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Pulso de bomba

14C atmosférico , Nueva Zelanda y Austria. La curva de Nueva Zelanda es representativa del hemisferio sur, la curva de Austria es representativa del hemisferio norte. Las prueba...

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14C atmosférico , Nueva Zelanda y Austria. La curva de Nueva Zelanda es representativa del hemisferio sur, la curva de Austria es representativa del hemisferio norte. Las pruebas nucleares atmosféricas casi duplicaron la concentración de 14C en el hemisferio norte. [ 1 ]

El pulso de las bombas atómicas es el aumento repentino de carbono-14 ( ¹⁴C ) en la atmósfera terrestre debido a los cientos de pruebas nucleares atmosféricas que comenzaron en 1945 y se intensificaron después de 1950 hasta 1963, cuando Estados Unidos, la Unión Soviética y el Reino Unido firmaron el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares . [ 2 ] Estas explosiones fueron seguidas por una casi duplicación de la concentración relativa de ¹⁴C en la atmósfera. [ 3 ]

Las mediciones de los niveles de 14C mediante espectrómetros de masas se realizan con mayor precisión comparándolas con otro isótopo de carbono, a menudo el isótopo común 12C . La figura muestra cómo cambió la concentración relativa de 14C en la atmósfera, del orden de 1 parte por 10¹² , tras la primera prueba de la bomba atómica en 1945. El aumento de 12C atmosférico desde 1955 ha reducido la concentración relativa de 14C a los valores anteriores a 1955, aunque la concentración absoluta de 14C se mantiene elevada.

El 14C se produce de forma natural en cantidades ínfimas en la atmósfera y puede detectarse en todos los seres vivos. El carbono, en todas sus formas, se utiliza continuamente para formar las moléculas de las células de los organismos. La duplicación de la concentración de 14C en la atmósfera se refleja en los tejidos y células de todos los organismos que vivieron durante el período de las pruebas nucleares. Esta propiedad tiene numerosas aplicaciones en biología y medicina forense .

Fondo

El 14C se forma constantemente a partir del nitrógeno-14 ( 14N ) en la atmósfera superior por acción de los rayos cósmicos , que generan neutrones. Estos neutrones chocan con el 14N para producir 14C , que luego se combina con el oxígeno para formar 14CO₂ . Este CO₂ radiactivo se dispersa por la atmósfera inferior y los océanos , donde es absorbido por las plantas y los animales que se alimentan de ellas. De esta manera , el 14C pasa a formar parte de la biosfera , por lo que todos los seres vivos contienen algo de 14C . Las pruebas nucleares provocaron un rápido aumento del 14C atmosférico ( véase la figura), ya que una explosión nuclear también crea neutrones que colisionan con el 14N y producen 14C . Desde la prohibición de las pruebas nucleares en 1963, la concentración relativa de 14C atmosférico ha disminuido un 4% anual. Esta disminución continua permite a los científicos determinar, entre otras cosas, la edad de las personas fallecidas y estudiar la actividad celular en los tejidos. Al medir la cantidad de 14C en una población de células y compararla con la cantidad de 14C en la atmósfera durante o después del pulso de la bomba, los científicos pueden estimar cuándo se crearon las células y con qué frecuencia se han renovado desde entonces. [ 3 ]

Diferencia con la datación por radiocarbono clásica

La datación por carbono se ha utilizado desde 1946 para determinar la edad de materia orgánica de hasta 50 000 años. Cuando un organismo muere, el intercambio de 14C con el medio ambiente cesa y el 14C incorporado se desintegra. Dada la desintegración radiactiva ( la vida media del 14C es de aproximadamente 5730 años), la cantidad relativa de 14C que queda en el organismo muerto se puede utilizar para calcular cuánto tiempo hace que murió. La datación por pulsos de bombas debe considerarse una forma especial de datación por carbono. En la datación por pulsos de bombas, la lenta absorción de 14C atmosférico por la biosfera puede considerarse un cronómetro. [ 4 ] A partir del pulso alrededor del año 1963 (véase la figura), la abundancia relativa de radiocarbono atmosférico disminuyó aproximadamente un 4 % anual. Por lo tanto, en la datación por pulsos de bombas es la cantidad relativa de 14C en la atmósfera la que disminuye y no la cantidad de 14C en los organismos muertos, como ocurre en la datación clásica por carbono. Esta disminución del 14C atmosférico puede medirse en células y tejidos, lo que ha permitido a los científicos determinar la edad de células individuales y de personas fallecidas. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Estas aplicaciones son muy similares a los experimentos realizados con el análisis de pulso-caza, en el que se examinan los procesos celulares a lo largo del tiempo exponiendo las células a un compuesto marcado (pulso) y luego al mismo compuesto en forma no marcada (caza). La radiactividad es un marcador comúnmente utilizado en estos experimentos. Una diferencia importante entre el análisis de pulso-caza y la datación por pulsos de bombas es la ausencia de la caducidad en esta última.

