Бомба импульс - Bomb pulse

В импульс бомбы внезапное увеличение углерод-14 (14В) в Атмосфера Земли из-за сотен надземных испытания ядерных бомб это началось в 1945 году и усилилось после 1950 года до 1963 года, когда Договор об ограниченном запрещении испытаний был подписан США, Советским Союзом и Соединенным Королевством.[1] Эти сотни взрывов сопровождались удвоением относительной концентрации 14C в атмосфере.[2] Мы обсуждаем «относительную концентрацию», потому что измерения 14Уровни углерода масс-спектрометрами наиболее точно определяются по сравнению с другим изотопом углерода, часто обычным изотопом. 12C. Соотношения изотопов не только легче измерить, но и14Исследователи углерода хотят использовать углерод, поскольку именно доля углерода в образце 14C, а не абсолютная концентрация, которая представляет интерес при датировке измерений. На рисунке показано, как доля углерода в атмосфере 14C, составляющий лишь часть на триллион, изменился за последние несколько десятилетий после испытаний бомбы. Потому что 12Концентрация углерода увеличилась примерно на 30% за последние пятьдесят лет, и тот факт, что «pMC», измеряющий соотношение изотопов, вернулся (почти) к значению 1955 года, означает, что 14Концентрация углерода в атмосфере остается примерно на 30% выше, чем была раньше. Углерод-14, радиоизотоп углерода, естественно вырабатывается в следовых количествах в атмосфере и может быть обнаружен во всех живых организмах. Углерод всех типов постоянно используется для образования молекул клетки организмов. Удвоение концентрации 14C в атмосфере отражается на тканях и клетках всех организмов, которые жили в период ядерных испытаний. Это свойство имеет множество применений в области биологии и криминалистики.

Атмосферный 14C, Новая Зеландия и Австрия. Кривая Новой Зеландии является представительной для Южного полушария, австрийская кривая - для Северного полушария. Атмосферные испытания ядерного оружия почти удвоили концентрацию 14C в северном полушарии.[3]

Фон

Радиоизотоп углерод-14 постоянно образуется из азот-14 (14N) в верхних слоях атмосферы за счет входящих космические лучи которые генерируют нейтроны. Эти нейтроны сталкиваются с 14N производить 14C, который затем соединяется с кислородом с образованием 14CO2. Этот радиоактивный CO2 распространяется через нижние слои атмосферы и океаны, где поглощается растениями и животными, поедающими растения. Радиоизотоп 14Таким образом, C становится частью биосфера так что все живые организмы содержат определенное количество 14C. Ядерные испытания вызвали быстрое увеличение атмосферного 14C (см. Рисунок), поскольку взрыв атомной бомбы также создает нейтроны которые снова сталкиваются с 14N и произвести 14C. После запрета ядерных испытаний в 1963 году атмосферные 14Относительная концентрация углерода медленно снижается со скоростью 4% ежегодно. Это непрерывное уменьшение позволяет ученым, среди прочего, определять возраст умерших людей и изучать активность клеток в тканях. Измеряя количество 14C в популяции клеток и сравнивая это с количеством 14C в атмосфере во время или после импульса бомбы, ученые могут оценить, когда были созданы клетки и как часто они с тех пор менялись.[2]

Отличие от классического радиоуглеродного датирования

Радиоуглеродное датирование с 1946 года используется для определения возраста органического материала 50 000 лет. Когда организм умирает, обмен 14C с окружающей средой прекращается, и 14C распадается. Учитывая устойчивый распад радиоизотопов ( период полураспада из 14C составляет около 5730 лет), относительное количество 14C, оставшийся в мертвом организме, можно использовать для подсчета того, как давно он умер. Датирование по импульсам бомбы следует рассматривать как особую форму углеродного датирования. Как обсуждалось выше и в Радиолаборатория эпизод, Элементы (раздел «Углерод»),[4] в датировке импульса бомбы медленное поглощение атмосферного 14C биосферой, 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 пульса бомбы это относительное количество 14C в атмосфере, которая уменьшается, а не количество 14C в мертвых организмах, как в случае классического радиоуглеродного датирования. Это уменьшение атмосферного 14C может быть измерен в клетках и тканях и позволил ученым определить возраст отдельных клеток и умерших людей.[5][6][7] Эти приложения очень похожи на эксперименты, проводимые с импульсный анализ в котором клеточные процессы исследуются с течением времени, подвергая клетки воздействию меченого соединения (импульс), а затем того же соединения в немеченой форме (чейз). Радиоактивность - это обычно используемый ярлык в этих экспериментах. Важное различие между анализом слежения за пульсом и датировкой по пульсу бомбы заключается в том, что в последнем он отсутствует.

