نبض القنبلة

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
تركيز الكربون -14 في الغلاف الجوي ، نيوزيلندا والنمسا. يمثل منحنى نيوزيلندا نصف الكرة الجنوبي، بينما يمثل منحنى النمسا نصف الكرة الشمالي. وقد ضاعفت التجارب النووية الجوية تركيز الكربون -14 في نصف الكرة الشمالي تقريبًا. [ 1 ]

تُعرف نبضة القنبلة بالزيادة المفاجئة في تركيز الكربون-14 ( 14C ) في الغلاف الجوي للأرض نتيجة مئات التجارب النووية التي أُجريت فوق سطح الأرض ، والتي بدأت عام 1945 واشتدت وتيرتها بعد عام 1950 حتى عام 1963، وهو العام الذي وقّعت فيه الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي والمملكة المتحدة معاهدة الحظر الجزئي للتجارب النووية. [ 2 ] وقد أعقب هذه التفجيرات تضاعفٌ تقريبًا في التركيز النسبي للكربون -14 في الغلاف الجوي. [ 3 ]

تُجرى قياسات مستويات الكربون -14 بواسطة مطياف الكتلة بدقة عالية عند مقارنتها بنظير كربون آخر، غالبًا ما يكون النظير الشائع الكربون -12 . يوضح الشكل كيف تغير التركيز النسبي للكربون -14 في الغلاف الجوي، والذي يبلغ جزءًا واحدًا فقط لكل 10^ 12 ، بعد أول تجربة قنبلة نووية عام 1945. وقد أدى ارتفاع نسبة الكربون -12 في الغلاف الجوي منذ عام 1955 إلى انخفاض التركيز النسبي للكربون -14 إلى مستويات ما قبل عام 1955، على الرغم من أن التركيز المطلق للكربون -14 لا يزال مرتفعًا.

يُنتج الكربون -14 بشكل طبيعي بكميات ضئيلة في الغلاف الجوي، ويمكن رصده في جميع الكائنات الحية. ويُستخدم الكربون بجميع أنواعه باستمرار لتكوين جزيئات خلايا الكائنات الحية. وينعكس تضاعف تركيز الكربون -14 في الغلاف الجوي في أنسجة وخلايا جميع الكائنات الحية التي عاشت في الفترة المحيطة بالتجارب النووية. لهذه الخاصية تطبيقات عديدة في علم الأحياء وعلم الأدلة الجنائية .

خلفية

يتشكل الكربون -14 باستمرار من النيتروجين-14 (<sup> 14</sup> N) في طبقات الجو العليا بفعل الأشعة الكونية التي تولد النيوترونات. تصطدم هذه النيوترونات بالنيتروجين -14 لإنتاج الكربون -14 ، الذي يتحد بدوره مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون -14 . ينتشر ثاني أكسيد الكربون المشع عبر طبقات الجو السفلى والمحيطات حيث تمتصه النباتات والحيوانات التي تتغذى عليها. وهكذا يصبح الكربون -14 جزءًا من الغلاف الحيوي ، لذا تحتوي جميع الكائنات الحية على نسبة منه . تسببت التجارب النووية في زيادة سريعة في تركيز الكربون-14 في الغلاف الجوي ( انظر الشكل)، لأن الانفجار النووي يُنتج أيضًا نيوترونات تصطدم بالنيتروجين -14 وتنتج الكربون -14 . منذ حظر التجارب النووية عام 1963، انخفض التركيز النسبي للكربون -14 في الغلاف الجوي بنسبة 4% سنويًا. يسمح هذا الانخفاض المستمر للعلماء، من بين أمور أخرى، بتحديد أعمار المتوفين ودراسة نشاط الخلايا في الأنسجة. من خلال قياس كمية الكربون -14 في مجموعة من الخلايا ومقارنتها بكمية الكربون -14 في الغلاف الجوي أثناء أو بعد النبضة النووية، يستطيع العلماء تقدير وقت تكوين الخلايا وعدد مرات تجددها منذ ذلك الحين. [ 3 ]

