Pulso de bomba
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El pulso de la bomba es el aumento repentino de carbono-14 ( 14 C) en la atmósfera de la Tierra debido a los cientos de pruebas de bombas nucleares sobre el suelo que comenzaron en 1945 y se intensificaron después de 1950 hasta 1963, cuando los Estados Unidos firmaron el Tratado de Prohibición Limitada de Pruebas. Estados, Unión Soviética y Reino Unido. [1] Estos cientos de explosiones fueron seguidas por una duplicación de la concentración relativa de 14 C en la atmósfera. [2] Analizamos la "concentración relativa", porque las mediciones de 14Los niveles de C por espectrómetros de masas se obtienen con mayor precisión en comparación con otro isótopo de carbono, a menudo el isótopo común 12 C.Las proporciones de abundancia de isótopos no solo se miden más fácilmente, son lo que quieren los daters de carbono 14 C, ya que es la fracción de carbono en una muestra que es 14 C, no la concentración absoluta, que es de interés en las mediciones de datación. La figura muestra cómo la fracción de carbono en la atmósfera que es 14 C, del orden de solo una parte por billón, ha cambiado durante las últimas décadas después de las pruebas de la bomba. Porque 12La concentración de C ha aumentado en aproximadamente un 30% durante los últimos cincuenta años, el hecho de que "pMC", que mide la proporción de isótopos, haya vuelto (casi) a su valor de 1955, significa que la concentración de 14 C en la atmósfera sigue siendo un 30% más alta que una vez lo fue. El carbono 14, el radioisótopo del carbono, se desarrolla naturalmente en cantidades mínimas en la atmósfera y puede detectarse en todos los organismos vivos. El carbono de todo tipo se utiliza continuamente para formar las moléculas de las células de los organismos. La duplicación de la concentración de 14 C 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 muchas aplicaciones en los campos de la biología y la medicina forense.

14 C 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 de armas nucleares atmosféricas casi duplicaron la concentración de 14 C en el hemisferio norte. [3]

Fondo

El radioisótopo carbono-14 se forma constantemente a partir del nitrógeno-14 ( 14 N) en la atmósfera superior por los rayos cósmicos entrantes que generan neutrones. Estos neutrones chocan con 14 N para producir 14 C que luego se combina con oxígeno para formar 14 CO 2 . Este CO 2 radiactivo se esparce a través de la atmósfera inferior y los océanos donde es absorbido por las plantas y los animales que se alimentan de las plantas. El radioisótopo 14 C se convierte así en parte de la biosfera de modo que todos los organismos vivos contienen una cierta cantidad de 14C.Las pruebas nucleares provocaron un rápido aumento de los 14 C atmosféricos (ver figura), ya que la explosión de una bomba atómica también crea neutrones que chocan nuevamente con 14 N y producen 14 C. Desde la prohibición de los ensayos nucleares en 1963, los 14 C atmosféricos la concentración relativa está disminuyendo lentamente a un ritmo del 4% anual. Esta disminución continua permite a los científicos determinar, entre otras cosas, la edad de las personas fallecidas y les permite estudiar la actividad celular en los tejidos. Midiendo la cantidad de 14 C en una población de células y comparándola 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 volcado desde entonces. [2]

Diferencia con la datación por radiocarbono clásica

La datación por radiocarbono se ha utilizado desde 1946 para determinar la edad de material orgánico de hasta 50.000 años. A medida que el organismo muere, el intercambio de 14 C con el medio ambiente cesa y el 14 C incorporado decae. Dada la desintegración constante de los radioisótopos (la vida media del 14 C es de aproximadamente 5.730 años), la cantidad relativa de 14 C que queda en el organismo muerto puede usarse para calcular cuánto tiempo hace que murió. La datación por pulsos de bombas debe considerarse una forma especial de datación por carbono. Como se discutió anteriormente y en el episodio de Radiolab , Elementos (sección 'Carbono'), [4] en pulso de bomba que data la lenta absorción de la atmósfera 14C por la biosfera, puede considerarse como un cronómetro. A partir del pulso alrededor de los años 1963 (ver figura), la abundancia relativa de radiocarbono atmosférico disminuyó aproximadamente un 4% anual. Entonces, en la datación por pulsos de bombas, es la cantidad relativa de 14 C en la atmósfera la que está disminuyendo y no la cantidad de 14 C en un organismo muerto, como es el caso de la datación por radiocarbono clásica. Esta disminución del 14 C atmosférico se puede medir en células y tejidos y ha permitido a los científicos determinar la edad de las células individuales y de las personas fallecidas. [5] [6] [7] Estas aplicaciones son muy similares a los experimentos realizados con análisis de persecución de pulsos.en el que los procesos celulares se examinan a lo largo del tiempo exponiendo las células a un compuesto marcado (pulso) y luego al mismo compuesto en una forma sin marcar (persecución). La radiactividad es una etiqueta de uso común en estos experimentos. Una diferencia importante entre el análisis de persecución de pulsos y la datación por pulsos de bombas es la ausencia de persecución en este último.

