломквист, Леннарт; Хоффштедт, Йохан; Нэслунд, Эрик (5 июня 2008 г.). «Динамика обмена жировых клеток у человека». Природа . 453 (7196): 783–787. Бибкод : 2008 Nature.453..783S . дои : 10.1038/nature06902 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 18454136 . S2CID 4431237 .
- ^ Перейти обратно: а б Дэвис-Фауст, Шеннон Л.; Брух, Рональд М.; Кампана, Стивен Э.; Олиник, Роберт П.; Янссен, Джон (01 марта 2009 г.). «Подтверждение возраста бочки с пресной водой с использованием радиоуглеродной бомбы». Труды Американского общества рыболовства . 138 (2): 385–396. Бибкод : 2009ТрАФС.138..385Д . дои : 10.1577/T08-097.1 . ISSN 0002-8487 .
- ^ Янссен, Джон; Хансен, Майкл Дж.; Дэвис-Фауст, Шеннон Л.; Кампана, Стивен Э.; Брух, Рональд М. (1 марта 2009 г.). «Подтверждение возраста озерного осетра с использованием радиоуглеродной бомбы и рыбы известного возраста». Труды Американского общества рыболовства . 138 (2): 361–372. Бибкод : 2009ТрАФС.138..361Б . дои : 10.1577/t08-098.1 .
- ^ Бротен, П.Дж.; Кампана, ЮВ; Фуллер, Д.Б.; Лотт, РД; Брух, Р.М.; Джордан, Греция (2015). «Оценка возраста дикого бледного осетра (Scaphirhynchus albus, Forbes & Richardson 1905) на основе шипов грудных плавников, отолитов и бомбового радиоуглерода: выводы о пополнении в раздробленной плотиной реке Миссури» . Журнал прикладной ихтиологии . 31 (5): 821–829. Бибкод : 2015JAPIc..31..821B . дои : 10.1111/jai.12873 . ISSN 1439-0426 .
- ^ Перейти обратно: а б Лакманн, Алек Р.; Эндрюс, Аллен Х.; Батлер, Малкольм Г.; Беляк-Лакманн, Эвелина С.; Кларк, Марк Э. (23 мая 2019 г.). «Большеротый буйвол Ictiobus cyprinellus устанавливает рекорд пресноводной костистости, поскольку улучшенный возрастной анализ показывает столетнее долголетие» . Коммуникационная биология . 2 (1): 197. дои : 10.1038/s42003-019-0452-0 . ISSN 2399-3642 . ПМК 6533251 . ПМИД 31149641 .
- ^ Перейти обратно: а б Кампана, Стивен Э; Кассельман, Джон М; Джонс, Синтия М. (1 апреля 2008 г.). «Бомба радиоуглеродной хронологии в Арктике с последствиями для подтверждения возраста озерной форели (Salvelinus namaycush) и других арктических видов». Канадский журнал рыболовства и водных наук . 65 (4): 733–743. дои : 10.1139/f08-012 . ISSN 0706-652X .
- ^ Эндрюс, Аллен Х.; ДеМартини, Эдвард Э.; Бродзяк, Джон; Николс, Райан С.; Хамфрис, Роберт Л. (1 ноября 2012 г.). «Долгая история жизни тропического глубоководного луциана (Pristipomoides filamentosus): бомбовое радиоуглеродное и свинцово-радиевое датирование как продолжение анализа ежедневных приростов в отолитах». Канадский журнал рыболовства и водных наук . 69 (11): 1850–1869. дои : 10.1139/f2012-109 . ISSN 0706-652X .
- ^ Джонстон, Жюстин М.; Ньюман, Стивен Дж.; Калиш, Джон М.; Эндрюс, Аллен Х. (23 ноября 2011 г.). «Бомбовое радиоуглеродное датирование трех важных видов рифовых рыб с использованием индо-тихоокеанской хронологии Δ14C». Морские и пресноводные исследования . 62 (11): 1259–1269. дои : 10.1071/MF11080 . hdl : 1885/64620 . ISSN 1448-6059 . S2CID 84397450 .
- ^ Нильсен, Юлиус; Хедехольм, Расмус Б.; Хайнемайер, Ян; Бушнелл, Питер Г.; Кристиансен, Йорген С.; Олсен, Джеспер; Рэмси, Кристофер Бронк; Брилл, Ричард В.; Саймон, Мален (12 августа 2016 г.). «Радиоуглеродный анализ хрусталика глаза показывает многовековое долголетие гренландской акулы (Somniosus microcephalus)» . Наука . 353 (6300): 702–704. Бибкод : 2016Sci...353..702N . doi : 10.1126/science.aaf1703 . hdl : 2022/26597 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 27516602 . S2CID 206647043 .
- ^ Калдейра, Кен (1998). «Прогнозируемый чистый выброс радиоуглерода из океана и увеличение содержания радиоуглерода в атмосфере» . Письма о геофизических исследованиях . 25 (20): 3811-3814. Бибкод : 1998GeoRL..25.3811C . дои : 10.1029/1998GL900010 . S2CID 129623525 .
- ^ Раковский, Анджей З.; Барбетти, Майк; Хуа, Цюань (25 марта 2013 г.). «Атмосферный радиоуглерод за период 1950–2010 гг.» . Радиоуглерод . 55 (4): 2059–2072. Бибкод : 2013Radcb..55.2059H . doi : 10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177 .
- ^ дель Валле, Дж.И.; Гуарин, младший; Сьерра, Калифорния (2014). «Однозначное и недорогое определение скорости роста и возраста тропических деревьев и пальм» . Радиоуглерод . 56 (1): 39–52. Бибкод : 2014Radcb..56...39D . дои : 10.2458/56.16486 .