Hacia el año 2030, el pulso radiactivo desaparecerá si no se detonan más armas nucleares en la superficie. Ningún organismo nacido después de esta fecha presentará rastros detectables del pulso radiactivo, y sus células no podrán datarse de esta manera. Por razones éticas, generalmente no se administran pulsos radiactivos a personas solo para estudiar la renovación celular, por lo que los resultados del pulso radiactivo constituyen un efecto secundario útil de las pruebas nucleares. [ 4 ]

Aplicaciones

El hecho de que las células y los tejidos reflejen la duplicación del 14C en la atmósfera durante y después de las pruebas nucleares ha sido de gran utilidad para diversos estudios biológicos, para la ciencia forense e incluso para determinar el año en que se produjo cierto vino. [ 8 ]

Biología

Los estudios biológicos realizados por Kirsty Spalding demostraron que las células neuronales son esencialmente estáticas y no se regeneran durante la vida. [ 9 ] También demostró que el número de células grasas se establece durante la infancia y la adolescencia. Considerando la cantidad de 14 C presente en el ADN, pudo establecer que el 10% de las células grasas se renuevan anualmente. [ 10 ] El pulso de radiocarbono de la bomba se ha utilizado para validar los anillos de los otolitos (edades calculadas a partir de secciones de otolitos) en varias especies de peces, incluyendo el tambor de agua dulce , [ 11 ] el esturión de lago , [ 12 ] el esturión pálido , [ 13 ] el búfalo de boca grande , [ 14 ] los salmónidos árticos , [ 15 ] Pristipomoides filamentosus , [ 16 ] varios peces de arrecife, [ 17 ] entre numerosas otras especies de agua dulce y marinas validadas. La precisión para la validación de la edad radiocarbonada de la bomba suele estar dentro de ±2 años debido a que el período de aumento (1956–1960) es muy pronunciado. [ 11 ] [ 14 ] [ 15 ] El pulso de la bomba también se ha utilizado para estimar la edad de los tiburones de Groenlandia midiendo la incorporación de 14 C en el cristalino del ojo durante el desarrollo. Después de determinar la edad y medir la longitud de los tiburones nacidos alrededor del pulso de la bomba, los científicos calcularon la correlación entre la longitud y la edad de los tiburones para estimar la edad de los tiburones más grandes. El estudio mostró que el tiburón de Groenlandia, con una edad de 392  ±  120 años, es el vertebrado más viejo conocido . [ 18 ]

Ciencias forenses

En el momento de la muerte, cesa la absorción de carbono. Dado que el tejido que contenía el isótopo 14C de la bomba se degradaba rápidamente a una tasa del 4 % anual, fue posible determinar la hora de la muerte de dos mujeres en un juicio mediante el análisis de tejidos con una rápida renovación. [ 5 ] Otra aplicación importante ha sido la identificación de las víctimas del tsunami del sudeste asiático de 2004 mediante el análisis de sus dientes. [ 6 ]

Modelización del transporte de carbono

La perturbación en el 14C atmosférico debido a las pruebas nucleares fue una oportunidad para validar los modelos de transporte atmosférico y para estudiar el movimiento del carbono entre la atmósfera y los sumideros oceánicos o terrestres. [ 19 ]

Otras aplicaciones

El 14C obtenido mediante bombas atmosféricas se ha utilizado para validar la edad de los anillos de crecimiento de los árboles y datar árboles recientes que no presentan anillos de crecimiento anuales. [ 20 ] También puede utilizarse para obtener la tasa de crecimiento de árboles y palmeras tropicales que no tienen anillos anuales visibles. [ 21 ]