الفرق مع التأريخ بالكربون المشع التقليدي

يُستخدم التأريخ بالكربون المشع منذ عام 1946 لتحديد عمر المواد العضوية التي يصل عمرها إلى 50,000 عام. عند موت الكائن الحي، يتوقف تبادل الكربون -14 مع البيئة، ويبدأ الكربون -14 المُدمج في التحلل. ونظرًا للتحلل الإشعاعي ( يبلغ عمر النصف للكربون -14 حوالي 5,730 عامًا)، يمكن استخدام الكمية النسبية المتبقية من الكربون -14 في الكائن الميت لحساب المدة الزمنية التي انقضت منذ وفاته. يُعتبر التأريخ بنبضات التجارب النووية شكلًا خاصًا من أشكال التأريخ بالكربون المشع. في هذا النوع من التأريخ، يُمكن اعتبار الامتصاص البطيء للكربون -14 الجوي بواسطة الغلاف الحيوي بمثابة مؤشر زمني. [ 4 ] بدءًا من النبضة النووية التي حدثت حوالي عام 1963 (انظر الشكل)، انخفضت الوفرة النسبية للكربون المشع في الغلاف الجوي بنحو 4% سنويًا. لذا، في التأريخ بنبضات التجارب النووية، فإن الكمية النسبية للكربون -14 في الغلاف الجوي هي التي تتناقص، وليس الكمية الموجودة في الكائنات الميتة ، كما هو الحال في التأريخ التقليدي بالكربون المشع. يمكن قياس هذا الانخفاض في نسبة الكربون -14 في الغلاف الجوي في الخلايا والأنسجة، وقد مكّن العلماء من تحديد عمر الخلايا الفردية وعمر المتوفين. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] تتشابه هذه التطبيقات إلى حد كبير مع التجارب التي تُجرى باستخدام تحليل النبض والمطاردة، حيث تُفحص العمليات الخلوية بمرور الوقت عن طريق تعريض الخلايا لمركب مُشع (نبضة)، ثم لنفس المركب في صورة غير مُشع (مطاردة). يُعد النشاط الإشعاعي علامة شائعة الاستخدام في هذه التجارب. ويكمن أحد الفروق المهمة بين تحليل النبض والمطاردة وتأريخ النبضات النووية في غياب مرحلة المطاردة في الأخير.

بحلول عام 2030 تقريبًا، سيتلاشى تأثير النبضات النووية الناتجة عن التجارب النووية إذا لم يتم تفجير المزيد من الأسلحة النووية فوق سطح الأرض. ولن يحمل أي كائن حي يولد بعد ذلك أي آثار قابلة للكشف لهذه النبضات، ولن يكون من الممكن تحديد عمر خلاياه بهذه الطريقة. ونظرًا للأسباب الأخلاقية، لا تُجرى التجارب النووية عادةً على البشر لدراسة معدل تجدد خلاياهم، لذا تُعد نتائج النبضات النووية الناتجة عن التجارب النووية أثرًا جانبيًا مفيدًا. [ 4 ]

التطبيقات

إن حقيقة أن الخلايا والأنسجة تعكس تضاعف نسبة الكربون -14 في الغلاف الجوي أثناء التجارب النووية وبعدها، كانت ذات فائدة كبيرة للعديد من الدراسات البيولوجية، ولعلم الأدلة الجنائية، وحتى لتحديد السنة التي تم فيها إنتاج أنواع معينة من النبيذ. [ 8 ]

علم الأحياء

أظهرت الدراسات البيولوجية التي أجرتها كيرستي سبالدينغ أن الخلايا العصبية ثابتة في جوهرها ولا تتجدد خلال الحياة. [ 9 ] كما بينت أن عدد الخلايا الدهنية يتحدد خلال مرحلتي الطفولة والمراهقة. وبالنظر إلى كمية الكربون -14 الموجودة في الحمض النووي، استطاعت أن تثبت أن 10% من الخلايا الدهنية تتجدد سنويًا. [ 10 ] وقد استُخدمت نبضة قنبلة الكربون المشع للتحقق من صحة أعمار حلقات الأذن الداخلية (الأعمار المحسوبة من مقاطع الأذن الداخلية) في العديد من أنواع الأسماك، بما في ذلك سمك الطبل النهري ، [ 11 ] وسمك الحفش البحيري ، [ 12 ] وسمك الحفش الشاحب ، [ 13 ] وسمك الجاموس كبير الفم ، [ 14 ] وسمك السلمونيات القطبية ، [ 15 ] وسمك بريستيبومويدس فيلامينتوسوس ، [ 16 ] والعديد من أسماك الشعاب المرجانية، [17] بالإضافة إلى العديد من الأنواع الأخرى التي تم التحقق من صحتها في المياه العذبة والمالحة. تتراوح دقة التحقق من عمر الكربون المشع الناتج عن التجارب النووية عادةً ضمن نطاق ±2 سنتين، نظرًا لشدة فترة الارتفاع (1956-1960). [ 11 ] [ 14 ] [ 15 ] كما استُخدمت هذه التجارب لتقدير عمر أسماك قرش غرينلاند عن طريق قياس اندماج الكربون -14 في عدسة العين أثناء نموها. بعد تحديد عمر أسماك القرش المولودة في الفترة المحيطة بالتجارب النووية وقياس طولها، حسب العلماء العلاقة بين طولها وعمرها لتقدير عمر أسماك القرش الأكبر حجمًا. أظهرت الدراسة أن قرش غرينلاند، الذي يبلغ عمره 392 ± 120 عامًا، هو أقدم الفقاريات المعروفة . [ 18 ]  

الطب الشرعي

عند لحظة الوفاة، يتوقف امتصاص الكربون. ونظرًا لأن الأنسجة التي احتوت على نظير الكربون -14 الناتج عن التفجير كانت تتناقص بسرعة بمعدل 4% سنويًا، فقد أمكن تحديد وقت وفاة امرأتين في قضية أمام المحكمة من خلال فحص الأنسجة سريعة التجدد. [ 5 ] ومن التطبيقات المهمة الأخرى تحديد هوية ضحايا تسونامي جنوب شرق آسيا عام 2004 عن طريق فحص أسنانهم. [ 6 ]

نمذجة نقل الكربون

كان الاضطراب في نسبة الكربون -14 في الغلاف الجوي الناتج عن التجارب النووية فرصة للتحقق من صحة نماذج النقل الجوي، ودراسة حركة الكربون بين الغلاف الجوي والمحيطات أو المصارف الأرضية. [ 19 ]

تطبيقات أخرى

استُخدم الكربون المشعّ ( 14C ) الناتج عن التجارب النووية للتحقق من أعمار حلقات الأشجار وتحديد عمر الأشجار الحديثة التي لا تحتوي على حلقات نمو سنوية. [ 20 ] كما يمكن استخدامه لحساب معدل نمو الأشجار الاستوائية وأشجار النخيل التي لا تحتوي على حلقات نمو سنوية ظاهرة. [ 21 ]

