Martin Kamen hadde jobbet i tre dager og tre netter uten søvn. Den AMERIKANSKE kjemikeren var etterbehandling av et prosjekt der han og en kollega, Sam Ruben, hadde bombardert en del av grafitt med subatomære partikler. Målet med arbeidet var å skape nye former av karbon, som kan ha praktisk bruk.,

Utmattet, Kamen sjanglet ut av sitt laboratorium ved Berkeley i California, etter å ha avsluttet prosjektet i de tidlige timer av 27. februar 1940. Han desperat trengte en pause. Rumpled, red eyed og med en tre-dagers skjeggvekst, så han et rot.

Og det var uheldig. Berkeley politiet ble deretter søke etter en rømt fange som nettopp hadde begått flere drap. Så når de så uflidd Kamen de umiddelbart plukket ham opp, pakket ham inn på baksiden av sin patrulje bil og avhørte ham som en mistenkt drapsmann.,

Dermed en av de mest revolusjonerende biter av forskning gjennomført i det siste århundret var nesten avsluttet ved fødselen når en av forspranget forskere ble anklaget for mord. Det var bare når vitner gjort det klart at Kamen var ikke mannen politiet var etter at han ble løslatt og fikk lov til å gå tilbake til University of California Radiation Laboratory å se på den klump av grafitt at han og Ruben hadde vært irradiating.,

Det gjorde ikke ta par lang til å innse at de hadde produsert et stoff med enestående egenskaper, som siden har forvandlet en rekke ulike vitenskapelige felt og fortsetter å hjelpe forskere med å gjøre store funn. Ved irradiating grafitt, de hadde opprettet karbon-14.

Martin Kamen i 1939., Foto: US National Archives Offentlige Arkiv

«Det dystre natten og morgenen 27. februar 1940 begynte en revolusjon i fysiologi, biokjemi, biologi, arkeologi, geologi, biomedisin, oseanografi, palaeoclimatology og antropologi, samt kjernefysiske kjemi, sier miljø-forsker John Marrak, forfatter av den nylig publiserte Hot Karbon: Karbon-14 og en Revolusjon i Vitenskapen. «Karbon-14, som kanskje er den viktigste isotop til livet på Jorden, var ‘født’.»

Karbon-14 har seks protoner og åtte nøytroner i sin kjerne., I kontrast til dette, de fleste av karbon i kroppen vår og i verden utenfor, som er kjent som karbon-12, har seks protoner og seks nøytroner. Det som er avgjørende, de to ekstra nøytroner gjøre kjernen av en karbon-14 atom ustabil, slik at det henfaller radioactively inn i et atom av nitrogen. Enda viktigere, disse henfaller er relativt sjeldne, slik at det er mulig å måle endringer i en karbon eksempel over tusenvis av år. (Se boks nedenfor.)

«Carbon er hva vi er laget av, sier Marrak, som er professor i jorden og environmental sciences ved Brooklyn College, New York. «Carbon er livet., Det er grunnleggende også i hvordan vi lever, hvordan Jorden beboelig – ganske mye av alt. Og siden oppdagelsen av en lang levetid radioisotop av karbon, og vi har et fantastisk redskap til å fordype deg i nesten alle aspekter av tilværelsen på Jorden – og kanskje universet.»

Som Marrak avslører i denne bemerkelsesverdige historien om karbon-14, forskere fant fort ut isotop må påvirke levende vesener i dag. Kosmiske stråler røren øvre atmosfæren og sender kaskader av nøytroner gjennom luften, at de beregnet., Disse nøytroner strike atomer av nitrogen, den viktigste komponenten av Jordens atmosfære, og forvandle noen til atomer av karbon-14. I sin tur, disse atomene sammen med oksygen for å lage radioaktive karbondioksid som absorberes av planter, som så blir spist av dyr. «Alle levende ting på Jorden dermed blir radioaktive, om enn litt, sier Marrak.

Og det gikk opp for Willard Libby av Chicago University at radioaktivitet er generert av karbon-14, kan utnyttes til enorm fordel., En kjemiker som hadde arbeidet på Manhattan-Prosjektet med å bygge den første atom bombe, Libby innsett at når en organisme dør, vil den stoppe å absorbere karbondioksid, inkludert karbon-14, og dens eksisterende lagre av sistnevnte vil langsomt forfall. Så, ved å måle radioaktivitet av en prøve tatt fra organismen, karbon-14-innhold kan være estimert, og datoen for sin tid av døden kunne måles. Realfag for arkeologi og paleontologi var i ferd med å bli revolusjonert.

Et stort problem måtte overvinnes, men., Karbon-14 eksisterer bare i svært lave nivåer i vevet av nylig døde dyr og planter: om man i en trillion av deres karbon-atomene karbon-14. I kontrast til dette, naturlig bakgrunn stråling – fra thorium og uran i steiner og andre kilder er mye, mye høyere. Hvordan kan forskere separat karbon-14 er svakt signal fra denne overveldende bakgrunnsstøy?

Libby løst problemet ved nøye skjerming hans detektorer og utvikle måter å stille ut noen stråling som gjorde det gjennom veggene i hans enhet., Så snudde han seg til gassen metan, som inneholder karbon, for å gi endelig godkjenning av hans teknikk, sammenligne prøver fra to svært ulike kilder. Ett eksempel var hentet fra naturgass er et fossilt brensel som karbon-14 skal ha forfalt lenge siden. Den andre kom fra byen Baltimore kloakknett og ble trukket ut fra menneskelige ekskrementer. Det bør være rik på karbon-14, har nettopp blitt produsert av mennesker, Libby begrunnet.

Og det er akkurat hva han fant. Gamle metan hadde ingen karbon-14., I kontrast, metan nylig utskilles av mennesker var relativt rike i trauma. Som Marrak sier: «Menneskelig avfall fra kloakk sendt vitenskapen framover.»