Muertes y lesiones por radiación de baja dosis

Muchos científicos han intentado cuantificar los impactos a largo plazo en la salud del aumento del contenido de 14C en la atmósfera y, posteriormente, en la biosfera y los tejidos humanos, donde causa daños a través de la desintegración beta . Se estima que esto seguirá afectando a los humanos durante un período de tiempo del orden de 8000 años, debido a la vida media del 14C de alrededor de 5700 años. En una publicación de junio de 1958, el físico soviético de armas nucleares Andrei Sakharov estimó que unas 10 000 personas sufrirían finalmente cánceres , trastornos genéticos y otros efectos nocivos , con 6600 personas muriendo, solo por el 14C producido por una explosión nuclear de 1 megatón en la atmósfera. El científico estadounidense Linus Pauling hizo una estimación similar. En 1990, el físico estadounidense Frank N. von Hippel publicó un comentario sobre las estimaciones de Sakharov, concluyendo con diferentes valores de coeficientes de dosis-efecto y de población que coincidían aproximadamente. También señaló que todos los demás isótopos producidos por explosiones nucleares, incluidos los productos de fisión , solo aumentarían el número de heridos y muertos en aproximadamente un 20%, debido al mundo más pequeño que afectan los isótopos de vida más corta. [ 22 ] Con un valor final aproximado de 545 megatones de pruebas nucleares atmosféricas, y suponiendo una población mundial media de 30 mil millones, en los próximos 8000 años se espera que alrededor de 6,5 millones de personas desarrollen efectos nocivos por las pruebas nucleares, y se espera que 2,9 millones de ellas mueran a causa de sus cánceres.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Radiocarbono" . web.science.uu.nl . Consultado el 15 de agosto de 2016 .
  2. ↑ "Lluvia radiactiva de pruebas de armas nucleares" . USEPA . Archivado del original el 3 de abril de 2015. Consultado el 16 de agosto de 2016 .
  3. 1 2 Grimm, David (2008-09-12). "El lado positivo de la nube atómica". Science . 321 (5895): 1434– 1437. doi : 10.1126/science.321.5895.1434 . ISSN 0036-8075 . PMID 18787143 . S2CID 35790984 .   
  4. 1 2 "Elementos – Radiolab" . Consultado el 24 de octubre de 2015 .
  5. 1 2 Wild, Eva; Golser, Robin; Hille, Peter; Kutschera, Walter; Priller, Alfred; Puchegger, Stephan; Rom, Werner; Steier, Peter; Vycudilik, Walter (1997). "Primeros resultados de 14C de estudios arqueológicos y forenses en el acelerador de investigación ambiental de Viena" . Radiocarbono . 40 (1): 273. Bibcode : 1997Radcb..40..273W . doi : 10.1017/S0033822200018142 . ISSN 0033-8222 . 
  6. 1 2 Spalding, Kirsty L.; Buchholz, Bruce A.; Bergman, Lars-Eric; Druid, Henrik; Frisén, Jonas (2005-09-15). "Forense: Edad escrita en los dientes por pruebas nucleares". Nature . 437 (7057): 333– 334. Bibcode : 2005Natur.437..333S . doi : 10.1038/437333a . ISSN 0028-0836 . PMID 16163340 . S2CID 4407447 .   
  7. ↑ "14C "Pulso de bomba" Análisis forense del pulso" . Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Consultado el 24 de octubre de 2015 .
  8. ↑ Zoppi, U.; Skopec, Z.; Skopec, J.; Jones, G.; Fink, D.; Hua, Q.; Jacobsen, G.; Tuniz, C.; Williams, A. (2004-08-01). "Aplicaciones forenses de la datación por pulsos de bomba de 14C". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms . Actas de la Novena Conferencia Internacional sobre Espectrometría de Masas con Aceleradores. Vol. 223–224 . pp. 770–775 . Bibcode : 2004NIMPB.223..770Z . doi : 10.1016/j.nimb.2004.04.143 . S2CID 95325450 .   
  9. ↑ Spalding, Kirsty L.; Bhardwaj, Ratan D.; Buchholz, Bruce A.; Druid, Henrik; Frisén, Jonas (2005-07-15). "Retrospective birth date of cells in humans" . Cell . 122 (1): 133– 143. doi : 10.1016/j.cell.2005.04.028 . ISSN 0092-8674 . PMID 16009139 . S2CID 16604223 .   
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