Pulso de bomba
Aumento repentino del carbono-14 en la atmósfera de la Tierra debido a las pruebas de bombas nucleares
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. [1]

El pulso de 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 la superficie que comenzaron en 1945 y se intensificaron después de 1950 hasta 1963, cuando se firmó el Tratado de Prohibición Limitada de Ensayos por los Estados Unidos, la Unión Soviética y el Reino Unido. [2] Estos cientos de explosiones fueron seguidas por una duplicación de la concentración relativa de 14 C en la atmósfera. [3]

La razón del término “concentración relativa” es que las mediciones de los niveles de 14 C con espectrómetros de masas se realizan con mayor precisión comparándolas con otro isótopo de carbono, a menudo el isótopo común 12 C. Las proporciones de abundancia de isótopos no solo se miden más fácilmente, sino que son lo que buscan los datadores de carbono 14 C, ya que es la fracción de carbono en una muestra que es 14 C, no la concentración absoluta, lo que interesa 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 en las últimas décadas después de las pruebas de bombas. Debido a que la concentración de 12 C ha aumentado aproximadamente un 30% en los últimos cincuenta años, el hecho de que “pMC”, que mide la proporción de isótopos, haya regresado (casi) a su valor de 1955, significa que la concentración de 14 C en la atmósfera sigue siendo aproximadamente un 30% más alta de lo que era antes. El carbono-14, el radioisótopo del carbono, se desarrolla de forma natural en cantidades mínimas en la atmósfera y se puede detectar 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 en la época de las pruebas nucleares. Esta propiedad tiene muchas aplicaciones en los campos de la biología y la ciencia forense .

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 el oxígeno para formar 14 CO 2 . Este CO 2 radiactivo se propaga a través de la atmósfera inferior y los océanos donde es absorbido por las plantas y los animales que se alimentan de plantas. El radioisótopo 14 C pasa así a formar parte de la biosfera , de modo que todos los organismos vivos contienen una cierta cantidad de 14 C. Las pruebas nucleares provocaron un rápido aumento del 14 C atmosférico (véase la figura), ya que la explosión de una bomba atómica también crea neutrones que chocan de nuevo con 14 N y producen 14 C. Desde la prohibición de las pruebas nucleares en 1963, la concentración relativa atmosférica de 14 C 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. Al medir la cantidad de 14 C en una población de células y compararla con la cantidad de 14 C 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 clásica por radiocarbono

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 se desintegra. Dada la desintegración constante de los radioisótopos (la vida media del 14 C es de unos 5.730 años), la cantidad relativa de 14 C que queda en el organismo muerto se puede utilizar para calcular cuánto tiempo hace que murió. La datación por pulsos de bomba debe considerarse una forma especial de datación por carbono. Como se ha comentado anteriormente y en el episodio de Radiolab , Elementos (sección 'Carbono'), [4] en la datación por pulsos de bomba la lenta absorción del 14 C atmosférico por la biosfera puede considerarse un cronómetro. A partir del pulso de alrededor de 1963 (véase la figura), la abundancia relativa de radiocarbono atmosférico disminuyó alrededor de un 4% al año. Por lo tanto, en la datación por pulsos de bombas, lo que disminuye es la cantidad relativa de 14 C en la atmósfera y no la cantidad de 14 C en organismos muertos, 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 células individuales y de personas fallecidas. [5] [6] [7] Estas aplicaciones son muy similares a los experimentos realizados con el análisis de pulsos y persecución 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 una forma no marcada (persecución). La radiactividad es una etiqueta utilizada comúnmente en estos experimentos. Una diferencia importante entre el análisis de pulsos y persecución 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 esa fecha no tendrán rastros detectables del pulso de la bomba y sus células no se pueden datar de esta manera. No es ético administrar pulsos radiactivos a las personas sólo para estudiar la renovación de sus células, por lo que los resultados del pulso de la bomba pueden considerarse 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, forenses e incluso para la determinación del 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 bomba de radiocarbono se ha utilizado para validar los anillos de otolitos (edades puntuadas a partir de secciones de otolitos) en varias especies de peces, incluido el corvina 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 muchas otras especies de agua dulce y marinas validadas. La precisión para la validación de la edad de radiocarbono de la bomba es típicamente dentro de +/- 2 años porque el período de aumento (1956-1960) es muy pronunciado. [11] [14] [15] El pulso de bomba también se ha utilizado para estimar (no validar) la edad de los tiburones de Groenlandia midiendo la incorporación de 14 C en el cristalino del ojo durante el desarrollo. Después de haber determinado la edad y medido la longitud de los tiburones nacidos alrededor del pulso de bomba, fue posible crear un modelo matemático en el que se correlacionó la longitud y la edad de los tiburones 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]

Ciencias forenses

En el momento de la muerte, la absorción de carbono se detiene. Teniendo en cuenta que el tejido que contenía el pulso de la bomba 14 C se estaba reduciendo rápidamente a un ritmo del 4% anual, ha sido posible establecer el momento de la muerte de dos mujeres en un proceso judicial mediante el examen 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 examen de sus dientes. [6]

Modelado del transporte de carbono

La perturbación del 14 C atmosférico a raíz de las pruebas 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 de 14 C se ha utilizado para validar las edades de los anillos de los árboles y para datar árboles recientes que no tienen anillos de crecimiento anual. [20] También se puede utilizar para obtener la tasa de crecimiento de árboles tropicales y palmeras que no tienen anillos anuales visibles. [21]

Véase también

Referencias

  1. ^ "Radiocarbono". web.science.uu.nl . Consultado el 15 de agosto de 2016 .
  2. ^ "Radioactive Fallout From Nuclear Weapons Testing" (Lluvia radiactiva de las pruebas de armas nucleares). USEPA . Consultado el 16 de agosto de 2016 .
  3. ^ ab Grimm, David (12 de septiembre de 2008). "El lado positivo de la nube en forma de hongo". Science . 321 (5895): 1434–1437. doi :10.1126/science.321.5895.1434. ISSN  0036-8075. PMID  18787143. S2CID  35790984.
  4. ^ ab "Elementos – Radiolab" . Consultado el 24 de octubre de 2015 .
  5. ^ ab 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 medioambiental de Viena". Radiocarbono . 40 (1): 273. Bibcode :1997Radcb..40..273W. doi :10.1017/S0033822200018142. ISSN  0033-8222.
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