الوفيات والإصابات الناجمة عن الإشعاع بجرعات منخفضة

حاول العديد من العلماء تحديد الآثار الصحية طويلة الأمد لزيادة نسبة الكربون -14 في الغلاف الجوي، وبالتالي في المحيط الحيوي والأنسجة البشرية، حيث يُسبب ضررًا عبر تحلل بيتا . ويُقدّر أن هذا التأثير سيستمر على البشر لمدة تقارب 8000 عام، نظرًا لأن عمر النصف للكربون -14 يبلغ حوالي 5700 عام. في منشور صدر في يونيو 1958، قدّر الفيزيائي السوفيتي المتخصص في الأسلحة النووية ، أندريه ساخاروف، أن حوالي 10000 شخص سيعانون في نهاية المطاف من السرطانات والاضطرابات الوراثية وغيرها من الآثار الضارة ، مع وفاة 6600 شخص، نتيجةً للكربون -14 وحده الناتج عن انفجار نووي بقوة ميغاطن واحد في الغلاف الجوي. وقدّم العالم الأمريكي لينوس باولينغ تقديرًا مشابهًا. وفي عام 1990، نشر الفيزيائي الأمريكي فرانك فون هيبل تعليقًا على تقديرات ساخاروف، وخلص إلى قيم مختلفة لمعاملات تأثير الجرعة على السكان، متفقة تقريبًا مع هذه التقديرات. وأشار أيضًا إلى أن جميع النظائر الأخرى الناتجة عن الانفجارات النووية، بما في ذلك نواتج الانشطار ، لن تزيد أعداد الإصابات والوفيات إلا بنحو 20%، نظرًا لصغر حجم العالم الذي تؤثر فيه النظائر قصيرة العمر. [ 22 ] وبقيمة نهائية تقريبية تبلغ 545 ميغا طن من التجارب النووية الجوية، وبافتراض متوسط ​​عدد سكان العالم 30 مليار نسمة، فمن المتوقع أن يُصاب حوالي 6.5 مليون شخص بآثار ضارة من التجارب النووية خلال السنوات الـ 8000 القادمة، وأن يتوفى 2.9 مليون منهم بسبب السرطان.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "الكربون المشع" . web.science.uu.nl . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-08-2016 .
  2. ↑ "التساقط الإشعاعي الناتج عن تجارب الأسلحة النووية" . وكالة حماية البيئة الأمريكية . مؤرشف من الأصل في 3 أبريل 2015. تم الاطلاع عليه في 16 أغسطس 2016 .
  3. 1 2 غريم، ديفيد (12 سبتمبر 2008). "الجانب المشرق لسحابة الفطر". مجلة ساينس . 321 (5895): 1434-1437 . doi : 10.1126/science.321.5895.1434 . ISSN 0036-8075 . PMID 18787143. S2CID 35790984 .   
  4. 1 2 "العناصر - راديولاب" . تم الاسترجاع في 24-10-2015 .
  5. 1 2 وايلد، إيفا؛ غولسر، روبن؛ هيل، بيتر؛ كوتشيرا، والتر؛ بريلر، ألفريد؛ بوتشيغر، ستيفان؛ روم، فيرنر؛ شتاير، بيتر؛ فيكوديليك، والتر (1997). "أولى نتائج الكربون المشع 14 من الدراسات الأثرية والجنائية في مسرّع أبحاث فيينا البيئية" . راديوكربون . 40 (1): 273. Bibcode : 1997Radcb..40..273W . doi : 10.1017/S0033822200018142 . ISSN 0033-8222 . 
  6. سبالدينغ ، كيرستي ل.؛ بوخهولز، بروس أ.؛ بيرغمان، لارس-إريك؛ درويد، هنريك؛ فريسن، جوناس (15 سبتمبر 2005). "علم الطب الشرعي: العمر مكتوب على الأسنان بواسطة التجارب النووية". مجلة نيتشر . 437 ( 7057): 333-334 . رمز Bibcode : 2005Natur.437..333S . doi : 10.1038/437333a . ISSN 0028-0836 . PMID 16163340. S2CID 4407447 .   
  7. ↑ "14C "نبض القنبلة" علم الأدلة الجنائية للنبض" . مختبر لورانس ليفرمور الوطني . تم الاسترجاع في 24-10-2015 .