Alrededor del año 2030, el pulso de la bomba se extinguirá. Todos los organismos nacidos después de esto no tendrán rastros detectables de pulsos de bombas y sus células no se pueden fechar de esta manera. Los pulsos radiactivos no se pueden administrar éticamente a las personas solo para estudiar la renovación de sus células, por lo que los resultados del pulso de la bomba pueden considerarse como un efecto secundario útil de las pruebas nucleares. [4]

Aplicaciones

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

Biología

Los estudios biológicos llevados a cabo por Kirsty Spalding demostraron que las células neuronales son esencialmente estáticas y no se regeneran durante la vida. [9] También mostró que la cantidad de células grasas se establece durante la niñez y la adolescencia. Teniendo en cuenta 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 la bomba de radiocarbono se ha utilizado para validar los anillos de los otolitos (edades puntuadas a partir de secciones de otolitos) en varias especies de peces, incluido el tambor de agua dulce , [11] esturión de lago , [12] esturión pálido , [13] búfalo bocazas ,[14] salmónidos árticos, [15] Pristipomoides filamentosus [16] , varios peces de arrecife, [17] entre muchas otras especies de agua dulce y marinas validadas. La precisión para la validación de la edad del radiocarbono de la bomba es típicamente de +/- 2 años porque el período de aumento (1956-1960) es muy pronunciado. [11] [14] [15] El pulso de la bomba también se ha utilizado para estimar (no validar) la edad de los tiburones de Groenlandia midiendo la incorporación de 14C en el cristalino durante el desarrollo. Después de haber determinado la edad y medir la longitud de los tiburones nacidos alrededor del pulso de la bomba, fue posible crear un modelo matemático en el que la longitud y la edad de los tiburones se correlacionaron para deducir 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 antiguo conocido. [18]

Forense

En el momento de la muerte, finaliza la absorción de carbono. Teniendo en cuenta que el tejido que contenía el pulso de bomba 14 C estaba disminuyendo rápidamente con una tasa del 4% anual, ha sido posible establecer el momento de la muerte de dos mujeres en un caso judicial examinando tejidos con un rápido recambio. [5] Otra aplicación importante ha sido la identificación de las víctimas del tsunami del sudeste asiático de 2004 mediante el examen de sus dientes. [6]

Modelado de transporte de carbono

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

Otro

La bomba atmosférica 14 C se ha utilizado para validar la edad de los anillos de los árboles y para fechar árboles recientes que no tienen anillos de crecimiento anual. [20]