Примерно к 2030 году импульс бомбы угаснет. Каждый организм, рожденный после этого, не будет иметь заметных следов бомбового импульса, и их клетки нельзя датировать таким образом. С этической точки зрения радиоактивные импульсы нельзя вводить людям только для изучения круговорота их клеток, поэтому результаты импульсов бомбы можно рассматривать как полезный побочный эффект ядерных испытаний.[4]

Приложения

Тот факт, что клетки и ткани отражают удвоение 14Содержание углерода в атмосфере во время и после ядерных испытаний было очень полезным для ряда биологических исследований, для судебной экспертизы и даже для определения года производства определенного вина.[8]

Биология

Биологические исследования, проведенные Кирсти Сполдинг, показали, что нейрональные клетки по сути статичны и не возродить при жизни.[9] Она также показала, что количество жировых клеток устанавливается в детском и подростковом возрасте. Учитывая количество 14С присутствием в ДНК она смогла установить, что 10% жировых клеток обновляются ежегодно.[10] Импульс радиоуглеродной бомбы использовался для проверки отолитовых колец (возраст, измеренный по срезам отолитов) у нескольких видов рыб, включая пресноводный барабан,[11] озерный осетр,[12] бледный осетр,[13] большеротый буйвол,[14] Арктический лососевые,[15] Pristipomoides filamentosus[16], несколько рифовых рыб,[17] среди множества других подтвержденных пресноводных и морских видов. Точность подтверждения возраста бомбы по радиоуглероду обычно находится в пределах +/- 2 лет, потому что период роста (1956-1960) очень крутой.[11][14][15] Импульс бомбы также использовался для оценки (не проверки) возраста Гренландские акулы путем измерения включения 14C в хрусталике глаза во время развития. После определения возраста и измерения длины акул, родившихся во время импульса бомбы, можно было создать математическую модель, в которой длина и возраст акул были коррелированы, чтобы определить возраст более крупных акул. Исследование показало, что гренландская акула в возрасте 392 +/- 120 лет является самым старым из известных позвоночных.[18]

Криминалистика

В момент смерти поглощение углерода прекращается. Учитывая, что ткань содержала импульс бомбы 14C быстро уменьшалась со скоростью 4% в год, время смерти двух женщин можно было установить в судебном деле, исследуя ткани с быстрым оборотом.[5] Еще одним важным приложением была идентификация жертв цунами 2004 года в Юго-Восточной Азии путем исследования их зубов.[6]

Моделирование переноса углерода

Возмущение в атмосферном 14C от испытаний бомбы дал возможность проверить модели атмосферного переноса и изучить движение углерода между атмосферой и океанскими или земными поглотителями.[19]

Другой

Атмосферная бомба 14C использовался для проверки возраста годичных колец и датирования недавно появившихся деревьев, у которых нет годичных колец.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Радиоактивные осадки в результате испытаний ядерного оружия». USEPA. Получено 2016-08-16.
  2. ^ а б Гримм, Дэвид (2008-09-12). «Серебряная подкладка грибовидного облака». Наука. 321 (5895): 1434–1437. Дои:10.1126 / science.321.5895.1434. ISSN  0036-8075. PMID  18787143. S2CID  35790984.
  3. ^ «Радиоуглерод». web.science.uu.nl. Получено 2016-08-15.
  4. ^ а б «Элементы - Радиолаборатория». Получено 2015-10-24.
  5. ^ а б «Первые 14C - результаты археологических и судебно-медицинских исследований на ускорителе экологических исследований в Вене». Радиоуглерод. 40 (1). ISSN  0033-8222.
  6. ^ а б Spalding, Kirsty L .; Buchholz, Bruce A .; Бергман, Ларс-Эрик; Друид, Хенрик; Фризен, Йонас (15 сентября 2005 г.). «Криминалистика: возраст, написанный зубами ядерными испытаниями». Природа. 437 (7057): 333–334. Bibcode:2005Натура.437..333С. Дои:10.1038 / 437333a. ISSN  0028-0836. PMID  16163340. S2CID  4407447.
  7. ^ "14C" Bomb Pulse "Pulse Forensics". Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора. Получено 2015-10-24.
  8. ^ Zoppi, U; Скопец, Z; Скопец, Дж; Джонс, Дж; Финк, Д; Хуа, Q; Якобсен, G; Тунис, К; Уильямс, А (2004-08-01). «Судебно-медицинские применения 14C-датировки бомбы». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция B: Взаимодействие пучка с материалами и атомами. Материалы Девятой Международной конференции по ускорительной масс-спектрометрии. 223–224: 770–775. Bibcode:2004НИМПБ.223..770Z. Дои:10.1016 / j.nimb.2004.04.143.
  9. ^ Spalding, Kirsty L .; Bhardwaj, Ratan D .; Buchholz, Bruce A .; Друид, Хенрик; Фризен, 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. PMID  16009139. S2CID  16604223.
  10. ^ Spalding, Kirsty L .; Арнер, Эрик; Westermark, Pål O .; Бернард, Самуэль; Buchholz, Bruce A .; Бергманн, Олаф; Бломквист, Леннарт; Хоффстедт, Йохан; Нэслунд, Эрик (05.06.2008). «Динамика обмена жировых клеток у человека». Природа. 453 (7196): 783–787. Bibcode:2008Натура.453..783S. Дои:10.1038 / природа06902. ISSN  0028-0836. PMID  18454136. S2CID  4431237.
  11. ^ а б Davis-Foust, Shannon L .; Брух, Рональд М .; Кампана, Стивен Э .; Олиник, Роберт П .; Янссен, Джон (2009-03-01). «Проверка возраста пресноводного барабана с использованием радиоуглерода бомбы». Сделки Американского рыболовного общества. 138 (2): 385–396. Дои:10.1577 / T08-097.1. ISSN  0002-8487.
  12. ^ Янссен, Джон; Хансен, Майкл Дж .; Дэвис-Фуст, Шеннон Л .; Кампана, Стивен Э .; Брух, Рональд М. (2009-03-01). «Подтверждение возраста озерного осетра с использованием бомбового радиоуглерода и рыбы известного возраста». Сделки Американского рыболовного общества. 138 (2): 361–372. Дои:10.1577 / t08-098.1.
  13. ^ Braaten, P.J .; Campana, S.E .; Фуллер, Д. Б .; Lott, R.D .; Bruch, R.M .; Джордан, Г. Р. (2015). «Оценка возраста дикого бледного осетра (Scaphirhynchus albus, Forbes & Richardson 1905) на основе шипов грудных плавников, отолитов и радиоуглерода бомбы: выводы о пополнении во фрагментированной плотиной реке Миссури». Журнал прикладной ихтиологии. 31 (5): 821–829. Дои:10.1111 / jai.12873. ISSN  1439-0426.
  14. ^ а б Lackmann, Alec R .; Эндрюс, Аллен H .; Батлер, Малькольм Дж .; Bielak-Lackmann, Ewelina S .; Кларк, Марк Э. (23 мая 2019 г.). «Большеротый буйвол Ictiobus cyprinellus устанавливает рекорд пресноводной костистости, поскольку улучшенный возрастной анализ показывает столетнюю продолжительность жизни». Биология коммуникации. 2 (1): 197. Дои:10.1038 / с42003-019-0452-0. ISSN  2399-3642. ЧВК  6533251. PMID  31149641.
  15. ^ а б Кампана, Стивен Э; Кассельман, Джон М; Джонс, Синтия М (2008-04-01). «Бомбите радиоуглеродную хронологию в Арктике с последствиями для определения 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.
  16. ^ Эндрюс, Аллен Х .; ДеМартини, Эдвард Э .; Бродзяк, Джон; Николс, Райан С .; Хамфрис, Роберт Л. (01.11.2012). «Долгоживущая история жизни тропического глубоководного луциана (Pristipomoides filamentosus): датирование радиоуглеродной бомбы и свинцово-радиевое датирование как продолжение анализа суточного прироста отолитов». Канадский журнал рыболовства и водных наук. 69 (11): 1850–1869. Дои:10.1139 / f2012-109. ISSN  0706-652X.
  17. ^ Johnston, Justine M .; Ньюман, Стивен Дж .; Калиш, Джон М .; Эндрюс, Аллен Х. (23.11.2011). «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. ISSN  1448-6059.
  18. ^ Нильсен, Юлиус; Hedeholm, Rasmus B .; Хайнемайер, Ян; Бушнелл, Питер Дж .; Christiansen, Jørgen S .; Олсен, Джеспер; Рэмси, Кристофер Бронк; Брилл, Ричард В .; Саймон, Мален (2016-08-12). «Радиоуглеродный анализ хрусталика глаза свидетельствует о многовековой продолжительности жизни гренландской акулы (Somniosus microcephalus)». Наука. 353 (6300): 702–704. Bibcode:2016Научный ... 353..702N. Дои:10.1126 / science.aaf1703. ISSN  0036-8075. PMID  27516602. S2CID  206647043.
  19. ^ Калдейра, Кен (1998). «Прогнозируемый чистый выброс радиоуглерода из океана и увеличение содержания радиоуглерода в атмосфере». Письма о геофизических исследованиях. 25 (20): 3811-3814. Bibcode:1998GeoRL..25.3811C. Дои:10.1029 / 1998GL900010.
  20. ^ Раковски, Анджей З .; Барбетти, Майк; Хуа, Цюань (2013-03-25). «Радиоуглерод атмосферы за период 1950–2010 гг.». Радиоуглерод. 55 (4): 2059–2072. Дои:10.2458 / azu_js_rc.55.16177.