  8. ↑ زوبي، يو.؛ سكوبيك، زد.؛ سكوبيك، جيه.؛ جونز، جي.؛ فينك، دي.؛ هوا، كيو.؛ جاكوبسن، جي.؛ تونيز، سي.؛ ويليامز، إيه. (2004-08-01). "التطبيقات الجنائية لتأريخ نبضات القنبلة بالكربون-14". مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم ب: تفاعلات الحزم مع المواد والذرات . وقائع المؤتمر الدولي التاسع حول مطيافية الكتلة المعجلة. المجلد 223-224، الصفحات 770-775 . رمز Bibcode : 2004NIMPB.223..770Z . doi : 10.1016/j.nimb.2004.04.143 . S2CID 95325450 .   
  9. ↑ سبالدينغ، كيرستي ل.؛ بهاردواج، راتان د.؛ بوخهولز، بروس أ.؛ درويد، هنريك؛ فريسن، جوناس (15 يوليو/تموز 2005). " التأريخ الاسترجاعي لولادة الخلايا في البشر" . مجلة Cell . 122 (1): 133-143 . doi : 10.1016/j.cell.2005.04.028 . ISSN 0092-8674 . PMID 16009139. S2CID 16604223 .   
  10. ^ سبالدينج ، كيرستي إل. ارنر، إريك. ويسترمارك، بال أو؛ برنارد، صموئيل؛ بوخهولز، بروس أ. بيرجمان، أولاف. بلومكفيست، لينارت؛ هوفستيدت، يوهان. نسلوند ، إريك (2008-06-05). “ديناميكيات دوران الخلايا الدهنية لدى البشر”. طبيعة . 453 (7196): 783–787 . بيب كود : 2008Natur.453..783S . دوى : 10.1038 / Nature06902 . ISSN 0028-0836 . بميد 18454136 . S2CID 4431237 .   
  11. 1 2 ديفيس-فوست، شانون ل.؛ بروش، رونالد م.؛ كامبانا، ستيفن إي.؛ أولينيك، روبرت ب.؛ جانسن، جون (2009-03-01). "التحقق من عمر سمك الطبل النهري باستخدام الكربون المشع الناتج عن التجارب النووية". معاملات الجمعية الأمريكية لمصايد الأسماك . 138 (2): 385-396 . Bibcode : 2009TrAFS.138..385D . doi : 10.1577/T08-097.1 . ISSN 0002-8487 . 
  12. ↑ جانسن، جون؛ هانسن، مايكل جيه؛ ديفيس-فوست، شانون إل؛ كامبانا، ستيفن إي؛ بروش، رونالد إم. (2009-03-01). "التحقق من أعمار سمك الحفش في البحيرة باستخدام الكربون المشع الناتج عن التجارب النووية والأسماك ذات الأعمار المعروفة". معاملات الجمعية الأمريكية لمصايد الأسماك . 138 (2): 361-372 . Bibcode : 2009TrAFS.138..361B . doi : 10.1577/t08-098.1 .
  13. ↑ براتن، بي جيه؛ كامبانا، إس إي؛ فولر، دي بي؛ لوت، آر دي؛ بروش، آر إم؛ جوردان، جي آر (2015). "تقديرات أعمار سمك الحفش الشاحب البري (Scaphirhynchus albus، فوربس وريتشاردسون 1905) بناءً على أشواك الزعنفة الصدرية، وعظام الأذن، والكربون المشع الناتج عن التجارب النووية: استنتاجات حول التكاثر في نهر ميسوري المجزأ بسبب السدود" . مجلة علم الأسماك التطبيقي . 31 (5): 821-829 . Bibcode : 2015JApIc..31..821B . doi : 10.1111/jai.12873 . ISSN 1439-0426 . 
  14. 1 2 لاكمان، أليك ر.؛ أندروز، ألين هـ.؛ بتلر، مالكولم ج.؛ بيلاك-لاكمان، إيويلينا س.؛ كلارك، مارك إي. (23 مايو 2019). "سمكة الجاموس كبيرة الفم (Ictiobus cyprinellus) تسجل رقماً قياسياً في عمر الأسماك العظمية في المياه العذبة ، حيث كشف تحليل العمر المحسن عن عمر مديد" . مجلة كوميونيكيشنز بيولوجي . 2 (1): 197. doi : 10.1038/s42003-019-0452-0 . ISSN 2399-3642 . PMC 6533251. PMID 31149641 .   
  15. كامبانا ، ستيفن إي.؛ كاسلمان، جون إم.؛ جونز، سينثيا إم. (1 أبريل 2008). "التسلسل الزمني للكربون المشع الناتج عن التجارب النووية في القطب الشمالي، وتأثيره على تحديد أعمار سمك السلمون المرقط (Salvelinus namaycush) وأنواع أخرى من أسماك القطب الشمالي". المجلة الكندية لعلوم مصايد الأسماك والأحياء المائية . 65 (4): 733-743 . Bibcode : 2008CJFAS..65..733C . doi : 10.1139/f08-012 . ISSN 0706-652X . 
  16. ↑ أندروز، ألين هـ.؛ ديمارتيني، إدوارد إي.؛ برودزياك، جون.؛ نيكولز، رايان س.؛ همفريز، روبرت ل. (2012-11-01). "دورة حياة طويلة لسمكة سنابر استوائية تعيش في المياه العميقة (Pristipomoides filamentosus): التأريخ بالكربون المشع الناتج عن التجارب النووية والتأريخ بالرصاص والراديوم كامتداد لتحليلات الزيادة اليومية في عظام الأذن". المجلة الكندية لعلوم مصايد الأسماك والأحياء المائية . 69 (11): 1850-1869 . Bibcode : 2012CJFAS..69.1850A . doi : 10.1139/f2012-109 . ISSN 0706-652X . 
  17. ↑ جونستون، جوستين م.؛ نيومان، ستيفن ج.؛ كاليش، جون م.؛ أندروز، ألين هـ. (23-11-2011). "التأريخ بالكربون المشع لثلاثة أنواع مهمة من أسماك الشعاب المرجانية باستخدام التسلسل الزمني Δ14C لمنطقة المحيطين الهندي والهادئ". مجلة البحوث البحرية والمياه العذبة . 62 (11): 1259-1269 . Bibcode : 2011MFRes..62.1259A . doi : 10.1071/MF11080 . hdl : 1885/64620 . ISSN 1448-6059 . S2CID 84397450 .  
  18. ↑ نيلسن، يوليوس؛ هيديهولم، راسموس ب.؛ هاينماير، يان؛ بوشنيل، بيتر ج.؛ كريستيانسن، يورغن س.؛ أولسن، يسبر؛ رامزي، كريستوفر برونك؛ بريل، ريتشارد و.؛ سيمون، مالين (12 أغسطس/آب 2016). "الكربون المشع في عدسة العين يكشف عن قرون من طول العمر لدى قرش غرينلاند (Somniosus microcephalus)" . مجلة ساينس . 353 (6300): 702-704 . Bibcode : 2016Sci...353..702N . doi : 10.1126 / science.aaf1703 . hdl : 2022/26597 . ISSN 0036-8075 . PMID 27516602. S2CID 206647043 .   
  19. ↑ كالديريرا، كين (1998). "التدفق الصافي المتوقع للكربون المشع من المحيط وزيادة محتوى الكربون المشع في الغلاف الجوي" . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 25 (20): 3811-3814. Bibcode : 1998GeoRL..25.3811C . doi : 10.1029/1998GL900010 . S2CID 129623525 . 
  20. ^ راكوفسكي، أندريه زد. باربيتي، مايك؛ هوا ، تشيوان (25/03/2013). "الكربون المشع في الغلاف الجوي للفترة 1950-2010" . الكربون المشع . 55 (4): 2059– 2072. بيب كود : 2013Radcb..55.2059H . دوى : 10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177 .
  21. ↑ ديل فالي، جي آي؛ غوارين، جيه آر؛ سييرا، سي إيه (2014). "تحديد دقيق ومنخفض التكلفة لمعدلات نمو وأعمار الأشجار الاستوائية وأشجار النخيل" . راديوكربون . 56 (1): 39-52 . Bibcode : 2014Radcb..56...39D . doi : 10.2458/56.16486 .
  22. ↑ ساخاروف، أندريه د.؛ فون هيبل، فرانك (30 أكتوبر 2009). "الكربون المشع الناتج عن الانفجارات النووية والآثار البيولوجية غير العتبية أ". العلوم والأمن العالمي . 17 ( 2-3 ): 159-169 . Bibcode : 2009S & GS...17..159S . doi : 10.1080/08929880903368682 . ISSN 0892-9882 .