Ver también

  • Efectos de las explosiones nucleares
  • Análisis de seguimiento de pulsos

Referencias

  1. ^ "Secuelas radiactivas de las pruebas de armas nucleares" . USEPA . Consultado el 16 de agosto de 2016 .
  2. ↑ a b Grimm, David (12 de septiembre de 2008). "El forro plateado de la nube en forma de hongo". Ciencia . 321 (5895): 1434–1437. doi : 10.1126 / science.321.5895.1434 . ISSN 0036-8075 . PMID 18787143 . S2CID 35790984 .   
  3. ^ "Radiocarbono" . web.science.uu.nl . Consultado el 15 de agosto de 2016 .
  4. ^ a b "Elementos - Radiolab" . Consultado el 24 de octubre de 2015 .
  5. ^ a b "Primer 14C resultados de estudios arqueológicos y forenses en el acelerador de investigación ambiental de Viena" . Radiocarbono . 40 (1). ISSN 0033-8222 . 
  6. ↑ a b Spalding, Kirsty L .; Buchholz, Bruce A .; Bergman, Lars-Eric; Druida, Henrik; Frisén, Jonas (15 de septiembre de 2005). "Medicina forense: edad escrita en dientes por pruebas nucleares". Naturaleza . 437 (7057): 333–334. Código bibliográfico : 2005Natur.437..333S . doi : 10.1038 / 437333a . ISSN 0028-0836 . PMID 16163340 . S2CID 4407447 .   
  7. ^ "14C" Pulso de bomba "Pulso forense" . 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 (1 de agosto de 2004). "Aplicaciones forenses de datación por pulso de bomba 14C". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección B: Interacciones del haz con materiales y átomos . Actas de la Novena Conferencia Internacional sobre Espectrometría de Masas con Aceleradores. 223–224: 770–775. Código Bibliográfico : 2004NIMPB.223..770Z . doi : 10.1016 / j.nimb.2004.04.143 .
  9. ^ Spalding, Kirsty L .; Bhardwaj, Ratan D .; Buchholz, Bruce A .; Druida, Henrik; Frisén, Jonas (15 de julio de 2005). "Fecha de nacimiento retrospectiva de células en humanos" . Celular . 122 (1): 133–143. doi : 10.1016 / j.cell.2005.04.028 . ISSN 0092-8674 . PMID 16009139 . S2CID 16604223 .   
  10. ^ Spalding, Kirsty L .; Arner, Erik; Westermark, Pål O .; Bernard, Samuel; Buchholz, Bruce A .; Bergmann, Olaf; Blomqvist, Lennart; Hoffstedt, Johan; Näslund, Erik (5 de junio de 2008). "Dinámica del recambio de células grasas en humanos". Naturaleza . 453 (7196): 783–787. Código Bibliográfico : 2008Natur.453..783S . doi : 10.1038 / nature06902 . ISSN 0028-0836 . PMID 18454136 . S2CID 4431237 .   
  11. ^ a b Davis-Foust, Shannon L .; Bruch, Ronald M .; Campana, Steven E .; Olynyk, Robert P .; Janssen, John (1 de marzo de 2009). "Validación de edad de tambor de agua dulce usando bomba de radiocarbono". Transacciones de la American Fisheries Society . 138 (2): 385–396. doi : 10.1577 / T08-097.1 . ISSN 0002-8487 . 
  12. ^ Janssen, John; Hansen, Michael J .; Davis-Foust, Shannon L .; Campana, Steven E .; Bruch, Ronald M. (1 de marzo de 2009). "Validación de la edad del esturión del lago con radiocarbono de bomba y peces de edad conocida". Transacciones de la American Fisheries Society . 138 (2): 361–372. doi : 10.1577 / t08-098.1 .
  13. ^ Braaten, PJ; Campana, SE; Fuller, DB; Lott, RD; Bruch, RM; Jordania, GR (2015). "Estimaciones de edad del esturión pálido salvaje (Scaphirhynchus albus, Forbes & Richardson 1905) basadas en espinas de aletas pectorales, otolitos y radiocarbono de bomba: inferencias sobre el reclutamiento en el río Missouri fragmentado en la presa". Revista de Ictiología Aplicada . 31 (5): 821–829. doi : 10.1111 / jai.12873 . ISSN 1439-0426 . 
  14. ↑ a b Lackmann, Alec R .; Andrews, Allen H .; Butler, Malcolm G .; Bielak-Lackmann, Ewelina S .; Clark, Mark E. (23 de mayo de 2019). "Bigmouth Buffalo Ictiobus cyprinellus establece récord de teleósteos de agua dulce como análisis de edad mejorado revela longevidad centenaria" . Biología de las comunicaciones . 2 (1): 197. doi : 10.1038 / s42003-019-0452-0 . ISSN 2399-3642 . PMC 6533251 . PMID 31149641 .   
  15. ↑ a b Campana, Steven E; Casselman, John M; Jones, Cynthia M (1 de abril de 2008). "Bombas cronologías de radiocarbono en el Ártico, con implicaciones para la validación de la edad de la trucha de lago (Salvelinus namaycush) y otras especies del Ártico". Revista Canadiense de Pesca y Ciencias Acuáticas . 65 (4): 733–743. doi : 10.1139 / f08-012 . ISSN 0706-652X . 
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  19. ^ Caldeira, Ken (1998). "Eflujo neto previsto de radiocarbono del océano y aumento del contenido de radiocarbono atmosférico". Cartas de investigación geofísica . 25 (20): 3811-3814. Código bibliográfico : 1998GeoRL..25.3811C . doi : 10.1029 / 1998GL900010 .
  20. ^ Rakowski, Andrzej Z .; Barbetti, Mike; Hua, Quan (25 de marzo de 2013). "Radiocarbono atmosférico para el período 1950-2010" . Radiocarbono . 55 (4): 2059–2072. doi : 10.2458 / azu_js_rc.55.16177 .
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