Libby deretter følger endelige bevis på hans dating-teknologi ved å måle radioaktivitet – og, ved slutning, alder – av en rekke organiske prøver av kjent antikken: tre fra det Egyptiske begravelse skipet av Sesostris III, lin som hadde pakket en dødehavsrull-og rundstykker som hadde blitt «kokt» i den vulkanske utbrudd som begravde Pompeii. Hans resultater er perfekt matchet de kjente datoer for varer han hadde skannet.,

Det var en strålende foretak som Libby ble tildelt nobelprisen i kjemi i 1960, selv om han var heldig i én forstand. Libby antatt at prisen på karbon-14 produksjon i atmosfæren hadde vært konstant de siste par titalls tusener av år. Faktisk, det har variert ganske mye, takket være endringer i solflekk aktivitet, atmosfæriske atombombe tester og stigende utslipp av karbondioksid fra fossilt brensel. Disse må tas nøye hensyn til ved vurdering av alder, forskere nå innse, selv om det underliggende grunnlag av radiocarbon dating forblir lyd.,

Willard Libby er gitt nobelprisen i kjemi, desember 1960. Foto: Bettmann Arkiv

Mer nylig, radiocarbon dating har endret seg fra bare å måle radioaktivitet som slippes ut av karbon-14-kjerner direkte telling av antall atomer av isotopen i en prøve. Dette er gjort ved hjelp av en teknikk som kalles accelerator mass spectrometry (AMS), som har tillatt forskere å date bein, gjenstander og andre karbon-baserte elementer fra de minste prøve. «Dette var et stort fremskritt, sier Marrak., «I stedet for gram av materiale for å analysere, AMS krever bare milligram.»

På denne måten, utviklerne av AMS utløst en dating-revolusjonen som begynte på 60-tallet og har siden «innledet en ny arkeologi «revolusjonen», sier Marrak. Ett eksempel som involverer bruk av karbon-14 resulterte i overtakast av ideen om at tidligere vest-Europeiske kulturer hadde avhengig av praksis og ideer som startet i midtøsten og sakte spres vestover med spredningen av jordbruket., Radiocarbon dating åpenbart et helt annet bilde og viste at den neolittiske kulturer av Storbritannia, Frankrike og det sentrale Europa må ha utviklet seg uavhengig av hverandre.

Senere, den teknikk som ble brukt ved laboratorier i Storbritannia, Sveits og Usa til dags dato lin brukt til å veve likkledet i Torino. Denne duken, som er merket med negativt bilde av en skjeggete mann, var det antas av noen å være den begravelse likkledet der Jesus ble pakket etter korsfestelsen. Ved hjelp av bare noen få fragmenter av tøy, forskere datert den til 1260-1390AD.,

Vis mer

gjennom årene, bruker av karbon-14 har spredt seg godt utover dating gamle gjenstander. Legemidler kan være merket med karbon-14 og som følges når de passerer gjennom kroppen for å teste deres sikkerhet og effekt. Andre forskere har brukt isotop å spore måte som planter konvertere karbondioksid til sukker, avslører den innviklede prosesser som understøtter fotosyntesen.,

I tillegg, karbon-14 har vært utnyttet til å studere plankton og andre former for livet i havet, og viser hvordan havene sirkulerer i et stort sammenhengende nett av strømninger som feie rundt planeten. «Karbon innhold av en fisk vil registrere hva den har spist, som i sin tur vil reflektere kjemi av de omkringliggende vann, som vil være påvirket av hvordan havet har blandet, sier Marrak., For godt mål, karbon-14 er nå spiller en viktig rolle i å avdekke hvordan klima har endret seg på Jorden over tusenvis av år, arbeidet med enorm betydning som forskere sliter med å forstå hvordan stigende utslipp er nå utløser farlig global oppvarming.

«Vi har fått betydelig forståelse om den naturlige verden i løpet av de siste 60 til 70 år, i ikke liten grad på grunn av karbon-14,» sier Marrak. Absolutt, det er vanskelig å overdrive den innvirkning det har hatt på vitenskap. Men dens oppdagere, Kamen og Ruben, både fór stygt i kjølvannet av sitt gjennombrudd.,

Kamen, som kom fra en familie av litauiske og Russiske emigranter, vekket mistanke om OSS sikkerhetsstyrker etter OSS inn i andre verdenskrig, og han ble observert spisestue med Sovjetiske konsulære tjenestemenn. Han ble summarisk sparken fra sitt laboratorium, og passet som ble beslaglagt. Kamen ble senere brakt House Un-American Aktiviteter Komiteen i 1948, anklaget for å ha passert hemmeligheter til Sovjetunionen. Det var ikke før mot slutten av århundret at hans rykte var rehabilitert.

Ruben hadde enda verre flaks., Etter Pearl Harbor, han begynte forskning på de fysiologiske effektene av phosgene gass, kjemiske våpen. Under en test, en ampullen av gass brakk og han ble sprayet med phosgene. Han døde noen timer senere.

Hvis historien av karbon-14 er en av bemerkelsesverdige eksempler på vitenskapelige fremskritt i det 20. århundre, den triste skjebnen til to av sine viktigste spillere, er et tegn på den turbulente tider hvor de bodde.

• Hot-Karbon: Karbon-14 og en Revolusjon i Vitenskapen av John Marrak er publisert ved Columbia University Press (£27). For å bestille en kopi gå til guardianbookshop.com., Gratis UK p&p på alle online bestillinger over £15

  • Del på Facebook
  • Del på Twitter
  • Del via E-post
  • Del på LinkedIn
  • Del på Pinterest
  • Del på WhatsApp
  • Del på Messenger.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *