Импульс бомбы - Bomb pulse
Импульса бомба является внезапным увеличением углерода-14 ( 14 С) в атмосфере Земли из - за сотни надземных испытаний ядерных бомб , которые не начало в 1945 году и активизировалась после 1950 года до 1963 года , когда Договор Ban Limited испытаний был подписан Юнайтед Штаты, Советский Союз и Великобритания. За этими сотнями взрывов относительная концентрация 14 C в атмосфере увеличилась вдвое . Мы обсудим «относительную концентрацию», потому что измерения 14 уровней С помощью масс - спектрометров наиболее точно сделаны путем сравнения с другим изотопом углерода, часто общего изотоп 12 соотношения численности С. Изотопной не только более легко измерены, они, что 14 С углеродом любители датирования хотят, поскольку именно доля углерода в образце, равная 14 ° C, а не абсолютная концентрация, представляет интерес для измерений датирования. На рисунке показано, как доля углерода в атмосфере, равная 14 C, порядка лишь части на триллион, изменилась за последние несколько десятилетий после испытаний бомбы. Поскольку концентрация 12 C увеличилась примерно на 30% за последние пятьдесят лет, тот факт, что «pMC», измеряющий соотношение изотопов, вернулся (почти) к значению 1955 года, означает, что концентрация 14 C в атмосфере остается примерно на 30%. выше, чем когда-то было. Углерод-14, радиоизотоп углерода, естественным образом вырабатывается в следовых количествах в атмосфере, и его можно обнаружить 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, которые жили в период ядерных испытаний. Это свойство находит множество применений в области биологии и криминалистики.
Задний план
Радиоизотоп углерод-14 постоянно образуется из азота-14 ( 14 N) в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей, генерирующих нейтроны. Эти нейтроны сталкиваются с 14 N, образуя 14 C, который затем соединяется с кислородом с образованием 14 CO 2 . Этот радиоактивный CO 2 распространяется через нижние слои атмосферы и океаны, где он поглощается растениями и животными, которые поедают растения. Таким образом, радиоизотоп 14 C становится частью биосферы, так что все живые организмы содержат определенное количество 14 C. Ядерные испытания вызвали быстрое повышение атмосферного 14 C (см. Рисунок), поскольку взрыв атомной бомбы также создает нейтроны, которые сталкиваются снова с 14 N и производят 14 C. После запрета на ядерные испытания в 1963 году относительная концентрация 14 C в атмосфере 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 14 C в популяции клеток и сравнивая это 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.
Отличие от классического радиоуглеродного датирования
Радиоуглеродное датирование используется с 1946 года для определения возраста органического материала 50 000 лет. Когда организм умирает, обмен 14 C с окружающей средой прекращается, и включенный 14 C распадается. Учитывая неуклонный распад радиоизотопов ( полураспад от 14 С составляет около 5730 лет), относительное количество 14 C осталось в мертвом организме может быть использовано для расчета , как давно он умер. Датирование по импульсам бомбы следует рассматривать как особую форму углеродного датирования. Как обсуждалось выше и в эпизоде Radiolab , Elements (раздел «Углерод») в импульсе бомбы, датирующем медленное поглощение атмосферного 14 C 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 по импульсам бомбы уменьшается относительное количество 14 C в атмосфере, а не количество 14 C в мертвых организмах, как в случае классического радиоуглеродного датирования. Это снижение атмосферного 14 C может быть измерено в клетках и тканях и позволило ученым определить возраст отдельных клеток и умерших людей. Эти приложения очень похожи на эксперименты, проводимые с анализом следования импульсов, в которых клеточные процессы исследуются с течением времени, подвергая клетки воздействию меченого соединения (импульс), а затем того же соединения в немеченой форме (погоня). Радиоактивность - обычно используемый ярлык в этих экспериментах. Важное различие между анализом слежения за пульсом и датировкой по пульсу бомбы - отсутствие следа в последнем.
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.
Приложения
Тот факт, что клетки и ткани отражают удвоение 14 C в атмосфере во время и после ядерных испытаний, был очень полезен для нескольких биологических исследований, для судебной экспертизы и даже для определения года, в котором было произведено определенное вино.
Биология
Биологические исследования, проведенные Кирсти Сполдинг, показали, что нейрональные клетки по существу статичны и не регенерируют в течение жизни. Она также показала, что количество жировых клеток устанавливается в детском и подростковом возрасте. Учитывая количество 14 C , присутствующий в ДНК , она может установить , что 10% жировые клетки обновляется ежегодно. Импульс радиоуглеродной бомбы использовался для проверки кольцевых отолитов (возраст по срезам отолитов) у нескольких видов рыб, включая пресноводный барабан , озерного осетра , бледного осетра , большеротого буйвола , арктических лососевых , Pristipomoides filamentosus , нескольких рифовых рыб, среди множества других подтвержденных пресноводные и морские виды. Точность подтверждения возраста бомбы по радиоуглероду обычно находится в пределах +/- 2 лет, потому что период роста (1956-1960) очень крутой. Импульс бомбы также использовался для оценки (не проверки) возраста гренландских акул путем измерения включения 14 C в хрусталик 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.
Криминалистика
В момент смерти поглощение углерода прекращается. Принимая во внимание, что ткань, которая содержала импульс бомбы 14 C, быстро уменьшалась со скоростью 4% в год, можно было установить время смерти двух женщин в судебном деле, исследуя ткани с быстрым оборотом. Еще одно важное приложение - идентификация жертв цунами 2004 года в Юго-Восточной Азии путем исследования их зубов.
Моделирование переноса углерода
Возмущение атмосферного 14 C в результате испытаний бомбы дало возможность проверить модели атмосферного переноса и изучить движение углерода между атмосферой и океанскими или земными поглотителями.
Другой
Атмосферная бомба 14 C использовалась для проверки возраста годичных колец и датирования недавно появившихся деревьев, у которых нет годовых колец.